Cómo funcionará un nuevo sistema de batería en el Bronx

El estado tiene el objetivo de tener seis gigavatios de almacenamiento de batería en línea para 2030. Eche un vistazo al interior de cómo funcionará un sistema pequeño.

Por Rob Verger | Publicado el 13 de mayo de 2023 a las 7:00 a. m. EDT

En un pequeño terreno en el noreste del Bronx, en la ciudad de Nueva York, se encuentra un sistema de almacenamiento de batería ordenado pero potente. Ubicado frente al edificio beige de una escuela secundaria, y no muy lejos de un Planet Fitness y un Dollar Tree, el sistema de batería está diseñado para enviar energía a la red en los momentos de mayor demanda en las calurosas tardes y noches de verano.

El estado de Nueva York tiene el objetivo de poner en línea seis gigavatios de sistemas de almacenamiento de baterías en los próximos siete años, y este sistema, de unos tres megavatios, es una parte muy pequeña pero, con suerte, útil de eso. Está destinado a poder enviar esos tres megavatios de energía durante un período de cuatro horas, generalmente entre las 4 p. m. y las 8 p. m.en los días más calurosos del año, con el objetivo de hacer que una red eléctrica cargada esté un poco menos estresada e idealmente un poco más limpia.

La compañía eléctrica local, Con Edison, conectó recientemente el sistema de baterías a la red. Así es como funciona y por qué los sistemas como este son importantes.

La fuente de electricidad para estas baterías son las líneas de distribución de energía existentes que corren a lo largo de la parte superior de los postes cercanos. Esos cables transportan energía a 13,200 voltios, pero el sistema de batería en sí necesita funcionar con un voltaje mucho más bajo. Es por eso que antes de que la energía llegue a las baterías, debe pasar por transformadores.

Durante un recorrido en enero por el sitio de Popular Science, Adam Cohen, el CTO de NineDot Energy, la compañía detrás de este proyecto, abre una puerta de metal gris. Detrás hay transformadores. "Se ven muy bien", dice. De hecho, se ven bien: tres unidades amarillentas que toman ese voltaje y lo transforman en 480 voltios. Este complejo de baterías es en realidad dos sistemas que se reflejan entre sí, por lo que hay otros transformadores en equipos adicionales cercanos.

Después de que esos transformadores hagan su trabajo y conviertan el voltaje a un número más bajo, la electricidad fluye hacia las unidades de batería Tesla Megapack blancas gigantes. Esas baterías son grandes cajas blancas con gabinetes cerrados con candado, y encima de ellas hay equipos de extinción de incendios. Estas unidades de batería no solo almacenan la energía, sino que también tienen inversores para cambiar la alimentación de CA a CC antes de que se pueda almacenar el jugo. Cuando la energía sale de las baterías, se convierte de nuevo en energía de CA.

El sistema de almacenamiento de la batería está diseñado para seguir un ritmo específico. Se cargará gradualmente entre las 10 p. m. y las 8 a. m., dice Cohen. Ese es un momento "cuando la red tiene disponibilidad adicional, la energía es más barata y más limpia, [y] la red no está sobrecargada", dice. Cuando comienza el día y la red comienza a experimentar más demanda, las baterías dejan de cargarse.

En el calor del verano, cuando hay un "evento de cuadrícula", es cuando ocurre la magia, dice Cohen. A partir de las 4 p. m., las baterías podrán devolver su energía a la red para ayudar a liberar el sistema. Podrán producir suficiente jugo para alimentar alrededor de 1,000 hogares durante ese período de cuatro horas, según una estimación de la Autoridad de Investigación y Desarrollo de Energía del Estado de Nueva York, o NYSERDA.

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La energía volverá a fluir hacia los mismos cables que los cargaron antes y luego hacia los clientes. El objetivo es intentar que la red esté un poco más limpia, o menos sucia, de lo que hubiera sido si no existieran las baterías. “Está compensando la energía sucia que habría estado funcionando de otra manera”, dice Cohen.

Por supuesto, el mejor de los casos sería que las baterías obtuvieran su energía de fuentes renovables, como la solar o la eólica, y el sitio tiene un pequeño dosel solar que podría enviar una pequeña cantidad de energía limpia a la red. Pero la ciudad de Nueva York y las otras zonas cercanas al sur del estado actualmente dependen en gran medida de los combustibles fósiles. Para la ciudad de Nueva York en 2022, por ejemplo, la producción de energía a gran escala fue 100 por ciento a partir de combustibles fósiles, según un informe reciente del Operador Independiente del Sistema de Nueva York. (Una de las varias soluciones en proceso para ese problema involucra una nueva línea de transmisión). Lo que eso significa es que las baterías obtendrán energía de una red dominante de combustibles fósiles, pero lo harán durante la noche cuando esa red sea menos contaminante.

