Nguyễn Văn Sơn
Writer
Tại thời điểm quan trọng này trong quá trình chuyển đổi năng lượng, công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn (thường đề cập đến khả năng lưu trữ năng lượng từ 4 giờ trở lên) đang trở thành một nhu cầu thiết yếu mới của ngành công nghiệp. Mặc dù pin lithium-ion thông thường phản ứng nhanh, nhưng chúng thường chỉ xả hết điện trong vòng 4 đến 8 giờ, gây khó khăn trong việc đối phó với tình trạng thiếu điện kéo dài.
Trong khi đó, sự ổn định của năng lượng mặt trời và năng lượng gió cũng đối mặt với nhiều thách thức: làm thế nào để đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định từ lưới điện khi mặt trời lặn hoặc gió yếu đi? Mặc dù hệ thống thủy điện tích năng tương đối đáng tin cậy, nhưng chúng đòi hỏi địa hình đặc thù và có chu kỳ xây dựng dài, thường lên đến mười năm. Trong bối cảnh đó, công ty khởi nghiệp Energy Dome của Ý đã đề xuất một giải pháp lưu trữ năng lượng mới - pin carbon dioxide. Nguyên tắc cốt lõi của nó là sử dụng sự chuyển đổi của carbon dioxide giữa trạng thái khí và lỏng để lưu trữ và giải phóng năng lượng.
Vào tháng 7/2025, cơ sở thương mại đầu tiên của Energy Dome, đặt tại Ortana, Sardinia, Ý, chính thức đi vào hoạt động, với công suất lắp đặt 20 MW/200 MWh và thời gian xả liên tục là 10 giờ. Điều này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc thương mại hóa công nghệ lưu trữ năng lượng carbon dioxide, chuyển từ giai đoạn trình diễn sang giai đoạn thương mại hóa.
Để đáp ứng công nghệ mới nổi này, gã khổng lồ công nghệ Google đã công bố hợp tác kinh doanh và đầu tư trong cùng tháng đó. Google dự định triển khai các cơ sở lưu trữ năng lượng như vậy gần các trung tâm dữ liệu của mình ở châu Âu, Hoa Kỳ và khu vực châu Á - Thái Bình Dương để hỗ trợ mục tiêu đạt được hoạt động không phát thải carbon 24/7 vào năm 2030.
Minh họa ý tưởng về sự hợp tác giữa Google và Energy Dome để vận hành không phát thải carbon (Nguồn: Google)
Hệ thống lưu trữ năng lượng Energy Dome (Nguồn: IEEE)
Hệ thống lưu trữ năng lượng của Energy Dome trông giống như một mái vòm khổng lồ có thể bơm hơi, nhưng cốt lõi của nó là một thiết bị chu trình nhiệt động lực học phức tạp. Đó là một hệ thống hoàn toàn khép kín, không thải khí ra khí quyển.
Khi lưới điện có lượng năng lượng tái tạo dư thừa, hệ thống sẽ kích hoạt máy nén để nén khí carbon dioxide ở áp suất khí quyển bên trong mái vòm thành dạng lỏng, sau đó được lưu trữ trong bình chịu áp suất bằng thép carbon. Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình nén không bị lãng phí mà được hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt thu thập và lưu trữ trong môi trường thép hoặc thạch anh.
Khi lưới điện cần điện, khí carbon dioxide lỏng được giải phóng, được làm nóng bằng nhiệt lượng tích trữ để bay hơi và giãn nở thành khí áp suất cao để dẫn động tuabin tạo ra điện. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, khí carbon dioxide sẽ chảy ngược trở lại vào mái vòm, chờ chu kỳ tiếp theo.
Hệ thống này mang lại những lợi thế kinh tế đáng kể. Các tính toán cho thấy chi phí lưu trữ bình quân (LCOE) của nó thấp hơn 30% so với pin lithium, và tuổi thọ gấp ba lần. Hơn nữa, nguyên liệu thô của nó là những mặt hàng công nghiệp thông dụng—thép, nước và carbon dioxide—không phụ thuộc vào các khoáng sản khan hiếm như lithium, coban và niken, đảm bảo chuỗi cung ứng ổn định. Trong quá trình vận hành lâu dài, nó không bị suy giảm hiệu suất do sạc và xả lặp đi lặp lại như pin hóa học.
