2020年春季，当新冠疫情席卷纽约市时，其影响并不均衡。受创最严重的是有色人种社区，其死亡率大约是白人社区的两倍。这背后有着各种相互关联的原因——这些地区拥有更多的必要服务行业工作者，居住在更拥挤的房屋中，并且医疗资源获取更少——但其中一个更为阴险的因素是长期暴露在空气污染中。哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的一项全国性研究发现，每立方米空气中细颗粒物每增加一微克，新冠死亡率就会增加8%。细颗粒物是与高速公路、卡车交通和发电站最密切相关的污染物。鉴于纽约市最污染和最清洁的社区之间每年的差异约为每立方米4微克，重工业附近的地区会因此带来更多致命感染。
皇后区养殖场（Queensbridge Houses）的居民，这是美国最大的公共住房项目，他们担心这让他们面临更大的风险。“在过去的三个月里，我在公园里听到的谈话比过去五年都多，”社区活动家和社区建设者Suga Ray说。“人们在谈论那边的发电厂，”他指的是Ravenswood发电站，其标志性的红白尖顶烟囱成为了天际线永恒的背景。
皇后区养殖场由26栋Y形建筑组成，坐落在连接曼哈顿中城和皇后区的大桥阴影下。约7000名居民中，40%生活在贫困线以下；96%是非白人。Ravenswood发电站能够满足城市高达20%的峰值电力需求，坐落在这些公共住房项目的斜对面，并于1963年开始发电。皇后区养殖场于1939年开放。“这就是你知道这是系统性的原因，”Ray说。“他们本可以把它建在任何地方。我们却把这些建筑建在以黑人为主的社区里。”
然而，在这个充斥着分裂和反思——无论是种族还是环境——的美国时代，Ravenswood正在试图进行净化。这首先要从其污染最严重的单元开始，即被称为“调峰电厂”（peakers）的燃气发电厂，它们只在炎热的“峰值”日为电网提供电力。该发电站可以通过两种方式产生约2050兆瓦的电力（足以为约一百万户家庭供电）。四台巨大的燃气和燃油蒸汽轮机——使用年限从16年到57年不等——是它的“乌龟”，启动缓慢而稳健，但在年度总产量上却总能获胜。而“兔子”则是Ravenswood的调峰电厂，这些发动机源自耗油量巨大的飞机喷气式发动机，它们和美国各地类似的系统一样，能够快速启动以满足需求高峰。它们不经常运行，但运行起来非常污染。特别是，根据纽约州环境保护部（DEC）的数据，它们的氮氧化物排放量是更清洁的涡轮机（如Ravenswood的大型“乌龟”）的30倍。它们在最糟糕的时候排放：在高温、高臭氧的日子里。而且在最糟糕的地方：与已经充斥着卡车尾气排放和相关健康影响的有色人种社区一起。
在最高需求时刻，电网的拥堵意味着电力需要在最需要的地方——城市——附近生产。但这能更清洁地实现吗？2019年，纽约州通过了该国最雄心勃勃的气候法之一，规定到2040年实现100%无碳电力。此外，州环保部（DEC）还通过了一项专门针对调峰电厂的规定，将其排放限制降低到足以迫使许多电厂提前退休的地步，包括Ravenswood。根据新立法，该发电站剩余的三台机组，均已超过50岁，是最初17台机组中的最后一批，将于2023年退役。
取而代之的是，Ravenswood的所有者——私募股权公司LS Power——已获得纽约州批准，在现场建造316兆瓦的电池储能系统，这将是美国最大的此类设施之一。这些电池将从物理和功能上取代老化的调峰电厂，最终从电网中以可再生能源充电，然后在高峰需求日进行调度。“目标是能够维持我们目前相同的可靠性水平，但同时降低排放水平，”Rise Light & Power的首席执行官Clint Plummer表示。Rise Light & Power是一家新成立的实体，负责运营Ravenswood发电站以及未来的项目。Plummer曾是一名海上风电高管，于2020年初加入公司，其任务是重新定义这个备受瞩目的发电站，使其成为清洁能源的典范，成为纽约州大胆气候努力的关键（且非常显眼）的节点。立法可能迫使Ravenswood做出改变，但该发电站正在拥抱其绿色转型。（LS Power也预计利润会随之而来。）
