ブロンクスの新しいバッテリーシステムはどのように機能するか

同州は、2030 年までに 6 ギガワットのバッテリー ストレージをオンラインに導入するという目標を掲げています。1 つの小さなシステムがどのように機能するかを内部から見てみましょう。

ロブ・ヴァージャー著 | 2023 年 5 月 13 日午前 7:00 EDT に公開

ニューヨーク市ブロンクス北東部の小さな土地に、整然とした強力な蓄電池システムが設置されています。 ベージュ色の中学校の建物の向かい側にあり、プラネット フィットネスやダラー ツリーからもそれほど遠くないこのバッテリー システムは、暑い夏の午後や夕方の需要のピーク時に電力を送電できるように設計されています。

ニューヨーク州は、今後 7 年間でなんと 6 ギガワットの蓄電池システムをオンラインにするという目標を掲げており、約 3 メガワットのこのシステムは非常に小さいですが、その一部として役立つことが期待されています。 この 3 メガワットの電力を、通常は午後 4 時から午後 8 時までの 4 時間にわたって送電できるようにすることを目的としています。一年で最も暑い日に、負荷のかかる電力網のストレスを少しでも軽減し、理想的にはもう少しクリーンにすることを目標としています。

地元の電力会社であるコン・エジソンは最近、バッテリーシステムを送電網に接続しました。 その仕組みと、このようなシステムがなぜ重要なのかを説明します。

これらのバッテリーの電力源は、近くの電柱の上部に沿って走っている既存の配電線です。 これらのワイヤーには 13,200 ボルトの電力が供給されますが、バッテリー システム自体はさらに低い電圧で動作する必要があります。 そのため、電力がバッテリー自体に到達する前に、変圧器を通過する必要があります。

1 月にポピュラー サイエンスのサイトを訪れた際、このプロジェクトの背後にある会社であるナインドット エナジー社の CTO であるアダム コーエン氏が灰色の金属製のドアを開けました。 その後ろには変圧器があります。 「彼らは本当にきちんとしているように見えます」と彼は言います。 確かに、それらはきれいに見えます。その電圧を受け取り、480 ボルトに変換する 3 つの黄色がかったユニットです。 このバッテリー複合体は実際には相互にミラーリングする 2 つのシステムであるため、他の変圧器は近くの追加機器にあります。

これらの変圧器が仕事を終えて電圧を低い数値に変換した後、電気は巨大な白いテスラ メガパック バッテリー ユニットに流れます。 これらのバッテリーは南京錠のかかったキャビネットが付いた大きな白い箱で、その上には消火設備があります。 これらのバッテリーユニットは電力を貯蔵するだけでなく、ジュースを貯蔵する前に交流電力を直流電力に変換するインバーターも備えています。 電力がバッテリーから流出すると、再び AC 電力に変換されます。

蓄電池システムは、特定のリズムに従うように設計されています。 コーエン氏によると、午後10時から午前8時までの間に徐々に充電されるという。 それは、「送電網の可用性に余裕があり、電力が安くてクリーンで、送電網に過度のストレスがかからない時期です」と彼は言う。 一日が始まり、電力網の需要が増加し始めると、バッテリーの充電が停止します。

夏の暑さの中で「グリッドイベント」が起こるとき、魔法が起こるのだとコーエン氏は言う。 午後 4 時頃から、バッテリーはシステムの負荷を軽減するために電力を送電網に送り返すことができるようになります。 ニューヨーク州エネルギー研究開発局（NYSERDA）の試算によると、この4時間で約1000世帯に電力を供給するのに十分な量のジュースを生産できるという。

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電力は以前に充電したのと同じワイヤに逆流し、その後顧客に供給されます。 目標は、バッテリーが存在しなかった場合よりもグリッドを少しでもきれいにする、または汚れを少なくすることです。 「そうしなければ流れていたはずの汚いエネルギーを相殺している」とコーエン氏は言う。

もちろん、最良のシナリオは、バッテリーが太陽光や風力などの再生可能エネルギー源から電力を得ることであり、このサイトには小さなソーラーキャノピーがあり、ごくわずかなクリーンエネルギーを送電網に送ることができます。 しかし、ニューヨーク市とその近郊のダウンステート地域は現在、化石燃料に大きく依存している。 たとえば、ニューヨーク独立系運営会社の最近の報告書によると、2022 年のニューヨーク市では、事業規模のエネルギー生産は 100% 化石燃料によるものでした。 （この問題に対して取り組んでいるいくつかの解決策の 1 つは、新しい送電線を含むものです。）これが意味するのは、バッテリーは化石燃料が主流の送電網から電力を引き出すことになりますが、その送電は、できればその送電網の汚染が少ない夜間に行われるということです。

電気はまさにオンデマンド製品です。 1月の金曜日、ブロンクス区のバッテリー保管場所に向かって車を運転しながら、コーエン氏は日産リーフのハンドルを握りながら、私たちが消費するものは「今すぐ作らなければならない」と指摘する。 もちろん、バッテリーはその力学を変えることができ、必要なときに備えてジュースを蓄えます。

ブロンクス区のこのプロジェクトは、電子機器をバケツに落としたようなものです。3 メガワットのバッテリーは、2030 年までに送電網に 6 ギガワット、つまり 6,000 メガワットのバッテリーを設置するというニューヨーク州の目標に向けた小さな一歩です。ブロンクス区にあるこの 1 つの施設はその目標の 1% にも満たないが、それでも役立つ可能性がある、と NYSERDA でエネルギー貯蔵と政策に重点を置くシニアアドバイザー、スカイラー・マッテソン氏は言う。 「小型デバイスは非常に重要な役割を果たします」と彼は言います。