Hơn nữa, hệ thống có thể được triển khai rất nhanh chóng.
Theo Claudio Spadacini, người sáng lập kiêm CEO của Energy Dome, hệ thống này chỉ cần khoảng 5 hecta đất bằng phẳng và có thể được xây dựng trong vòng chưa đầy hai năm. Nó có thể được nhân rộng nhanh chóng tại các khu công nghiệp ở Hoa Kỳ và các vùng đồng bằng ở Ấn Độ. Tính tiêu chuẩn hóa này là điều mà hệ thống tích trữ thủy điện tích năng và hệ thống tích trữ khí nén không thể sánh kịp.
Hơn nữa, nó giữ lại một lợi thế độc đáo của các nhà máy điện truyền thống, quán tính lưới điện. Trong các lưới điện mới chủ yếu dựa vào năng lượng mặt trời và năng lượng gió, việc thiếu các máy móc quay lớn khiến lưới điện dễ bị tổn thương và làm tăng nguy cơ dao động tần số. Các tổ máy phát điện tuabin của Energy Dome cung cấp quán tính vật lý trong quá trình xả điện, giúp ổn định lưới điện, một chức năng mà các hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin thuần túy không thể đạt được.
Energy Dome được thành lập vào năm 2019 bởi Claudio Spadacini. Spadacini khẳng định rằng ông đã phát triển hệ thống lưu trữ năng lượng này bằng cách kết hợp một cách sáng tạo các công nghệ hiện có từ lĩnh vực công nghiệp.
Vào năm 2022, công ty đã hoàn thành dự án trình diễn thương mại đầu tiên với công suất 2,5 MW/4 MWh tại Sardinia. Dự án này đã hoạt động ổn định trong hơn ba năm, liên tục cung cấp điện cho lưới điện Ý và chứng minh độ tin cậy của công nghệ.
Dự án 20 MW/200 MWh, được đưa vào vận hành hồi tháng 7 năm 2025, là một cột mốc quan trọng đối với Energy Dome. Một hệ thống quy mô như vậy, có khả năng cung cấp điện cho 13.000 đến 15.000 hộ gia đình, chứng minh tính khả thi về mặt thương mại của công nghệ này. Cùng tháng đó, Google đã công bố hợp tác lâu dài với Energy Dome.
Energy Dome đang đẩy nhanh quá trình thương mại hóa sản phẩm của mình.
Tại Hoa Kỳ, Alliant Energy ở Wisconsin dự kiến sẽ bắt đầu xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng carbon dioxide vào năm 2026. Tại Ấn Độ, NTPC, công ty điện lực lớn nhất, đã lên kế hoạch cho một dự án ở Karnataka, cũng dự kiến hoàn thành vào năm 2026.
Tuy nhiên, Energy Dome không phải là đơn vị duy nhất hoạt động trong lĩnh vực này.
Theo các báo cáo của truyền thông nước ngoài, Tập đoàn Huadian Trung Quốc và Tập đoàn Điện lực Đông Phương đang xây dựng các cơ sở lưu trữ năng lượng carbon dioxide tương tự ở Tân Cương. Vào tháng 1 năm 2025, Công ty Điện lực Dương Tử đã được cấp bằng sáng chế phát minh cho "hệ thống lưu trữ năng lượng carbon dioxide và phát điện", bao gồm các thành phần cốt lõi như bể chứa carbon dioxide lỏng đông lạnh và bể ổn định áp suất tách khí-lỏng. Điều này cho thấy các công ty điện lực Trung Quốc cũng đang tích cực phát triển trong lĩnh vực này.
Tất cả những điều này cho thấy tầm quan trọng của thị trường lưu trữ năng lượng dài hạn. Theo dữ liệu từ Global Market Insights, thị trường lưu trữ năng lượng dài hạn toàn cầu đạt giá trị 3,1 tỷ đô la vào năm 2024, dự kiến sẽ đạt 3,5 tỷ đô la vào năm 2025 và tăng lên 8,7 tỷ đô la vào năm 2034, tương ứng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 10,6%.