Ravenswood并非孤例。在美国各地，利用可再生能源并纠正长期存在的环境不公正的巨型电池正缓慢而稳健地——就像一艘超级油轮掉头一样——取代老旧、污染严重且运营成本高昂的燃气电厂。今年夏天，LS Power在圣地亚哥附近启用了一个230兆瓦的电池系统，并将其添加到附近一个40兆瓦的单元中，使其成为美国最大的电网储能运营商。但这种领先地位不会持久。它的竞争对手还有更大的项目在进行中，包括在加州蒙特利湾附近的一个400兆瓦的系统，以及在佛罗里达州的一个409兆瓦的设施，旁边还有一个74.5兆瓦的太阳能农场。针对调峰电厂——通常是电网中最污染的燃气电厂——是抓住容易实现的目标；即使当今的锂离子技术仍相对昂贵，但以营利为目的的电力公司也能将它们解决。
电网的下一步将更加困难。能源供应商不仅需要取代“兔子”，还需要取代“乌龟”，即仍然供应我们约60%电力的化石燃料大型发电厂。考虑到对电力最大的需求总是在人口最集中的地方，并且考虑到这些地区的现有设施不公平地设在最脆弱的社区，像Ravenswood这样的城市运营商如何实现低碳——低氮氧化物——的未来？Plummer打算找出答案。“我们希望能够创造一个具有全球意义的榜样，展示如何从非常实际的、动手实干的、全身心投入的角度来实现这一转变，”他说。
Ravenswood发电站是一个三街区长、约27英亩的矩形区域，被一圈红砖墙环绕，墙顶设有剃刀丝网。 缠绕在围栏上的塑料袋碎片随处可见。入口旁边飘扬着公司的旗帜，一个黑色的圆形电力标志，中心是一个红色的R，背景是被烟灰染灰的白色。与皇后区养殖场一起，该社区还混杂着出租车经销商、救护车维修店和老式的午餐柜台。一家专营特斯拉的碰撞修复店里堆满了闪闪发光的电池驱动的金属车身，它们一直堆到破损的人行道外。在Ravenswood的西侧，沿着东河，驳船载着化石燃料抵达，更多则通过管道输送，所有这些都储存在高大的圆柱形储罐中，直到被燃烧以给我们的笔记本电脑充电并保持我们的冰淇淋冷藏。
“美国的电力系统就像一只鸭嘴兽，”Plummer在视频会议中，从他因疫情封锁而居家办公的办公室里，一边小口喝着肌肉牛奶一边解释道。“它是一种高度进化的生物，它融合了各种非常奇特的事物，最终形成一个生物体，其设计目标只有一个，并且做得非常好：以最低的成本提供化石燃料发电并确保可靠性。”
Plummer说，Ravenswood的运作方式和时间安排在一张电子表格中进行组织，共七行二十四列。每天，工作人员会将数据发送给纽约独立系统运营商（NYISO），这是一个负责运行该州电网的非营利组织。列表示一天中的小时，行表示现场的七台发电机组——制造电力的各个机器，每台都有其独特的特征。其中最著名的是“Big Allis”，这是一台1000兆瓦的蒸汽动力厂，以制造它的公司Allis-Chalmers命名。该厂于1965年投入使用，曾一度是世界上最大的蒸汽轮机。与Big Allis一起，一对较小的配套蒸汽发电机也来自20世纪60年代，每台约产生400兆瓦；而一台2004年的工厂则使用当时最先进、相对清洁的燃气和蒸汽联合系统发电250兆瓦。最后三台机组是调峰电厂，它们是50多岁的活跃分子。和它们已经退役的同类机组一样，调峰电厂像拖车公园里的移动房屋一样排列在沥青场上，每个顶部都有一个矮胖的长方形通风塔——就像一顶烟囱帽。它们淡蓝色的油漆下露出锈迹，而蒸汽朋克风格的表盘和老式的公司标志则显示出它们的阿波罗时代起源。
在Ravenswood的电子表格中，每个单元格都有一个美元价值：运行该机器一个小时的报价，该报价基于燃料价格以及Plummer及其员工为确保利润所做的其他计算。NYISO的电网管理者然后提交第二天运行的订单，努力精心平衡纽约州2000万人口的预期供需。合同清晰明了。NYISO期望发电厂在系统运营商要求时产生能量，而我们则期望在任何需要时都能从插座获得电力。
然而，要让这一切正常运转，电网需要调峰电厂。为了确保它们可用，Ravenswood和其他纽约的发电站仅仅是让它们的涡轮机处于待命状态就能收到“容量付款”，这是一种应对最高需求日的保险。根据PEAK Coalition（一个倡导在2040年州截止日期之前关闭该市调峰电厂的社会正义和环境组织）的估计，在2010年至2019年间，仅Ravenswood就收到了近12亿美元的付款。他们认为，这笔钱可以更好地用于清洁技术。“这些老旧的笨重设备仅仅是待在那里就能获得巨额报酬，这显然说不通，”环境正义律师Rachel Spector说，她曾参与撰写PEAK Coalition 2020年的倡导报告《肮脏能源，大金钱》。