このような小型デバイスが役立つ方法の 1 つは、家庭や会社でそれを使用している人の近くに設置できるため、電気が遠くから送られるときに失われないようにできることです。 「彼らは配電ネットワーク上で顧客に非常に近いので、ピーク時に電力を供給する際に、エネルギーの 5 ～ 8% に達する可能性がある多くの送電損失を回避しています。」とマテソン氏は述べています。と言う。

そして、コミュニティに近いことは興味深い機会を提供します。 ブロンクス チャーター スクール フォー ベター ラーニングのキャンパスは、通りの向かいにある中学校の 3 階にあります。 そこでは、20 人の学生が地元アーティストのティジェイ・モハメッドと協力して、最終的に砲台前の緑のフェンスに飾られる壁画の制作に取り組んでいます。 「彼らはこのプロジェクトに参加できることをとても誇りに思っています」と学校の強化プログラムのマネージャー、カーリーン・バックルは言う。

このような施設がもたらす主な利点は、暑い夏の日に送電網の稼働を助けることです。 それは、ニューヨーク市の気温がピークに達すると、誰もがエアコンの温度を上げ、エネルギー需要もピークに達するからです。

この電力需要を満たすために、市は 12 基以上のピーカー プラントに依存していますが、これらのプラントは日常的に使用される基本的な化石燃料プラントよりも汚く、効率も劣ります。 ピーク植物は、その近くにある地域社会に不均衡な影響を与えます。 「ピーカー植物の近くに住むことによる公衆衛生上のリスクは、喘息から癌、死亡に至るまで多岐にわたります。これは、環境正義コミュニティがすでに直面している他の公衆衛生上の危機や経済的困難に加えて発生しています」と、同校の学部長ジェニファー・ラッシュロー氏は指摘する。バーモント州の法律および大学院の環境をメールでご案内します。 たとえば、サウスブロンクスにはピーカー植物があり、アメリカ肺協会によると、区全体で推定22,855人の小児喘息患者がいる。 それらを廃止したり、その使用を減らしたりすることは、エネルギー安全保障のためだけではなく、環境正義の問題でもあります。

そのため、電力需要がピークに達すると、「典型的には、そのピーク電力を供給するためにダウンステート地域で追加の天然ガス施設、場合によっては石油施設を増強する必要がある」とマッテソン氏は言う。 「そのため、ピーク時に電力を供給するためにそこに設置できるすべてのストレージユニットは、そうでなければ増強しなければならない汚れた限界ユニットの一部を相殺することになります。」

日中ではなく夜間に充電し、ピーク時にジュースを送り出すことで、「実際に地域の炭素を相殺し、地域の粒子状物質を相殺し、それが大気の質と環境に非常に大きな利益をもたらしています」ニューヨーク市の健康に影響を及ぼします」と彼は言います。

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マッテソン氏は、ピーカー発電所が 45 メガワットの電力を生産していると想像してみてください。 3メガワットのバッテリーシステムが稼働すると、オペレーターは汚れたプラントの出力を42メガワットに下げることができる可能性がある。 しかし、理想的な世界では、オンラインにはまったくアクセスできません。 「私たちは、[これらの 3 メガワット] プロジェクトのうち 15 件を合計して最大 45 メガワットにしたいと考えています。したがって、これらのプロジェクトが常にピーク時に現れることができれば、おそらく、そのギリギリの汚れた発電機は呼び出されることさえなくなるでしょう」と彼は言います。 「それが十分に起こったら、おそらく彼らは引退するでしょう。」

全国的に見て、いくつかの地理的な例外を除いて、米国のほとんどの地域では、ニューヨーク市と同様に、暑い夏の日に電力需要がピークに達する、と国立再生可能エネルギー研究所のエネルギー貯蔵を専門とする上級研究員ポール・デンホルム氏は言う。コロラド州。 「この国のほとんどの地域では、夏の午後遅くにピークが訪れます」と彼は言います。 「そのため、私たちは伝統的にガス タービンを製造しています。過去数十年間、数百ギガワットのガス タービンが設置されてきました。」

ブロンクス区の 3 メガワットのプロジェクトがピーカー プラントに取って代わるわけでは決してありませんが、一般的にはピーカー プラントの役割を電池が引き継ぐ傾向にあるとデンホルム氏は言います。 「これらの発電所が老朽化して廃止されると、何か新しいものを建設する必要があります」と彼は言います。 「過去 5 年間で、私たちは転換点に達し、ライフサイクルコストベースでストレージが従来の新しいガス火力タービンを上回ることができるようになりました。」

現在、ニューヨーク州にはすでに 279 メガワットの蓄電池が稼働しており、これは合計目標である 6 ギガワットの約 5% に相当します。 デンホルム氏は、全国的に約 9 ギガワットの蓄電池がすでにオンラインになっていると推定しています。

「[バッテリー] ストレージをピーカーとして使用すると、定量化できる大きなメリットがあります」とデンホルム氏は言います。 それらの利点の1つは、局所的な排出量の減少であり、「これらのピーク工場の多くは、歴史的に[環境正義]に影響を与えてきた地域にある」ため、これは重要です。

「化石プラントから充電している場合でも、通常はより効率的なユニットから充電しているのです」と彼は付け加えた。

すべてが計画通りに進めば、今年の夏の最も暑い日にバッテリーが放電し始めることになる。

ロブ・ヴァージャーはポピュラー・サイエンスのテクノロジー編集者で、輸送や軍事から人工知能やサイバーセキュリティまであらゆる分野をカバーするジャーナリストのチームを率いています。 著者へのお問い合わせはこちらから。