Hội đồng Lưu trữ Năng lượng Dài hạn (LDES Council) có một dự báo lạc quan hơn. Tổ chức này ước tính rằng đến năm 2040, việc triển khai 8 terawatt (TW) lưu trữ năng lượng dài hạn trên toàn cầu có thể tiết kiệm được 540 tỷ đô la mỗi năm chi phí hệ thống điện.
Về phương pháp công nghệ, lưu trữ năng lượng dài hạn đã tạo ra một bức tranh cạnh tranh đa dạng. Báo cáo "LDES 2025" của Research And Markets đã phân tích 104 công ty chủ chốt, bao gồm nhiều công nghệ khác nhau, chẳng hạn như pin sắt-không khí, lưu trữ trọng lực, lưu trữ không khí lỏng và lưu trữ hydro.
Trong số các công nghệ này, lưu trữ năng lượng carbon dioxide có lợi thế cạnh tranh trong khoảng thời gian 8-24 giờ. Hiệu suất chuyển đổi của nó (khoảng 75%) cao hơn so với hệ thống năng lượng hydro, tốc độ triển khai nhanh hơn nhiều so với lưu trữ thủy điện tích năng, và chi phí cũng như tuổi thọ vượt trội so với pin lithium, do đó tạo nên vị thế thị trường độc đáo.
Mặc dù có triển vọng đầy hứa hẹn, việc triển khai quy mô lớn hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn vẫn còn gặp nhiều thách thức. Chi phí đầu tư ban đầu cao là trở ngại chính. Mặc dù chi phí điện năng bình quân (LCOE) của hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn có lợi thế trong suốt vòng đời, nhưng vốn đầu tư xây dựng ban đầu rất lớn, đòi hỏi vốn đầu tư dài hạn và sự hỗ trợ chính sách.
Khung chính sách chưa đầy đủ cũng là một thiếu sót lớn. Hiện nay, hầu hết các cơ chế bồi thường trên thị trường điện chưa nhận thức đầy đủ giá trị hệ thống mà việc lưu trữ năng lượng dài hạn mang lại, chẳng hạn như cải thiện độ tin cậy của lưới điện, giảm tắc nghẽn và chuyển giao công suất.
Về vấn đề này, Trung Quốc đang tăng cường hỗ trợ chính sách. Năm 2022, Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia và Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia đã đặt mục tiêu bổ sung 30 gigawatt công suất lưu trữ năng lượng mới vào năm 2025. Đến năm 2024, mục tiêu này đã được vượt quá, và sau đó, một kế hoạch hành động ba năm giai đoạn 2025-2027 đã được triển khai, nhằm mục tiêu bổ sung 180 gigawatt công suất lưu trữ năng lượng mới với tổng vốn đầu tư 35 tỷ USD.
Với việc ngày càng nhiều dự án trở nên khả thi về mặt thương mại vào năm 2026, công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn đang chuyển từ lý thuyết sang thực tế và từ một giải pháp thay thế trở thành xu hướng chủ đạo.
Các lựa chọn đầu tư của Google cũng phản ánh nỗi lo ngại về năng lượng của các ông lớn công nghệ. Hiện tại, các trung tâm dữ liệu của Google tiêu thụ 1,3 terawatt-giờ điện mỗi năm, và con số này đang tăng lên cùng với sự phát triển của công nghệ AI. Để đạt được mục tiêu hoạt động 24/7 với năng lượng không phát thải carbon vào năm 2030, Google không chỉ đầu tư vào Energy Dome mà còn đặt cược vào nhiều hướng công nghệ khác nhau, bao gồm phản ứng tổng hợp hạt nhân, phát điện bằng công nghệ thu giữ carbon và các lò phản ứng hạt nhân tiên tiến.