Ravenswood是该市其他类似地点必须效仿的典范。它不会取代其最后剩余的调峰电厂。取而代之的是，该地点拟议的电池单元将承担其角色，为城市能源供应补充能量，但不会产生排放。“我们的电力系统很大一部分是为了应对十年来最炎热日子里最糟糕的时刻而建立的——因为你必须保证灯火通明，”Fluence公司的一位总监Ray Hohenstein解释道。Fluence是一家电池技术公司，由基础设施巨头西门子（Siemens）和AES（AES）合资成立。Fluence是一家可能与Ravenswood项目竞争的公司。该公司曾在世界各地的大型项目中工作，Hohenstein称赞了它们的转型潜力。“在各种网络中——食品、商品、数据——存储被嵌入其中，部分是为了在供需之间起到减震器的作用，”他解释道。“随着大型、连接电网的电池的到来，“你可以真正开始以不需要建造很少使用基础设施的方式来管理需求。”
但限制仍然存在。目前，Rise Light & Power为Ravenswood提出的电池单元计划使用锂离子技术，这是你手机和所有特斯拉中已有的熟悉技术。目前，价格与调峰电厂相当的电池只能放电大约四个小时。但在峰值需求日，这还不够。“特别是在纽约——我们预计在其他人口稠密的城市地区——四个小时很可能是不够的，”Plummer说。为了提供更长时间的电力并满足电网的要求，Rise Light & Power需要建造两个316兆瓦的系统，可以连续运行。但即使完成这项工作，也需要纽约市消防局的批准，消防局迄今为止对大型电池的易燃性持谨慎态度。（2019年亚利桑那州一个设施发生的爆炸事件也加剧了这种担忧。）
Plummer对这项技术的新颖性并不气馁。在加入Ravenswood之前，他曾在Ørsted工作，这是一家丹麦可再生能源巨头，正大力开发美国东海岸海域的海上风电，包括与纽约电力管理局达成的一项880兆瓦的协议——这在美国标准下是惊人的规模。环保意识强的州立法者的热情鼓舞了这两个项目。纽约的气候立法规定，到2030年将安装3000兆瓦的电网储能，Ravenswood的316兆瓦是一个可观的部分。“国家想要这样做，我们非常认真地对待，”Plummer说。他的担忧不在于技术上或法律上如何建造，而在于如何改变现有系统以确保该发电站未来的利润。并非第一次，宏大的气候计划需要适度的财务风险。
大型电池并非Ravenswood的第一个宏伟计划。 当该场地在20世纪60年代开发时，联合爱迪生公司（ConEd）的工程师们看中了他们那个时代的热门技术：核裂变。在提交给原子能委员会的一份申请中，ConEd提议在距时代广场两英里、人口稠密社区对面的地方建造一座百万千瓦的核电站（规模约为拟议电池的三倍）。市议会引入了一项禁止建造任何原子能发电机的法案，但公用事业公司坚持己见。“我们对纽约市地区核电的未来充满信心，”董事长Harland C. Forbes说。该公司声称，其设计是安全的，并坚持其七英尺厚的混凝土外壳能够承受飞机撞击。
与此相比，今天的电池计划简直值得大肆宣扬。但更大的前景不仅仅是如何满足峰值日期的能源需求，而是为像Ravenswood这样的城市发电厂能够做什么提供了一个全新的思考方向。真正的挑战——也是巨大的机遇——是让这个大规模储能系统不仅仅是旧调峰电厂的替代品，而且成为该地区向可再生能源转型的一个枢纽。尤其值得注意的是，纽约2019年的气候法案要求到2035年安装9000兆瓦的海上风电场，足以满足该州约三分之一的需求。
风能很容易输送到纽约市800万人口那里。水下电缆可以直接将电力输送到Ravenswood优越的河滨地产和已有的巨大电网连接处——而无需穿越该地区拥堵的输电线路。海洋勘测已经开始。而且，就在上个月，该公司宣布计划运行一条高兆瓦电缆，将纽约州北部（Upstate New York）的风能和太阳能输送到纽约市。这有望创造一种新型发电站。它不再仅仅是一个化石燃料进入、电力输出的地方，而更像是一个配送中心，清洁的电子从风力涡轮机或太阳能电池板进入，然后就地储存，并根据需求进行调度。
在这种模式下，电池可以比调峰电厂做更多的事情。它们可以帮助“同步”电网，确保供需精确平衡——这可以通过收集电力和释放电力来实现。
本文刊载于《Popular Science》2020 年冬季“变革”特刊。
