Thực trạng thị trường pin toàn cầu trong quá trình chuyển đổi năng lượng

Giải pháp pin tích trữ năng lượng cho doanh nghiệp và công nghiệp Với quyết tâm giảm phát thải CO2 để chống biến đổi khí hậu, nhiều quốc gia trên thế giới đang chuyển đổi năng lượng rất mạnh mẽ theo hướng giảm dần nguồn năng lượng hóa thạch để chuyển sang sử dụng năng lượng tái tạo, trong đó có điện gió và điện mặt trời. Với công nghệ không ngừng cải tiến và phát triển, giá thành sản xuất ngày càng rẻ hơn thì có thể khẳng định điện gió và điện mặt trời sẽ là nguồn năng lượng chính của thế giới trong tương lai.

Vai trò hệ thống lưu trữ năng lượng trong vận hành hệ thống điện Việt Nam Trong khuôn khổ chuyên đề tuyên truyền: “Nguồn điện gió, mặt trời - Vướng mắc của tiến độ xây dựng và vấn đề tích trữ năng lượng hiệu quả” nhằm phân tích các khó khăn, vướng mắc trong đảm bảo tiến độ xây dựng; khắc phục tình trạng dư thừa công suất, tăng tối đa khả năng phát điện các nguồn năng lượng tái tạo “phi thủy điện” của Việt Nam, chuyên gia Hội đồng khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam tiếp tục phân tích, đánh giá sự cần thiết, vai trò và đề xuất giải pháp để thực hiện đầu tư hệ thống lưu trữ năng lượng trong hệ thống điện quốc gia. Trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc.

Thực trạng và dự báo:

Đầu tháng 4/2021, Công ty nghiên cứu thị trường thế giới Mỹ Research and Markets đã công bố Báo cáo thị trường pin toàn cầu 2020 - 2027 (Global Battery Market Report 2020 - 2027). Theo báo cáo này, trong bối cảnh Covid-19 bùng phát, thị trường pin toàn cầu vẫn âm thầm phát triển, đạt 120,4 tỷ USD vào năm 2020, dự kiến ​​sẽ tăng lên 279,7 tỷ USD vào năm 2027, tăng trưởng hằng năm kép (Compounded Annual Growth Rate - CAGR) là 12,8% trong giai đoạn 2020 - 2027. Axit chì, một trong những phân khúc được phân tích trong báo cáo, dự kiến ​​sẽ có CAGR 11,8% và đạt 76,6 tỷ USD vào cuối kỳ dự báo. Sau khi phân tích tác động kinh doanh của đại dịch và cuộc khủng hoảng kinh tế do dịch bệnh gây ra, tăng trưởng trong phân khúc Li-Ion được điều chỉnh có mức CAGR là 14,1% trong giai đoạn 7 năm tới.

Thị trường Mỹ ước tính ở ngưỡng 32,5 tỷ USD, trong khi Trung Quốc, nền kinh tế lớn thứ hai thế giới, được dự báo sẽ đạt quy mô thị trường dự kiến ​​là 61,1 tỷ USD vào năm 2027, với tốc độ CAGR là 16,5%. Trong số các thị trường đáng chú ý khác có Nhật Bản, Canada, mỗi thị trường dự báo sẽ tăng trưởng lần lượt là mức 9,1% và 11,1% trong giai đoạn 2020 - 2027. Tại châu Âu, Đức dự báo sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR khoảng 10%.

Trong phân khúc Nickel Metal Hydride toàn cầu, Mỹ, Canada, Nhật Bản, Trung Quốc và châu Âu sẽ thúc đẩy tốc độ CAGR ước tính 11,8% cho phân khúc này. Các thị trường khu vực này sẽ đạt quy mô dự kiến ​​là 39,2 tỷ USD vào cuối giai đoạn phân tích dự báo. Thị trường ở châu Á - Thái Bình Dương được dự báo sẽ đạt 41,8 tỷ USD vào năm 2027, trong khi châu Mỹ Latinh sẽ mở rộng với tốc độ CAGR 14,1% trong giai đoạn nói trên.

Theo Báo cáo phân tích thị trường ắc quy ô tô, xe máy năm 2020 của ASEANSC RESEARCH thì thị trường ắc quy ô tô, xe máy của Việt Nam được đánh giá là khá tiềm năng. Tính đến hết năm 2018, tổng lượng ô tô, xe máy lưu hành ở mức gần 59 triệu xe (56 triệu xe máy và 3 triệu ô tô), và tốc độ tăng trưởng trung bình 7%/năm (6,5% đối với xe máy, 12,1% đối với ô tô).

Việt Nam cần khoảng 26 triệu chiếc ắc quy cho ô tô, xe máy trong năm 2018. Với tuổi đời ắc quy cho ô tô, xe máy vào khoảng 2 - 3 năm thì năm 2018, Việt Nam cần khoảng 23,6 triệu chiếc ắc quy để thay thế mới (22,3 triệu ắc quy xe máy, 1,3 triệu ắc quy ô tô) và 2,75 triệu ắc quy cung cấp cho các OEM (2,5 triệu ắc quy cho xe máy, 0,25 triệu ắc quy cho ô tô).

