纽约市最大的发电厂改用清洁能源将帮助社区居民更轻松地呼吸

2020 年春季，新冠肺炎席卷纽约，但疫情发展并不均衡。受疫情影响最严重的是有色人种社区，那里的死亡率大约是白人社区的两倍。造成这种情况的原因有很多——这些地区容纳了更多必要工作人员，住房更拥挤，医疗保健机会更少——但其中最危险的因素之一是长期暴露于空气污染中。哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的一项全国性研究发现，每增加一微克/立方米细颗粒物，新冠肺炎死亡人数就会增加 8%，细颗粒物是与高速公路、卡车交通和发电厂关系最密切的污染物。鉴于纽约市最脏和最干净的社区每年的差异约为每立方米 4 微克，重工业区附近的致命感染要多得多。

皇后桥住宅区是全美最大的公共住房项目，这里的居民担心这会让他们面临更大的风险。“过去三个月里，我在公园里听到的谈话比过去五年里听到的还要多，”社区活动家兼社区建设者苏加·雷 (Suga Ray) 说。“人们都在谈论那边的电厂，”他指的是雷文斯伍德发电站，该发电站标志性的红白相间的烟囱构成了天际线的无所不在的框架。

皇后桥由 26 栋 Y 形建筑组成，位于连接曼哈顿中城和皇后区的大桥阴影下。约 7,000 名居民中，有 40% 生活在贫困线以下；96% 为非白人。雷文斯伍德 (Ravenswood) 可满足该市 20% 的峰值电力需求，位于这些项目的对角线，并于 1963 年开始发电。皇后桥住宅于 1939 年开业。“这就是你知道它是系统性的原因，”雷说。“他们本可以把它建在其他任何地方。我们在黑人占主导地位的社区中创建了这些建筑。”

但在一个由种族和环境方面的分裂和清算定义的美国时代，拉文斯伍德核电站正试图整顿局面。首先从问题最严重的机组开始，即被称为“调峰”的燃气电厂，它们只在炎热或“高峰”日子启动，为电网提供电力。该电厂可以通过两种方式输出约 2,050 兆瓦的电力（足够为大约一百万户家庭供电）。四台巨大的燃气和燃油蒸汽涡轮机（年龄从 16 年到 57 年不等）是它的乌龟，它们缓慢而谨慎地增电，但在年总产量方面总是胜出。野兔是拉文斯伍德核电站的调峰机组，这些发动机是从客机上耗油的喷气式飞机中衍生出来的，与美国各地的类似系统一样，它们可以快速启动以满足需求高峰。它们不经常运行，但运行起来很脏。最值得注意的是，根据纽约环境保护局 (DEC) 的数据，它们排放的氮氧化物水平比清洁涡轮机（如雷文斯伍德的巨型乌龟涡轮机）高 30 倍。它们在最糟糕的时间排放氮氧化物：炎热、臭氧含量高的日子。最糟糕的地方：与有色人种社区相邻，这些社区已经充满了卡车尾气排放和随之而来的健康影响。

在用电需求最高的时候，电网拥堵意味着电力需要在最需要的地方——城市附近生产。但这能更清洁吗？2019 年，纽约州通过了美国最雄心勃勃的气候法之一，要求到 2040 年实现 100% 无碳电力。除此之外，纽约州环境保护部还通过了一项专门针对峰值发电厂的规定，将其排放限值降低到迫使许多人提前退休的水平，包括雷文斯伍德核电站。根据新法规，该核电站剩余的三台机组将于 2023 年退役，这些机组均已使用 50 多年，是原有 17 台机组中的最后一台。

取而代之的是，Ravenswood 的所有者——私募股权公司 LS Power——已获得纽约州的批准，将在现场建造 316 兆瓦的电池储能系统，这将成为美国最大的此类设施之一。这些电池将在物理和功能上取代老化的峰值发电机，最终使用电网中的可再生能源充电，然后在高需求的日子里调度。“我们的目标是能够保持与目前相同的可靠性水平，但排放量较低，”Rise Light & Power 的首席执行官 Clint Plummer 说，Rise Light & Power 是一家新成立的实体，旨在运营 Ravenswood 发电站以及未来的项目。Plummer 曾是海上风电高管，于 2020 年初加入公司，负责将这家备受瞩目的工厂重新定义为清洁能源的典范，这是纽约州大胆气候努力的关键（且非常显眼）节点。立法可能迫使 Ravenswood 采取行动，但发电站正在倾向于绿色转型。 （LS Power 预计利润也将随之而来。）

