Как инновационная система батарей в Бронксе поможет зарядить сеть Нью-Йорка

Цель штата - к 2030 году ввести в эксплуатацию шесть гигаватт аккумуляторных батарей. Посмотрите изнутри, как будет работать одна небольшая система.

Отредактировано 2023-25-06
Четыре белых блока - это батареи которые могут обеспечить около трех мегаватт энергии в течение четырех часовЧетыре белых блока - это батареи, которые могут обеспечить около трех мегаватт энергии в течение четырех часов.

На небольшом участке земли на северо-востоке Бронкса в Нью-Йорке расположена аккуратная, но мощная аккумуляторная система. Расположенная через дорогу от бежевого здания средней школы и недалеко от Planet Fitness и Dollar Tree, система аккумуляторов предназначена для подачи энергии в сеть в моменты пикового спроса в жаркие летние дни и вечера.

В штате Нью-Йорк поставлена цель в ближайшие семь лет ввести в эксплуатацию шесть гигаватт аккумуляторных систем хранения энергии, и эта система мощностью около трех мегаватт является очень маленькой, но, надеюсь, полезной частью этого процесса. Она предназначена для отправки этих трех мегаватт энергии в течение четырех часов, обычно между 16:00 и 20:00 в самые жаркие дни года, с целью снизить нагрузку на энергосистему и, в идеале, сделать ее немного чище.

Местная энергетическая компания Con Edison недавно подключила аккумуляторную систему к сети. Вот как это работает и почему такие системы важны.

От линий электропередач к батареям и обратно

Источником электроэнергии для этих батарей являются существующие линии распределения электроэнергии, проходящие по верху близлежащих столбов. По этим проводам подается напряжение 13 200 вольт, но сама система батарей должна работать при гораздо более низком напряжении. Поэтому, прежде чем электроэнергия попадет к самим батареям, она должна пройти через трансформаторы.

хранение аккумуляторовАдам Коэн, представитель компании NineDot Energy, на аккумуляторном заводе в январе. Роб Вергер

Во время январской экскурсии по объекту для журнала Popular Science Адам Коэн, технический директор компании NineDot Energy, стоящей за этим проектом, открывает серую металлическую дверь. За ней находятся трансформаторы. "Они выглядят очень аккуратно", - говорит он. Действительно, они выглядят аккуратно - три желтоватых блока, которые берут напряжение и преобразуют его в 480 вольт. Этот батарейный комплекс на самом деле представляет собой две системы, которые зеркально отражают друг друга, поэтому другие трансформаторы находятся в дополнительном оборудовании неподалеку.

После того, как трансформаторы сделают свою работу и преобразуют напряжение в меньшее число, электричество поступает в гигантские белые аккумуляторы Tesla Megapack. Эти батареи представляют собой большие белые коробки с закрытыми шкафами, а над ними находится противопожарное оборудование. Эти батареи не только хранят электроэнергию, но и оснащены инверторами для преобразования переменного тока в постоянный, прежде чем сок может быть накоплен. Когда энергия вытекает из батарей, она снова преобразуется в переменный ток.

электрические трансформаторыТакие трансформаторы преобразуют электричество из 13 200 вольт в 480 вольт. Роб Вергер

Система хранения аккумуляторов спроектирована таким образом, чтобы следовать определенному ритму. По словам Коэна, она будет постепенно заряжаться с 10 вечера до 8 утра. Это время, "когда сеть имеет дополнительную доступность, энергия дешевле и чище, [и] сеть не перенапряжена", - говорит он. Когда начнется день и сеть начнет испытывать повышенный спрос, батареи перестанут заряжаться.

По словам Коэна, в летнюю жару, когда происходит "событие в сети", именно тогда и происходит волшебство. Начиная примерно с 16:00, батареи смогут посылать свою энергию обратно в сеть, чтобы помочь разрядить систему. По оценкам Управления энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк (NYSERDA), за этот четырехчасовой период они смогут произвести достаточно энергии для питания около 1000 домов.

Энергия будет поступать обратно в те же провода, которые заряжали их раньше, а затем к потребителям. Цель состоит в том, чтобы попытаться сделать сеть немного чище или менее грязной, чем она была бы, если бы батарей не было. "Это компенсирует грязную энергию, которая работала бы в противном случае", - говорит Коэн.