Trở ngại thị trường pin toàn cầu trong tiến trình chuyển đổi năng lượng:

Công nghệ lưu trữ pin ngày càng có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng chung, nhưng thực tế ngành này đang vấp phải nhiều thách thức, kể cả công nghệ, lẫn các yếu tố liên quan đến sản xuất, tiêu dùng và pháp lý...

Vào tháng 7/2021, hãng sản xuất ô tô Nhật Nissan đã thông báo sẽ hợp tác với nhà sản xuất pin Envision của Trung Quốc đầu tư vào một nhà máy có quy mô lớn “gigafactory”, có khả năng sản xuất 100.000 pin xe điện (EV) mỗi năm, đồng thời đưa ra trình diễn một chiếc EV mới, tại địa điểm hiện có ở Sunderland, miền Đông Bắc nước Anh. Quyết định của Nissan có thể tạo ra tới 6.000 việc làm mới, được Thủ tướng Anh Boris Johnson mô tả là “một điểm nhấn thúc đẩy cho nền kinh tế Anh hậu Brexit”.

Tuy nhiên, đây mới chỉ là khởi đầu và còn nhiều việc phải làm. Quá trình chuyển đổi toàn cầu từ động cơ đốt trong sang xe điện chạy bằng pin đang tăng tốc. Giá thành của pin thấp hơn 80% so với cách đây một thập kỷ, khi chúng còn ở mức bình quân 1.000 USD cho mỗi kilowatt giờ (kWh). Tương lai con số này sẽ giảm xuống còn khoảng 100 USD/kWh, tương đương với động cơ đốt trong và hy vọng sẽ trở thành một lựa chọn “đáng đồng tiền bát gạo” mà khách hàng đang hướng tới.

Vương quốc Anh đứng trước nguy cơ tụt hậu về pin so với châu Âu:

Theo dự báo của Hiệp hội các nhà sản xuất và thương mại động cơ Anh (SMMT), đến năm 2025, Anh chỉ có khoảng 12 GWh pin lithium-ion, trong khi đó ở Mỹ là 91 GWh, 32 GWh ở Pháp và 164 GWh ở Đức. Phần lớn pin EV thế giới được sản xuất ở châu Á. Các nhà sản xuất ô tô châu Âu và Vương quốc Anh nói riêng, sẽ phải cạnh tranh khá khốc liệt mới có thể đạt các mục tiêu giảm phát thải hay chiến lược phát thải Zero vào năm 2050 (Net Zero by 2050) như đã đề ra. Như vậy, sẽ phải có thêm nhiều nhà máy dạng gigafactories như công trình ở Sunderland sắp được xây dựng.

Trong một bài báo gần đây, Tổng biên tập David Leggett ở Tạp chí ô tô Just Auto đã chỉ ra rằng: Từ năm 2024, theo các điều khoản của thỏa thuận thương mại Brexit giữa Anh và EU, các yêu cầu về xuất xứ sẽ được thắt chặt. Điều này đồng nghĩa, để đủ điều kiện lưu hành miễn thuế tại EU, hàm lượng nội địa (tức là các chi tiết có nguồn gốc từ Anh và EU) sẽ cần phải cao hơn so với mức hiện tại trên xe điện do Nissan sản xuất tại Anh. Phía Nissan muốn đáp ứng yêu cầu trên bằng pin do Anh sản xuất hơn là hàng nhập khẩu đường dài từ Nhật.

“Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp chuyển đổi sang xe điện chạy bằng pin (BEV) từ mức thâm nhập thị trường thấp như hiện nay (chưa đến 10% doanh số bán ô tô mới là BEV ở Anh), thì ngành công nghiệp ô tô của Anh vẫn còn một chặng đường dài mới đuổi kịp các nước EU. Đặc biệt là về pin, khi các các hãng sản xuất xe điện cần với một khối lượng lớn để đáp ứng nhu cầu về khối lượng ngày càng nhiều trong tương lai của các nhà sản xuất xe” - Tổng biên tập David Leggett khẳng định.

Lý do pin lưu trữ lại quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng?

Những nỗ lực toàn cầu nhằm loại bỏ các hệ thống năng lượng tạo nhiều cacbon có nghĩa các nhà máy điện than quy mô lớn đang dần bị loại bỏ để chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như gió, hay điện mặt trời. Thêm vào đó, ngày càng có nhiều nguồn cung cấp điện sạch khác như xe EV được kết nối vào lưới điện, do đó nhu cầu sử dụng điện ngày càng trở nên phân tán và không ổn định.

Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các nhà vận hành lưới điện và an ninh năng lượng. Năng lượng tái tạo phá vỡ mô hình truyền thống về nguồn điện liên tục, tập trung và làm cho việc kiểm soát lưới điện trở nên phức tạp hơn. Không có dự phòng lưu trữ năng lượng cấp lưới, năng lượng tái tạo đương nhiên không liên tục do điều kiện thời tiết, địa lý nên không có sẵn nguồn cấp.