拉文斯伍德并不是唯一一个这样做的人。就像一艘超级油轮被调转方向一样，巨型电池利用可再生能源并纠正长期存在的环境不公正问题，正在缓慢但稳步地取代美国各地老化、肮脏、运营成本高的天然气电厂。今年夏天，LS Power 在圣地亚哥附近启动了一个 230 兆瓦的电池系统，将其添加到附近已经包括一套 40 兆瓦装置的投资组合中，使 LS Power 成为该国最大的电网存储运营商。但这并不会持续太久。它的竞争对手还有更大的项目正在筹备中，包括加利福尼亚州蒙特利湾附近的 400 兆瓦系统和佛罗里达州 409 兆瓦的装置，毗邻 74.5 兆瓦的太阳能发电场。瞄准峰值发电厂（通常是电网中最脏的天然气电厂），可以实现唾手可得的成果；即使当今的技术锂离子发电仍然相对昂贵，以盈利为导向的电力公司也可以检查它们。

电网未来的发展将更加艰难。能源供应商不仅需要更换“野兔”，还需要更换“乌龟”，即仍然供应我们约 60% 电力的大型化石燃料发电厂。鉴于对电力需求最大的地区永远是人口最密集的地方，而这些地区的设施却不公平地位于最脆弱的社区，像 Ravenswood 这样的城市运营商如何才能实现低碳和低氮氧化物的未来？Plummer 打算找出答案。“我们希望能够创造一个具有全球意义的典范，以非常实际、撸起袖子、亲自动手、努力工作的方式实现这一转变，”他说。

拉文斯伍德发电站是一个长三个街区、约 27 英亩的矩形场地，四周是一堵红砖墙，墙上布满了铁丝网。围栏上散落着被缠住的塑料袋碎片。入口旁边飘扬着公司的旗帜，一个红色的 R 字样位于一个黑色的通电圆圈中央，背景是被烟灰染成灰色的白色田野。除了皇后桥房屋，这个街区还有各种出租车经销店、救护车修理店和老式午餐柜台。一家专营特斯拉汽车的碰撞修理店里摆满了闪闪发光的电池驱动金属车身，​​散落在破损的人行道上。在拉文斯伍德的西侧，沿着东河，驳船满载着化石燃料抵达，而更多的燃料则通过管道输送进来，所有这些都储存在高高的圆柱形罐子里，直到燃烧起来为我们的笔记本电脑充电并让我们的冰淇淋保持冰凉。

“美国电力系统就像一只鸭嘴兽，”普拉默在疫情封锁期间在家中的办公室里边喝着 Muscle Milk 边进行视频会议边解释道。“它是一种高度进化的生物，由各种非常奇怪的东西组合而成，而这个生物体的设计初衷就是要真正、非常出色地完成一件事：以最低的成本确保化石燃料发电的可靠性。”

普拉默表示，雷文斯伍德核电站的发电方式和时间都记录在一个电子表格中，共 7 行、24 列。每天，工作人员都会将数据发送给纽约独立系统运营商 (NYISO)，这是一个负责运营纽约州电网的非营利组织。列表示一天中的小时数，行表示电站的七个发电机组，即发电的独立机器，每个机器都有各自的特点。其中最著名的是“大阿利斯”，这是一座 1,000 兆瓦的蒸汽动力发电站，以建造它的阿利斯-查尔默斯公司的名字命名。它于 1965 年投入使用，一度是世界上最大的蒸汽轮机。除了大阿利斯之外，一对较小的蒸汽发电机也建于 20 世纪 60 年代，每台发电量约为 400 兆瓦，2004 年的一座发电站使用最先进、相对清洁的燃气和蒸汽联合系统发电量为 250 兆瓦。最后三台机组是峰值机组，现役年龄在 50 多岁。峰值机组与已经退役的机组一起排列在沥青路面上，就像拖车停车场的移动房屋，每台机组顶部都有一个矮矮的矩形通风塔——一顶烟囱帽。淡蓝色的油漆下隐隐透出锈迹，而蒸汽朋克风格的表盘和老式的公司标志则显示出它们源自阿波罗时代。

在 Ravenswood 的电子表格中，每个箱子都有一个美元价值：运行该机器一小时的出价，该出价来自燃料价格以及 Plummer 及其员工为确保盈利而进行的其他计算。然后，纽约独立系统运营商的电网负责人提交第二天的订单，努力平衡帝国州 2000 万人口的预期供需。合同非常明确。纽约独立系统运营商希望发电厂在系统运营商要求时发电，我们希望随时从插座获得电力。

不过，要让这一切正常运转，电网需要调峰发电厂。为了确保拥有调峰发电厂，拉文斯伍德电厂和纽约的其他电厂只需让涡轮机处于待命状态即可收取“容量费用”，作为电力需求最高的日子的一种保险政策。据 PEAK 联盟估计，2010 年至 2019 年间，仅拉文斯伍德电厂就获得近 12 亿美元的资金。PEAK 联盟是一个社会正义和环境组织，主张在纽约州 2040 年的最后期限之前关闭该市的调峰发电厂。他们说，这笔钱可以更好地花在清洁技术上。“这些老旧的发电厂拿着巨额费用却只是闲置在那里，这肯定说不通，”曾参与 PEAK 联盟 2020 年倡导报告《肮脏能源，大钱》的环境正义律师 Rachel Spector 说。

