在纽约市布朗克斯区东北部的一小块土地上，坐落着一个整洁但功能强大的电池储能系统。该系统位于一栋米色中学对面，离Planet Fitness和Dollar Tree也不远，其设计目的是在炎热的夏季午后和傍晚需求高峰时段向电网输送电力。
纽约州的目标是在未来七年内上线令人瞩目的六吉瓦电池储能系统，而这个约三兆瓦的系统是其中一个很小但有望有帮助的部分。它旨在能够在四个小时内输出这三兆瓦的电力，通常在一天中最热的下午4点到晚上8点之间，目标是减轻电网的负担，并使其更加清洁。
当地电力公司Con Edison最近将该电池系统连接到了电网。以下是它的工作原理，以及类似系统为何如此重要。
从电线到电池，再到电线
这些电池的电力来源是沿着附近电线杆顶端运行的现有电力分配线路。这些电线传输的是13,200伏的电力，但电池系统本身需要使用低得多的电压。这就是为什么在电力到达电池本身之前，需要通过变压器。
在1月份《流行科学》的现场参观中，该项目公司NineDot Energy的首席技术官Adam Cohen打开了一扇灰色的金属门。门后面是变压器。“它们看起来非常酷，”他说。确实，它们看起来很酷——三个淡黄色的单元，将电压转换成480伏。这个电池组实际上是两个镜像的系统，所以其他变压器位于附近额外的设备中。
在这些变压器完成工作并将电压转换为较低的数值后，电力流向巨大的白色Tesla Megapack电池单元。这些电池是带有挂锁柜的大型白色盒子，上方是消防设备。这些电池单元不仅储存电力，还内置了逆变器，在电力存储之前将交流电转换为直流电。当电力从电池流出时，又会再次转换为交流电。
电池储能系统的运行遵循特定的节奏。Cohen说，它将在晚上10点到早上8点之间缓慢充电。他说，那是“电网有额外可用性、电力更便宜、更清洁，并且电网没有过载的时候”。当一天开始，电网需求增加时，电池就会停止充电。
在夏季炎热时，当发生“电网事件”时，Cohen说，奇迹就会发生。从下午4点左右开始，电池就能将电力输送回电网，帮助缓解系统压力。根据纽约州能源研究和发展局（NYSERDA）的估计，在这四个小时内，它们可以产生足够驱动约1000户家庭的电力。
[相关：即将部署到科罗拉多州卡森堡陆军基地的巨型“液流电池”将如何工作]
电力将通过与充电时相同的电线流回电网，然后输送给客户。其目标是使电网比没有电池时更清洁一些，或者说“污染”少一些。Cohen说：“它抵消了本来会运行的污染能源。”
当然，最好的情况是电池从太阳能或风能等可再生能源获取电力，该地点确实有一个小型太阳能顶棚，可以向电网输送一点点清洁能源。但纽约市及其附近的下州地区目前非常依赖化石燃料。例如，根据纽约独立系统运营商（NYISO）的最新报告，2022年纽约市的公用事业规模能源生产100%来自化石燃料。（正在进行的几项解决方案之一涉及一条新的输电线路。）这意味着电池将从以化石燃料为主的电网中获取电力，但会在夜间进行，那时电网的污染可能会减少。
此类系统如何提供帮助
电力是一种非常按需的产品。Cohen在1月份一个周五前往布朗克斯区的电池储能地点途中，从他的日产聆风车里指出：“我们消费的电力‘必须是即时生产的’。”当然，电池可以通过在需要时储存电力来改变这种动态。
布朗克斯区的这个项目就像往桶里滴了一滴水：3兆瓦的电池距离纽约州到2030年拥有6吉瓦（即6000兆瓦）电池存储的目标非常遥远。NYSERDA的能源存储和政策高级顾问Schuyler Matteson表示，尽管布朗克斯区的这个设施只占目标的不到1%，但它仍然可以发挥作用。“小型设备起着非常重要的作用，”他说。