Do đó, các hệ thống lưu trữ năng lượng pin như pin lithium-ion cố định trong gia đình, doanh nghiệp, hoặc tại hiện trường... có thể lưu trữ điện và khi được sạc sẽ giải quyết được nhu cầu, còn về lâu dài, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Một ví dụ: Tháng 7/2021, người ta đã xây dựng một hệ thống pin lưu trữ lớn nhất từ trước tới nay tại châu Âu, do Pensa Power, công ty con của Shell đảm nhận, có kích thước bằng một sân bóng để lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra từ các nguồn tái tạo và sau đó cấp vào lưới điện quốc gia, cũng như mạng lưới truyền tải điện năng Scotland và Southern Energy.

Tại Trung Quốc, ban đầu Tập đoàn sản xuất điện nhà nước China Huaneng Group và quỹ tài chính CNIC Corporation đề xuất dự án 100 MW. Cuối cùng quyết định xây dựng cơ sở 150 MW gồm ba khối pin 50 MW được đặt gần nhau sử dụng công nghệ pin lithium-iron-phosphate/ternary lithium để lưu giữ điện năng. Mỗi khối đơn nguyên này có nhiều biến tần để xả điện được lưu trữ thành dòng điện xoay chiều AC. Khi được sạc đầy, pin sẽ có khả năng cung cấp năng lượng cho khoảng 15.000 ngôi nhà trong một ngày. Một trạm biến áp 132 kV cũng đang được xây dựng để hấp thụ cũng như đưa nguồn điện vào lưới.

Tòa nhà kiêm chức năng pin - giải pháp mới cho lưu giữ năng lượng:

Các nhà khoa học tại Đại học Chalmers (CU), ở Gothenburg, Thụy Điển mới đây đã phát triển một nguyên mẫu đầu tiên trên thế giới về một loại pin làm từ xi măng, có thể sạc lại và chứa năng lượng gấp 10 lần so với mô hình truyền thống - đó là bê tông tích điện.

Các nhà nghiên cứu đã trộn các sợi carbon dẫn điện vào xi măng, một thành phần chính của bê tông để thay thế cho chất điện phân và nhúng các lớp lưới sợi carbon, được phủ trong niken hoặc sắt, để hoạt động như các tấm tôn. Pin làm từ xi măng có thể sạc lại có mật độ năng lượng trung bình là 7 watt-giờ/1m2. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng, 200 m² pin bê tông sẽ “cung cấp khoảng 8% lượng điện tiêu thụ hàng ngày cho một ngôi nhà tiêu biểu”.

Sau nước, bê tông là vật liệu được tiêu thụ rộng rãi nhất trên thế giới. Theo các nhà khoa học, các ứng dụng tiềm năng cho loại pin sạc mới bao gồm cấp nguồn cho đèn LED và cung cấp kết nối 4G ở các vùng sâu, vùng xa, đến bảo vệ catốt chống lại sự ăn mòn trong cơ sở hạ tầng bê tông. Emma Zhang - thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: Công nghệ này cũng có thể được kết hợp với các tấm pin mặt trời để cung cấp điện và trở thành nguồn năng lượng cho các hệ thống giám sát trên đường cao tốc, hoặc cầu - nơi các cảm biến vận hành bằng pin bê tông có thể phát hiện ra vết nứt, hoặc ăn mòn.

Các dự báo của ngành công nghiệp cho thấy thị trường pin lithium-ion sẽ tăng lên 100 tỷ USD vào năm 2025. Còn theo một bài xã luận gần đây trên Tạp chí Nature: Khoảng 70% coban trên thế giới, chi tiết quan trọng của điện cực của pin - chỉ được tìm thấy ở một quốc gia, đó là Cộng hòa Dân chủ Cônggô (DRC).

Khoảng 90.000 tấn, hay 90% sản lượng coban hàng năm của DRC đến từ các mỏ công nghiệp của nước này, nhưng nhu cầu toàn cầu tăng cao đối với mặt hàng này đã thu hút hàng nghìn cá nhân và doanh nghiệp nhỏ, được gọi là những người khai thác thủ công, dẫn đến lao động trẻ em và với điều kiện làm việc không an toàn.

Với thực trạng này, việc tái tuần hoàn dùng lại pin thay vì vứt bỏ chúng cũng cần được các chính phủ, cũng như ngành công nghiệp ưu tiên một khi ngành công nghiệp về pin và lưu trữ pin bùng nổ. Nó không chỉ mang lại lợi ích cho tất cả mọi người, mà còn có lợi về môi trường và xa hơn, hạn chế chiến tranh xung đột chỉ vì nguồn tài nguyên cạn kiệt, đồng thời giúp ngành công nghiệp pin thế giới phát triển bền vững trong quá trình chuyển đổi năng lượng trong tương lai./.

KHẮC NAM (THEO GNC/PTC - 8/2021)

Link tham khảo:

1/ https://www.globenewswire.com/news-release/2021/04/08/2206703/28124/en/Global-Battery-Market-Report-2020-2027.html

2/ https://www.power-technology.com/features/the-great-recharge-the-state-of-play-in-the-global-battery-market/

3/ Sample-report_Vietnam-Battery-Market-Research-Report_ASEANSC.pdf