拉文斯伍德是他们心目中的典型，代表了城市周边类似站点必须具备的功能。它不会取代仅存的调峰发电设施。相反，计划在该站点安装的电池组将承担起它们的角色，补充城市的能源供应，但不会产生排放。“我们的很大一部分电力系统都是为十年来最热的一天中最糟糕的时刻而建的，因为你必须让灯一直亮着，”Fluence 的董事雷·霍恩斯坦 (Ray Hohenstein) 解释说。Fluence 是一家电池技术公司，由基础设施巨头西门子和 AES 合资成立。Fluence 是可能竞争拉文斯伍德项目的公司。该公司曾在世界各地开展过大型安装工作，霍恩斯坦大肆宣扬它们的变革潜力。“在各种网络中——食品、商品、数据——存储被嵌入其中，部分目的是充当供需之间的减震器，”他解释说。随着大型电网连接电池的出现，“您可以真正开始以不需要构建几乎从未使用过的基础设施的方式来管理这种需求。”

但限制仍然存在。截至目前，Rise Light & Power 为 Ravenswood 提出的电池计划是锂离子电池，这种技术已经在你的手机和所有特斯拉汽车中广泛使用。目前，价格与峰值发电厂相似的电池在大约四个小时内释放完所有电力。但在用电高峰期，这还不够。“特别是在纽约——我们预计在其他人口密集的城市地区也是如此——四个小时很可能不够，”普拉默说。为了更长时间地提供电力并满足电网的要求，Rise Light & Power 将需要建造两个可以连续运行的 316 兆瓦系统。但即使要做到这一点，也需要获得纽约市消防局的批准，消防局迄今为止一直对大型电池的波动性持谨慎态度。（2019 年亚利桑那州一个设施发生的爆炸并没有起到任何作用。）

这项技术的新颖性并没有吓倒普拉默。在来到拉文斯伍德之前，他曾在丹麦可再生能源巨头 Ørsted 公司工作，该公司正大力发展美国东海岸海域的海上风电，其中包括与纽约电力局达成的 880 兆瓦交易——以美国标准来看，这个规模令人瞠目结舌。具有环保意识的州议员的热情支持了这两个项目。纽约州的气候立法要求到 2030 年实现 3,000 兆瓦的电网存储，这使得拉文斯伍德的 316 兆瓦成为一个相当大的目标。“州政府想要这样做，我们对此非常重视，”普拉默说。他关心的不是如何在技术上或法律上建成它，而是如何改变现有的系统以确保工厂未来的利润。大胆的气候计划需要承担适度的财务风险，这已经不是第一次了。

大型电池并不是雷文斯伍德的第一个宏伟计划。20 世纪 60 年代开发该场址时，联合爱迪生公司 (ConEd) 的工程师们就瞄准了当时的热门技术：核裂变。在向原子能委员会提交的申请中，ConEd 提议在距时代广场两英里的一个人口稠密的街区对面建造一座百万千瓦的电厂（大约是提议的电池规模的三倍）。市议会提出一项法案，禁止建造任何核能发电机，但这家公用事业公司坚持要求这样做。董事长哈兰德·福布斯说：“我们对纽约市地区核电未来的信心丝毫未减。”该公司声称该设计是安全的，并坚称其七英尺厚的混凝土外壳可以承受坠毁的客机。

今天的电池计划值得庆祝，相比之下，它是如此令人接受。但更大的希望不仅仅是改变我们在高峰日满足能源需求的方式，而是彻底重新思考像 Ravenswood 这样的城市工厂能做什么。真正的挑战——也是巨大的机遇——是让这个庞大的存储系统不仅仅是旧峰值发电厂的替代品，而且是该电站成为该地区向可再生能源过渡的枢纽的基础。最值得注意的是，纽约 2019 年的气候法要求到 2035 年安装 9,000 兆瓦的海上风电场，足以满足该州约三分之一的需求。

风能很容易地被带到岸上，供纽约 800 万居民使用。海底电缆可以将电力直接输送到雷文斯伍德的黄金河滨房地产和已经庞大的电网连接处，而无需穿越该地区拥挤的输电线。海洋调查已经开始。就在上个月，该公司宣布计划铺设一条这样的高兆瓦电缆，将纽约上州的风能和太阳能输送到城市。这有可能成为一种新型发电站。它不仅仅是一个输入化石燃料和输出电力的地方，而更像是一个配送中心，来自风力涡轮机或太阳能电池板的清洁电子输入，然后储存在现场并根据需要进行调度。

在这个模型下，电池的作用比峰值发电厂要大得多。它们可以帮助“同步”电网，确保供需精确平衡——它们可以通过收集和释放电力来实现这一点。

本故事刊登在《大众科学》杂志2020 年冬季《转型》期刊上。