Конечно, лучшим вариантом было бы, если бы батареи получали энергию из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, и на участке есть небольшой солнечный навес, который может передавать крошечную толику чистой энергии в сеть. Но Нью-Йорк и другие близлежащие районы штата в настоящее время в значительной степени зависят от ископаемого топлива. Например, в Нью-Йорке в 2022 году, согласно недавнему отчету Нью-Йоркского независимого системного оператора, производство энергии в коммунальном секторе на 100% состояло из ископаемого топлива. (Одно из нескольких разрабатываемых решений этой проблемы включает в себя строительство новой линии электропередач). Это означает, что батареи будут получать энергию из сети, в которой преобладает ископаемое топливо, но делать это в ночное время, когда эта сеть, как можно надеяться, меньше загрязняет окружающую среду.

Компания Nine Dot Energy утверждает, что это первое использование мегапаков Tesla в Нью-Йорке.Компания NineDot Energy утверждает, что это первое использование мегапаков Tesla в Нью-Йорке. Роб Вергер

Как подобные системы могут помочь

Электроэнергия в значительной степени является продуктом по требованию. То, что мы потребляем, "должно быть произведено прямо сейчас", - отмечает Коэн, сидя за рулем своего Nissan Leaf, когда мы едем к месту хранения батарей в Бронксе в пятницу в январе. Аккумуляторы, конечно, могут изменить эту динамику, сохраняя сок до того момента, когда он понадобится.

Этот проект в Бронксе является чем-то вроде электронной капли в ведре: При мощности в три мегаватта, батареи представляют собой крошечный шаг на пути к цели штата Нью-Йорк - иметь шесть гигаватт, или 6 000 мегаватт, аккумуляторных батарей в сети к 2030 году. Даже если эта установка в Бронксе составляет менее одного процента от этой цели, она все равно может быть полезной, говорит Шуйлер Маттесон, старший советник по вопросам хранения энергии и политики NYSERDA. "Небольшие устройства играют действительно важную роль", - говорит он.

Один из способов, которым такие небольшие устройства могут помочь, заключается в том, что их можно разместить рядом с людьми, которые пользуются ими в своих домах или на предприятиях, чтобы электроэнергия не терялась при передаче с дальних расстояний. "Они находятся очень близко к потребителям в распределительной сети, и поэтому при подаче электроэнергии в пиковые моменты они позволяют избежать значительных потерь при передаче, которые могут составлять от пяти до восьми процентов энергии", - говорит Маттесон.

А близость к обществу дает интересные возможности. На третьем этаже средней школы, расположенной через дорогу, находится кампус Чартерных школ Бронкса для лучшего обучения. Там два десятка учеников в сотрудничестве с местным художником Тиджаем Мохаммедом работают над созданием фрески, которая в итоге будет висеть на зеленом заборе перед батареями. "Они так гордятся тем, что связаны с этим проектом", - говорит Карлин Бакл, менеджер программы обогащения в школах.

Представители студенческого совета Чартерных школ Бронкса для лучшего обучения (BBL2) участвуют в проекте настенной росписи для аккумуляторного центра. Представители студенческого совета Чартерных школ Бронкса для лучшего обучения (BBL2) участвуют в проекте настенной росписи для аккумуляторного центра. Кевин Мелендес / Чартерные школы Бронкса за лучшее обучение

События в сетке

Главная польза от такого объекта заключается в том, что он помогает энергосистеме в жаркий летний день. Это связано с тем, что когда в Нью-Йорке наблюдаются пиковые температуры, спрос на энергию также достигает пика, поскольку все включают свои кондиционеры.

