Con người từ lâu đã xây dựng nên những công trình cao chót vót để thể hiện sức mạnh của của các đế chế, các vương triều.
Nhưng ngày nay, khi nhà chọc trời đã trở thành một thứ gì đó quen thuộc trong đời sống, những tòa nhà chọc trời có thể sớm có một mục đích mới là lưu trữ năng lượng tái tạo.
Một trong những rào cản lớn nhất đối với các nguồn năng lượng tái tạo đó là tính không liên tục. Mây có thể cản bớt ánh mặt trời, gió có thể ngừng thổi khiến các tuabin không thể tạo ra điện. Hoặc đôi lúc mặt trời chiếu mạnh quá, gió thổi mạnh quá khiến năng lượng làm ra bị dư thừa.
Do đó, việc lưu trữ rất quan trọng để giúp cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ điện. Các nhà khoa học đang miệt mài tìm kiếm các phương pháp khác nhau giúp lưu trữ năng lượng. Và đó là lúc các tòa nhà chọc trời có lắp đặt pin xuất hiện.
Vào cuối tháng 5 vừa qua, Skidmore, Owings & Merrill (SOM), công ty kiến trúc và kỹ thuật đã thiết kế một số tòa nhà cao nhất thế giới, hợp tác với công ty lưu trữ năng lượng Energy Vault để phát triển các giải pháp lưu trữ năng lượng mới, bao gồm thiết kế cho một tòa nhà chọc trời sử dụng động cơ chạy bằng điện từ lưới điện để nâng các khối pin lớn.
Các khối pin này sẽ lưu trữ điện dưới dạng năng lượng “tiềm năng,” khi có nhu cầu, pin sẽ được hạ xuống, giải phóng năng lượng, sau đó chuyển đổi thành điện năng.
Các tòa nhà cao tầng là thế mạnh của SOM. Công ty này đã thiết kế Trung tâm Thương mại Một Thế giới của New York, Tháp Willis của Chicago, trước đây gọi là Tháp Sears, và tòa nhà chọc trời cao nhất thế giới, Burj Khalifa ở Dubai, cao hơn 828 mét.
"Đây là cơ hội để tận dụng chuyên môn này ... và sử dụng nó để lưu trữ năng lượng, cho phép chúng ta cai nghiện nhiên liệu hóa thạch," Bill Baker, đối tác tư vấn tại SOM và kỹ sư kết cấu của Burj Khalifa, cho biết trên CNN.
Theo Hiệp hội Năng lượng Quốc tế, nếu thế giới muốn đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, thì cần phải phát triển công nghệ lưu trữ quy mô lưới điện hoặc các công nghệ kết nối với lưới điện có thể lưu trữ năng lượng.
Pin lithium-ion, loại pin phổ biến cho xe điện, không thể giải quyết vấn đề một mình. Đầu tiên, chúng không thể lưu trữ năng lượng trong thời gian dài.
Hiện tại, công nghệ này chỉ giúp năng lượng có thể lưu trữ trong khoảng thời gian ngắn, từ thời điểm nắng nhất vào buổi chiều đến buổi tối nếu nhu cầu tăng đột biến. Nhưng khoảng thời gian này chưa đủ dài.
Thủy điện tích năng, vốn đã được sử dụng rộng rãi để lưu trữ năng lượng tái tạo, có thể làm được điều đó. Nó bao gồm một tuabin bơm nước từ một hồ chứa ở vùng đất thấp hơn đến một hồ chứa ở vùng nước cao hơn trong giờ thấp điểm, Khi nhu cầu tăng đột biến, nước được giải phóng để chảy qua một tuabin tạo điện. Nhưng nó đòi hỏi địa hình đồi núi và không gian lớn.
Tòa tháp siêu kết cấu của SOM và Energy Vault, có thể cao từ 300 đến 1.000m, sẽ gồm những cấu trúc rỗng như các trục thang máy để di chuyển các khối pin, đồng thời tạo không gian cho người thuê nhà ở và thương mại. Các công ty cũng đang xem xét tích hợp thủy điện tích năng vào các tòa nhà chọc trời, sử dụng nước thay vì các khối pin.
Cuối cùng, năng lượng có thể lưu trữ lên tới nhiều GW/h, đủ để cung cấp điện cho một số tòa nhà. Mặc dù vẫn có nhiều câu hỏi về tính kinh tế và khả thi của pin năng lượng dành cho các tòa nhà chọc trời, như yêu cầu về không gian cần sử dụng để lưu trữ năng lượng, và những thay đổi về cấu trúc cần thiết để chịu được trọng lượng tăng thêm, nhưng Energy Vault và SOM tin tưởng rằng các giải pháp của họ khả thi về mặt thương mại.
Ngày nay, ngành xây dựng và các tòa nhà cao tầng đang chịu trách nhiệm cho gần 40% lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Và việc cho phép sử dụng năng lượng tái tạo sẽ giúp bù đắp lượng khí thải carbon của các tòa nhà siêu cao tầng.
Các chuyên gia đã nỗ lực tiến hành nhiều phương pháp giải quyết vấn đề này, từ việc trang bị cho các tòa nhà lớp cách nhiệt tốt hơn, cho đến xây dựng các tòa nhà bằng các vật liệu thay thế ít thải carbon hơn, như gỗ.
Một số tòa nhà đang thực sự trở nên xanh hơn. Tại Milan, Italy, kiến trúc sư Stefano Boeri đã thiết kế nên những tòa tháp phủ đầy cây cối và bụi rậm, và ông đã tiết lộ một thiết kế tương tự cho các tòa tháp ở Dubai, UAE.
Những tòa nhà cũng đang ngày càng cao hơn và nhiều hơn. Theo Daniel Safarik, thuộc Hội đồng Nhà cao tầng và Môi trường sống đô thị, từ năm 1900 đến năm 1999, 235 tòa nhà cao hơn 200m đã được xây dựng trên toàn cầu. Năm ngoái, 179 tòa nhà có chiều cao đó trở lên đã được xây dựng.
Chiều cao này phù hợp với các nhu cầu về các công trình lưu trữ năng lượng trọng lực.
Về công nghệ lưu trữ năng lượng trọng lực, thì việc xây dựng các tòa nhà càng cao sẽ càng tốt vì nó có thể bù đắp lượng carbon nhanh hơn trong vòng từ 2-4 năm./.