Hội đồng LDES nhấn mạnh rằng hiện nay là thời điểm then chốt để triển khai quy mô lớn. Việc triển khai đủ lượng hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn vào năm 2030 là chìa khóa để đạt được bước ngoặt trong hệ thống năng lượng, khi nhiên liệu hóa thạch sẽ không còn là lựa chọn cần thiết để đảm bảo an ninh năng lượng.
Trong khi đó, sự ổn định của năng lượng mặt trời và năng lượng gió cũng đối mặt với nhiều thách thức: làm thế nào để đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định từ lưới điện khi mặt trời lặn hoặc gió yếu đi? Mặc dù hệ thống thủy điện tích năng tương đối đáng tin cậy, nhưng chúng đòi hỏi địa hình đặc thù và có chu kỳ xây dựng dài, thường lên đến mười năm. Trong bối cảnh đó, công ty khởi nghiệp Energy Dome của Ý đã đề xuất một giải pháp lưu trữ năng lượng mới - pin carbon dioxide. Nguyên tắc cốt lõi của nó là sử dụng sự chuyển đổi của carbon dioxide giữa trạng thái khí và lỏng để lưu trữ và giải phóng năng lượng.
Vào tháng 7/2025, cơ sở thương mại đầu tiên của Energy Dome, đặt tại Ortana, Sardinia, Ý, chính thức đi vào hoạt động, với công suất lắp đặt 20 MW/200 MWh và thời gian xả liên tục là 10 giờ. Điều này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc thương mại hóa công nghệ lưu trữ năng lượng carbon dioxide, chuyển từ giai đoạn trình diễn sang giai đoạn thương mại hóa.
Để đáp ứng công nghệ mới nổi này, gã khổng lồ công nghệ Google đã công bố hợp tác kinh doanh và đầu tư trong cùng tháng đó. Google dự định triển khai các cơ sở lưu trữ năng lượng như vậy gần các trung tâm dữ liệu của mình ở châu Âu, Hoa Kỳ và khu vực châu Á - Thái Bình Dương để hỗ trợ mục tiêu đạt được hoạt động không phát thải carbon 24/7 vào năm 2030.
Minh họa ý tưởng về sự hợp tác giữa Google và Energy Dome để vận hành không phát thải carbon (Nguồn: Google)
Hệ thống lưu trữ năng lượng Energy Dome (Nguồn: IEEE)
Hệ thống lưu trữ năng lượng của Energy Dome trông giống như một mái vòm khổng lồ có thể bơm hơi, nhưng cốt lõi của nó là một thiết bị chu trình nhiệt động lực học phức tạp. Đó là một hệ thống hoàn toàn khép kín, không thải khí ra khí quyển.
Khi lưới điện có lượng năng lượng tái tạo dư thừa, hệ thống sẽ kích hoạt máy nén để nén khí carbon dioxide ở áp suất khí quyển bên trong mái vòm thành dạng lỏng, sau đó được lưu trữ trong bình chịu áp suất bằng thép carbon. Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình nén không bị lãng phí mà được hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt thu thập và lưu trữ trong môi trường thép hoặc thạch anh.
Khi lưới điện cần điện, khí carbon dioxide lỏng được giải phóng, được làm nóng bằng nhiệt lượng tích trữ để bay hơi và giãn nở thành khí áp suất cao để dẫn động tuabin tạo ra điện. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, khí carbon dioxide sẽ chảy ngược trở lại vào mái vòm, chờ chu kỳ tiếp theo.
Hệ thống này mang lại những lợi thế kinh tế đáng kể. Các tính toán cho thấy chi phí lưu trữ bình quân (LCOE) của nó thấp hơn 30% so với pin lithium, và tuổi thọ gấp ba lần. Hơn nữa, nguyên liệu thô của nó là những mặt hàng công nghiệp thông dụng—thép, nước và carbon dioxide—không phụ thuộc vào các khoáng sản khan hiếm như lithium, coban và niken, đảm bảo chuỗi cung ứng ổn định. Trong quá trình vận hành lâu dài, nó không bị suy giảm hiệu suất do sạc và xả lặp đi lặp lại như pin hóa học.
Hơn nữa, hệ thống có thể được triển khai rất nhanh chóng.