Для удовлетворения спроса на электроэнергию город полагается на более чем дюжину пиковых электростанций, которые являются более грязными и менее эффективными, чем обычные базовые электростанции, работающие на ископаемом топливе. Пиковые электростанции оказывают непропорционально сильное воздействие на население, проживающее вблизи них. "Риски для здоровья населения, связанные с проживанием вблизи электростанций, варьируются от астмы до рака и смерти, и это помимо других кризисов общественного здравоохранения и экономических трудностей, с которыми уже сталкиваются общины экологической справедливости", - отмечает Дженнифер Рашлоу, декан Школы окружающей среды при Вермонтской юридической и высшей школе по электронной почте. В Южном Бронксе, например, есть пиковые электростанции, а в целом по району, по данным Американской легочной ассоциации, зарегистрировано 22 855 случаев детской астмы. Вывод их из эксплуатации или сокращение их использования - это не только вопрос энергетической безопасности, это вопрос экологической справедливости.

Поэтому, когда спрос на электроэнергию достигает пика, "обычно происходит так: нам приходится наращивать мощности дополнительных газовых или даже, в некоторых случаях, нефтяных установок в нижнем регионе штата для обеспечения пиковой мощности", - говорит Маттесон. "И поэтому каждая единица хранения, которую мы можем разместить там для обеспечения электроснабжения в пиковое время, компенсирует некоторые из этих грязных, маргинальных установок, которые нам пришлось бы наращивать в противном случае".

Заряжая аккумуляторы ночью, а не днем, и отправляя сок в пиковые моменты, "вы фактически компенсируете местный углерод, вы компенсируете местные твердые частицы, и это приносит действительно большую пользу качеству воздуха и здоровью населения Нью-Йорка", - говорит он.

Представьте себе, говорит Маттесон, что пиковая электростанция производит 45 мегаватт электроэнергии. Ввод в эксплуатацию 3-мегаваттной аккумуляторной системы может означать, что операторы могут снизить мощность "грязной" станции до 42 мегаватт. Но в идеальном мире она вообще не включается. "Мы хотим, чтобы 15 из [этих 3-мегаваттных] проектов в сумме дали 45 мегаватт, и если они смогут стабильно работать в пиковое время, то, возможно, этот маргинальный грязный генератор даже не будет задействован", - говорит он. "Если это произойдет достаточно часто, то, возможно, они уйдут на пенсию".

По словам Пола Денхолма, старшего научного сотрудника Национальной лаборатории возобновляемой энергии в Колорадо, занимающегося вопросами хранения энергии, большая часть Соединенных Штатов испытывает пик потребности в электроэнергии в жаркие летние дни, как и Нью-Йорк, за некоторыми географическими исключениями. "Практически на большей части страны пик потребления приходится на летнее время, на поздние вечерние часы", - говорит он. "И поэтому мы традиционно строим газовые турбины - у нас сотни гигаватт газовых турбин, которые были установлены в течение последних нескольких десятилетий".

Очень небольшое количество энергии может поступать от этого солнечного навеса на участке - напоминание о том, что самая чистая энергия поступает из возобновляемых источников.Очень небольшое количество энергии может поступать от этого солнечного навеса на участке - напоминание о том, что самая чистая энергия поступает из возобновляемых источников. Роб Вергер

Хотя трехмегаваттный проект в Бронксе ни в коем случае не заменит электростанцию, Денхолм говорит, что в целом тенденция идет к тому, что батареи возьмут на себя функции электростанций. "По мере того, как эти электростанции стареют и выходят из эксплуатации, необходимо строить что-то новое", - говорит он. "В течение последних пяти лет мы достигли переломного момента, когда аккумуляторные батареи могут превзойти новые традиционные газовые турбины по стоимости жизненного цикла".

В настоящее время в штате Нью-Йорк уже подключено 279 мегаватт аккумуляторных батарей, что составляет около 5 процентов от общей цели в 6 гигаватт. По оценкам Денхолма, в национальном масштабе уже подключено около девяти гигаватт аккумуляторных батарей.

"Существуют значительные количественные преимущества использования [аккумуляторных] накопителей в качестве пиковых станций", - говорит Денхолм. Одним из таких преимуществ является меньшее количество местных выбросов, что важно, поскольку "многие из этих электростанций находятся в местах, которые исторически являются регионами, подверженными влиянию [экологической несправедливости]".

"Даже когда они заряжаются от ископаемых электростанций, они обычно заряжаются от более эффективных установок", - добавляет он.

Если все пойдет по плану, батареи начнут разряжаться уже этим летом, в самые знойные дни.