Mai Nhung
Writer
Hàng nghìn tòa nhà trên khắp thế giới đang duy trì sự mát mẻ và tiết kiệm chi phí năng lượng nhờ vào một loại pin tiên tiến được làm từ một trong những vật liệu đơn giản nhất: băng đá. Công nghệ này đang ngày càng được thu nhỏ để có thể ứng dụng cho cả các cửa hàng và hộ gia đình.
Các thùng chứa băng đá tại một Cơ sở sản xuất pin băng ở Mỹ
Làm mát tòa nhà bằng "pin băng" - Công nghệ không mới nhưng ngày càng ưu việt
Một công nghệ lưu trữ năng lượng độc đáo, được gọi là "pin băng" (ice battery), đang được hàng nghìn tòa nhà trên khắp thế giới, từ các tòa nhà văn phòng, bệnh viện đến khách sạn, sử dụng để duy trì sự mát mẻ và cắt giảm đáng kể hóa đơn tiền điện. Công nghệ này hoạt động dựa trên một nguyên lý đơn giản nhưng hiệu quả: sử dụng điện vào ban đêm khi giá rẻ để làm đông một lượng lớn nước thành băng, sau đó dùng chính băng đá này để làm mát tòa nhà vào ban ngày khi giá điện ở mức cao nhất.
Hệ thống này chủ yếu được triển khai trong các tòa nhà lớn có hệ thống điều hòa không khí trung tâm và đủ không gian để lưu trữ một lượng băng khổng lồ. Bà Holly Paeper, chủ tịch bộ phận thương mại khu vực châu Mỹ của Trane Technologies, một công ty đã lắp đặt pin băng trong 4.000 tòa nhà ở 60 quốc gia, đưa ra một ví dụ về quy mô: một hệ thống được xây dựng trong tầng hầm của một tòa nhà ngân hàng tại New York bao gồm tới 100 bể chứa, mỗi bể có kích thước tương đương một chỗ đậu xe, và có khả năng tạo ra một lượng băng tương đương với 3 triệu ly cocktail margarita mỗi đêm.
Một lắp đặt khác của các thùng chứa băng cho pin băng
Từ các tòa nhà chọc trời đến ngôi nhà của bạn
Tuy nhiên, thiết kế pin băng đang dần thay đổi để trở nên nhỏ gọn và dễ tiếp cận hơn. Công ty Nostromo Energy đã thiết kế một loại pin băng có tên gọi "Ice Brick" (Viên gạch băng) với dạng mỏng, phù hợp để lắp đặt trong những không gian hẹp. Công ty Ice Energy có trụ sở tại California cũng đã lắp đặt hàng nghìn pin "Ice Bear" (Gấu băng) tại các cửa hàng một tầng và đang có kế hoạch cung cấp một phiên bản nhỏ hơn nữa gọi là "Ice Cub" (Gấu con băng) dành riêng cho các hộ gia đình vào cuối năm nay (2025).
Lợi thế vượt trội so với pin lithium-ion
Pin băng có thể là một lựa chọn rẻ hơn và bền hơn đáng kể so với các loại pin lithium-ion đang được sử dụng phổ biến để lưu trữ năng lượng hiện nay.
Nhược điểm và vai trò trong hệ thống năng lượng
Nhược điểm lớn nhất của pin băng là nó chỉ có thể được sử dụng cho một mục đích duy nhất là làm mát. Chúng lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt (nhiệt lạnh của băng), chứ không lưu trữ năng lượng điện. Do đó, chúng không thể cung cấp điện cho bất kỳ một thiết bị sử dụng điện nào khác trong tòa nhà như đèn, máy tính hay các thiết bị khác.
Tuy nhiên, ở những nơi phù hợp, pin băng hoàn toàn có thể được kết hợp với các hình thức lưu trữ năng lượng khác (như pin lithium-ion) để giúp lưới điện có thể đối phó tốt hơn với nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng. Đặc biệt, chúng giúp tận dụng hiệu quả hơn các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời, vốn có tính chất biến động theo thời tiết. Ví dụ, các tòa nhà có thể sử dụng lượng điện dư thừa từ các trang trại điện gió vào ban đêm (khi nhu cầu điện thấp) để tạo ra băng.
Lợi ích kinh tế và môi trường
Nguyên lý hoạt động của pin băng là sử dụng điện của tòa nhà để chạy hệ thống điều hòa và tạo băng vào ban đêm, khi giá điện thường ở mức rẻ nhất. Sau đó, vào ban ngày, khi chi phí điện tăng cao vào các giờ cao điểm, ban quản lý tòa nhà có thể tắt hệ thống làm mát trung tâm vốn rất tốn điện và sử dụng chính lượng băng đã được tạo ra vào đêm hôm trước để làm mát cho tòa nhà.
Ở những nơi có thời tiết nóng và giá điện dao động mạnh trong ngày như bang Texas, Nam California và phần lớn các vùng ở phía tây nam nước Mỹ, các tòa nhà áp dụng giải pháp này có thể giảm tới 1/3 hóa đơn tiền điện và đồng thời cũng giảm được một lượng khí thải carbon đáng kể.
Công nghệ pin băng là một ví dụ điển hình cho thấy những giải pháp thông minh, bền vững và đôi khi rất đơn giản có thể mang lại những tác động tích cực to lớn, giúp chúng ta vừa tiết kiệm chi phí, vừa bảo vệ môi trường.