Theo Claudio Spadacini, người sáng lập kiêm CEO của Energy Dome, hệ thống này chỉ cần khoảng 5 hecta đất bằng phẳng và có thể được xây dựng trong vòng chưa đầy hai năm. Nó có thể được nhân rộng nhanh chóng tại các khu công nghiệp ở Hoa Kỳ và các vùng đồng bằng ở Ấn Độ. Tính tiêu chuẩn hóa này là điều mà hệ thống tích trữ thủy điện tích năng và hệ thống tích trữ khí nén không thể sánh kịp.
Hơn nữa, nó giữ lại một lợi thế độc đáo của các nhà máy điện truyền thống, quán tính lưới điện. Trong các lưới điện mới chủ yếu dựa vào năng lượng mặt trời và năng lượng gió, việc thiếu các máy móc quay lớn khiến lưới điện dễ bị tổn thương và làm tăng nguy cơ dao động tần số. Các tổ máy phát điện tuabin của Energy Dome cung cấp quán tính vật lý trong quá trình xả điện, giúp ổn định lưới điện, một chức năng mà các hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin thuần túy không thể đạt được.
Energy Dome được thành lập vào năm 2019 bởi Claudio Spadacini. Spadacini khẳng định rằng ông đã phát triển hệ thống lưu trữ năng lượng này bằng cách kết hợp một cách sáng tạo các công nghệ hiện có từ lĩnh vực công nghiệp.
Vào năm 2022, công ty đã hoàn thành dự án trình diễn thương mại đầu tiên với công suất 2,5 MW/4 MWh tại Sardinia. Dự án này đã hoạt động ổn định trong hơn ba năm, liên tục cung cấp điện cho lưới điện Ý và chứng minh độ tin cậy của công nghệ.
Dự án 20 MW/200 MWh, được đưa vào vận hành hồi tháng 7 năm 2025, là một cột mốc quan trọng đối với Energy Dome. Một hệ thống quy mô như vậy, có khả năng cung cấp điện cho 13.000 đến 15.000 hộ gia đình, chứng minh tính khả thi về mặt thương mại của công nghệ này. Cùng tháng đó, Google đã công bố hợp tác lâu dài với Energy Dome.
Energy Dome đang đẩy nhanh quá trình thương mại hóa sản phẩm của mình.
Tại Hoa Kỳ, Alliant Energy ở Wisconsin dự kiến sẽ bắt đầu xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng carbon dioxide vào năm 2026. Tại Ấn Độ, NTPC, công ty điện lực lớn nhất, đã lên kế hoạch cho một dự án ở Karnataka, cũng dự kiến hoàn thành vào năm 2026.
Tuy nhiên, Energy Dome không phải là đơn vị duy nhất hoạt động trong lĩnh vực này.
Theo các báo cáo của truyền thông nước ngoài, Tập đoàn Huadian Trung Quốc và Tập đoàn Điện lực Đông Phương đang xây dựng các cơ sở lưu trữ năng lượng carbon dioxide tương tự ở Tân Cương. Vào tháng 1 năm 2025, Công ty Điện lực Dương Tử đã được cấp bằng sáng chế phát minh cho "hệ thống lưu trữ năng lượng carbon dioxide và phát điện", bao gồm các thành phần cốt lõi như bể chứa carbon dioxide lỏng đông lạnh và bể ổn định áp suất tách khí-lỏng. Điều này cho thấy các công ty điện lực Trung Quốc cũng đang tích cực phát triển trong lĩnh vực này.
Tất cả những điều này cho thấy tầm quan trọng của thị trường lưu trữ năng lượng dài hạn. Theo dữ liệu từ Global Market Insights, thị trường lưu trữ năng lượng dài hạn toàn cầu đạt giá trị 3,1 tỷ đô la vào năm 2024, dự kiến sẽ đạt 3,5 tỷ đô la vào năm 2025 và tăng lên 8,7 tỷ đô la vào năm 2034, tương ứng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 10,6%.