Matteson说，像这样的小型设备可以帮助的一个方面是，它们可以放置在离用户（家庭或企业）很近的地方，这样电力在传输过程中就不会像从更远的地方传输时那样损失。“它们非常靠近配电网络上的客户，所以在高峰时段提供电力时，可以避免大量的输电损耗，这些损耗可能占能源的5%到8%。”
靠近社区也提供了有趣的机遇。街对面的那所中学的三楼坐落着布朗克斯更好学习特许学校的一个校区。在那里，二十多名学生正在与当地艺术家Tijay Mohammed合作，创作一幅壁画，这幅壁画最终将挂在电池前面的绿色围栏上。学校的课外活动项目经理Karlene Buckle说：“他们对与该项目联系在一起感到非常自豪。”
电网事件
像这样的设施最主要的好处是，它能在炎热的夏日帮助电网。这是因为当纽约市经历最高气温时，能源需求也达到峰值，因为每个人都在疯狂地使用空调。
为了满足这种电力需求，该市依赖其十几个高峰时段发电厂，这些发电厂比日常的基载化石燃料发电厂更污染、效率更低。高峰时段发电厂不成比例地影响附近的社区。佛蒙特法学院和研究生院环境学院院长Jennifer Rushlow通过电子邮件指出：“住在高峰时段发电厂附近的公共健康风险从哮喘到癌症甚至死亡，这还不包括环境正义社区已经面临的其他公共健康危机和经济困难。”例如，根据美国肺脏协会（American Lung Association）的数据，南布朗克斯区拥有高峰时段发电厂，整个行政区估计有22,855例儿童哮喘病例。退役或减少其使用不仅是为了能源安全——也是一个环境正义问题。
因此，当电力需求达到峰值时，“通常发生的是，我们不得不增加天然气设施，甚至在某些情况下，增加下州地区的石油设施来提供高峰电力，”Matteson说。“所以，我们在这里放置的每一单位的存储来在高峰时段提供电力，都能抵消一些我们不得不启动的、污染更严重、效率更低的单位。”
通过在夜间充电而不是白天充电，然后在高峰时段输出电力，“你实际上是在抵消本地碳排放，抵消本地颗粒物，这对纽约市的空气质量和健康影响有巨大的好处，”他说。
[相关：纽约市最大的发电厂转向清洁能源将有助于一个社区呼吸更顺畅]
Matteson说，想象一下，一个高峰时段发电厂正在生产45兆瓦的电力。一个3兆瓦的电池系统投入使用，可能意味着运营商可以将污染性更强的工厂的输出功率从45兆瓦降至42兆瓦。但在理想情况下，它根本就不会启动。“我们希望15个这样的[3兆瓦]项目加起来达到45兆瓦，所以如果它们能在高峰时段持续出现，也许那个效率低下的污染发电机就不会被调用了，”他说。“如果这种情况发生得足够多，也许它们就会被淘汰。”
科罗拉多州国家可再生能源实验室的能源存储高级研究员Paul Denholm表示，与纽约市一样，全国大部分地区在炎热的夏季白天也面临电力需求峰值，但有一些地理例外。“几乎全国大部分地区都在夏季下午晚些时候达到高峰。所以我们传统上建造燃气轮机——在过去的几十年里，我们已经安装了数百吉瓦的燃气轮机。”
Denholm说，虽然布朗克斯区的三兆瓦项目绝不可能取代高峰时段发电厂，但总的趋势是电池正在取代高峰时段发电厂的功能。“随着那些发电厂老化退役，你需要建造新的东西，”他说。“在过去五年里，我们达到了一个临界点，即从生命周期成本的角度来看，存储的成本现在已经低于新建的传统燃气轮机。”
目前，纽约州已有279兆瓦的电池存储投入使用，约占6吉瓦总目标的5%。Denholm估计，全国范围内，已有近9吉瓦的电池存储投入使用。
Denholm说：“使用[电池]存储作为高峰电力替代品，有显著可量化的好处。”其中一个好处是减少了当地排放，这很重要，因为“这些高峰时段发电厂很多都位于历史上受到[环境正义]影响的地区。”
他补充道：“即使它们从化石燃料发电厂充电，它们通常也是从效率更高的装置充电。”
如果一切按计划进行，电池将于今年夏天在最炎热的日子里开始放电。