Các thùng chứa băng đá tại một Cơ sở sản xuất pin băng ở Mỹ
Làm mát tòa nhà bằng "pin băng" - Công nghệ không mới nhưng ngày càng ưu việt
Một công nghệ lưu trữ năng lượng độc đáo, được gọi là "pin băng" (ice battery), đang được hàng nghìn tòa nhà trên khắp thế giới, từ các tòa nhà văn phòng, bệnh viện đến khách sạn, sử dụng để duy trì sự mát mẻ và cắt giảm đáng kể hóa đơn tiền điện. Công nghệ này hoạt động dựa trên một nguyên lý đơn giản nhưng hiệu quả: sử dụng điện vào ban đêm khi giá rẻ để làm đông một lượng lớn nước thành băng, sau đó dùng chính băng đá này để làm mát tòa nhà vào ban ngày khi giá điện ở mức cao nhất.
Hệ thống này chủ yếu được triển khai trong các tòa nhà lớn có hệ thống điều hòa không khí trung tâm và đủ không gian để lưu trữ một lượng băng khổng lồ. Bà Holly Paeper, chủ tịch bộ phận thương mại khu vực châu Mỹ của Trane Technologies, một công ty đã lắp đặt pin băng trong 4.000 tòa nhà ở 60 quốc gia, đưa ra một ví dụ về quy mô: một hệ thống được xây dựng trong tầng hầm của một tòa nhà ngân hàng tại New York bao gồm tới 100 bể chứa, mỗi bể có kích thước tương đương một chỗ đậu xe, và có khả năng tạo ra một lượng băng tương đương với 3 triệu ly cocktail margarita mỗi đêm.
Một lắp đặt khác của các thùng chứa băng cho pin băng
Từ các tòa nhà chọc trời đến ngôi nhà của bạn
Tuy nhiên, thiết kế pin băng đang dần thay đổi để trở nên nhỏ gọn và dễ tiếp cận hơn. Công ty Nostromo Energy đã thiết kế một loại pin băng có tên gọi "Ice Brick" (Viên gạch băng) với dạng mỏng, phù hợp để lắp đặt trong những không gian hẹp. Công ty Ice Energy có trụ sở tại California cũng đã lắp đặt hàng nghìn pin "Ice Bear" (Gấu băng) tại các cửa hàng một tầng và đang có kế hoạch cung cấp một phiên bản nhỏ hơn nữa gọi là "Ice Cub" (Gấu con băng) dành riêng cho các hộ gia đình vào cuối năm nay (2025).
Lợi thế vượt trội so với pin lithium-ion
Pin băng có thể là một lựa chọn rẻ hơn và bền hơn đáng kể so với các loại pin lithium-ion đang được sử dụng phổ biến để lưu trữ năng lượng hiện nay.
- Chi phí và độ bền: Thành phần chính của pin băng là nước, một nguồn tài nguyên rẻ và sẵn có. Trong khi các hóa chất đắt tiền bên trong pin lithium-ion có thể bị xuống cấp và giảm hiệu suất chỉ sau khoảng 10 năm, thì nước không bao giờ bị hỏng. Theo bà Allison Mahvi, một trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Wisconsin tại Madison, hạn chế duy nhất về tuổi thọ của pin băng chính là tuổi thọ của các thiết bị cơ khí đi kèm như máy bơm, van và các bộ trao đổi nhiệt, nhưng những thiết bị này hoàn toàn có thể kéo dài hàng thập kỷ.
- Giá cả: Các công ty sản xuất pin băng tuyên bố rằng sản phẩm của họ có giá chỉ bằng khoảng một nửa so với pin lithium-ion trong suốt vòng đời hoạt động kéo dài của sản phẩm.
Nhược điểm và vai trò trong hệ thống năng lượng
Nhược điểm lớn nhất của pin băng là nó chỉ có thể được sử dụng cho một mục đích duy nhất là làm mát. Chúng lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt (nhiệt lạnh của băng), chứ không lưu trữ năng lượng điện. Do đó, chúng không thể cung cấp điện cho bất kỳ một thiết bị sử dụng điện nào khác trong tòa nhà như đèn, máy tính hay các thiết bị khác.
Tuy nhiên, ở những nơi phù hợp, pin băng hoàn toàn có thể được kết hợp với các hình thức lưu trữ năng lượng khác (như pin lithium-ion) để giúp lưới điện có thể đối phó tốt hơn với nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng. Đặc biệt, chúng giúp tận dụng hiệu quả hơn các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời, vốn có tính chất biến động theo thời tiết. Ví dụ, các tòa nhà có thể sử dụng lượng điện dư thừa từ các trang trại điện gió vào ban đêm (khi nhu cầu điện thấp) để tạo ra băng.
Lợi ích kinh tế và môi trường
Nguyên lý hoạt động của pin băng là sử dụng điện của tòa nhà để chạy hệ thống điều hòa và tạo băng vào ban đêm, khi giá điện thường ở mức rẻ nhất. Sau đó, vào ban ngày, khi chi phí điện tăng cao vào các giờ cao điểm, ban quản lý tòa nhà có thể tắt hệ thống làm mát trung tâm vốn rất tốn điện và sử dụng chính lượng băng đã được tạo ra vào đêm hôm trước để làm mát cho tòa nhà.
Ở những nơi có thời tiết nóng và giá điện dao động mạnh trong ngày như bang Texas, Nam California và phần lớn các vùng ở phía tây nam nước Mỹ, các tòa nhà áp dụng giải pháp này có thể giảm tới 1/3 hóa đơn tiền điện và đồng thời cũng giảm được một lượng khí thải carbon đáng kể.
Công nghệ pin băng là một ví dụ điển hình cho thấy những giải pháp thông minh, bền vững và đôi khi rất đơn giản có thể mang lại những tác động tích cực to lớn, giúp chúng ta vừa tiết kiệm chi phí, vừa bảo vệ môi trường.