Hội đồng Lưu trữ Năng lượng Dài hạn (LDES Council) có một dự báo lạc quan hơn. Tổ chức này ước tính rằng đến năm 2040, việc triển khai 8 terawatt (TW) lưu trữ năng lượng dài hạn trên toàn cầu có thể tiết kiệm được 540 tỷ đô la mỗi năm chi phí hệ thống điện.
Về phương pháp công nghệ, lưu trữ năng lượng dài hạn đã tạo ra một bức tranh cạnh tranh đa dạng. Báo cáo "LDES 2025" của Research And Markets đã phân tích 104 công ty chủ chốt, bao gồm nhiều công nghệ khác nhau, chẳng hạn như pin sắt-không khí, lưu trữ trọng lực, lưu trữ không khí lỏng và lưu trữ hydro.
Trong số các công nghệ này, lưu trữ năng lượng carbon dioxide có lợi thế cạnh tranh trong khoảng thời gian 8-24 giờ. Hiệu suất chuyển đổi của nó (khoảng 75%) cao hơn so với hệ thống năng lượng hydro, tốc độ triển khai nhanh hơn nhiều so với lưu trữ thủy điện tích năng, và chi phí cũng như tuổi thọ vượt trội so với pin lithium, do đó tạo nên vị thế thị trường độc đáo.
Mặc dù có triển vọng đầy hứa hẹn, việc triển khai quy mô lớn hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn vẫn còn gặp nhiều thách thức. Chi phí đầu tư ban đầu cao là trở ngại chính. Mặc dù chi phí điện năng bình quân (LCOE) của hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn có lợi thế trong suốt vòng đời, nhưng vốn đầu tư xây dựng ban đầu rất lớn, đòi hỏi vốn đầu tư dài hạn và sự hỗ trợ chính sách.
Khung chính sách chưa đầy đủ cũng là một thiếu sót lớn. Hiện nay, hầu hết các cơ chế bồi thường trên thị trường điện chưa nhận thức đầy đủ giá trị hệ thống mà việc lưu trữ năng lượng dài hạn mang lại, chẳng hạn như cải thiện độ tin cậy của lưới điện, giảm tắc nghẽn và chuyển giao công suất.
Về vấn đề này, Trung Quốc đang tăng cường hỗ trợ chính sách. Năm 2022, Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia và Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia đã đặt mục tiêu bổ sung 30 gigawatt công suất lưu trữ năng lượng mới vào năm 2025. Đến năm 2024, mục tiêu này đã được vượt quá, và sau đó, một kế hoạch hành động ba năm giai đoạn 2025-2027 đã được triển khai, nhằm mục tiêu bổ sung 180 gigawatt công suất lưu trữ năng lượng mới với tổng vốn đầu tư 35 tỷ USD.
Với việc ngày càng nhiều dự án trở nên khả thi về mặt thương mại vào năm 2026, công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn đang chuyển từ lý thuyết sang thực tế và từ một giải pháp thay thế trở thành xu hướng chủ đạo.
Các lựa chọn đầu tư của Google cũng phản ánh nỗi lo ngại về năng lượng của các ông lớn công nghệ. Hiện tại, các trung tâm dữ liệu của Google tiêu thụ 1,3 terawatt-giờ điện mỗi năm, và con số này đang tăng lên cùng với sự phát triển của công nghệ AI. Để đạt được mục tiêu hoạt động 24/7 với năng lượng không phát thải carbon vào năm 2030, Google không chỉ đầu tư vào Energy Dome mà còn đặt cược vào nhiều hướng công nghệ khác nhau, bao gồm phản ứng tổng hợp hạt nhân, phát điện bằng công nghệ thu giữ carbon và các lò phản ứng hạt nhân tiên tiến.
Hội đồng LDES nhấn mạnh rằng hiện nay là thời điểm then chốt để triển khai quy mô lớn. Việc triển khai đủ lượng hệ thống lưu trữ năng lượng dài hạn vào năm 2030 là chìa khóa để đạt được bước ngoặt trong hệ thống năng lượng, khi nhiên liệu hóa thạch sẽ không còn là lựa chọn cần thiết để đảm bảo an ninh năng lượng.