La electricidad es en gran medida un producto bajo demanda. Lo que consumimos "tiene que hacerse ahora mismo", señala Cohen desde detrás del volante de su Nissan Leaf, mientras conducimos hacia el sitio de almacenamiento de baterías en el Bronx un viernes de enero. Las baterías, por supuesto, pueden cambiar esa dinámica, almacenando el jugo para cuando se necesite.

Este proyecto en el Bronx es algo así como una gota electrónica en un balde: con tres megavatios, las baterías representan un pequeño paso hacia la meta del estado de Nueva York de tener seis gigavatios, o 6000 megavatios, de almacenamiento de batería en la red para 2030. Aunque esta instalación en el Bronx representa menos del uno por ciento de ese objetivo, aún puede ser útil, dice Schuyler Matteson, asesor principal que se enfoca en políticas y almacenamiento de energía en NYSERDA. "Los dispositivos pequeños juegan un papel muy importante", dice.

Una de las formas en que los dispositivos pequeños como estos pueden ayudar es que se pueden colocar cerca de las personas que los usan en sus hogares o negocios, para que la electricidad no se pierda a medida que se transmite desde más lejos. "Están muy cerca de los clientes en la red de distribución y, por lo tanto, cuando proporcionan energía en las horas pico, evitan muchas pérdidas de transmisión, que pueden ser del cinco al ocho por ciento de la energía", Matteson. dice.

Y estar cerca de una comunidad brinda oportunidades interesantes. Un campus de Bronx Charter Schools for Better Learning se encuentra en el tercer piso de la escuela intermedia al otro lado de la calle. Allí, dos docenas de estudiantes han estado trabajando en colaboración con un artista local, Tijay Mohammed, para crear un mural que eventualmente colgará en la cerca verde frente a las baterías. "Están muy orgullosos de estar asociados con el proyecto", dice Karlene Buckle, gerente del programa de enriquecimiento en las escuelas.

El principal beneficio que puede tener una instalación como esta es la forma en que ayuda a la red en un caluroso día de verano. Eso se debe a que cuando la ciudad de Nueva York experimenta temperaturas máximas, la demanda de energía también aumenta, ya que todos encienden sus aires acondicionados.

Para satisfacer esa demanda de electricidad, la ciudad depende de sus más de una docena de plantas de pico, que son más sucias y menos eficientes que una planta de combustible fósil de referencia común. Las plantas de pico afectan desproporcionadamente a las comunidades ubicadas cerca de ellas. "Los riesgos para la salud pública de vivir cerca de plantas de pico van desde el asma hasta el cáncer y la muerte, y esto se suma a otras crisis de salud pública y dificultades económicas que ya enfrentan las comunidades de justicia ambiental", señala Jennifer Rushlow, decana de la Escuela para el Medio Ambiente. Medio Ambiente en Vermont Law and Graduate School por correo electrónico. El sur del Bronx, por ejemplo, tiene plantas de pico, y el municipio en su conjunto tiene un estimado de 22,855 casos de asma pediátrica, según la Asociación Estadounidense del Pulmón. Retirarlos o disminuir su uso no es solo por seguridad energética, es un problema de justicia ambiental.

Entonces, cuando la demanda de energía alcanza su punto máximo, "lo que generalmente sucede es que tenemos que aumentar las instalaciones de gas natural adicionales, o incluso, en algunos casos, las instalaciones petroleras, en la región del sur del estado para proporcionar ese pico de energía", dice Matteson. "Entonces, cada unidad de almacenamiento que podemos colocar allí para proporcionar energía durante las horas pico compensa algunas de esas unidades sucias y marginales que, de lo contrario, tendríamos que aumentar".

Al cargar durante la noche, en lugar de durante el día, y luego enviar el jugo en los momentos pico, "en realidad estás compensando el carbono local, estás compensando el material particulado local, y eso tiene un gran beneficio para la calidad del aire y impactos en la salud de la ciudad de Nueva York", dice.

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Imagine, dice Matteson, que una planta pico está produciendo 45 megavatios de electricidad. Un sistema de batería de 3 megavatios en línea podría significar que los operadores podrían reducir la planta sucia a 42 megavatios en su lugar. Pero en un mundo ideal, no se conecta en absoluto. "Queremos que 15 de [estos 3 megavatios] proyectos sumen 45 megavatios, por lo que si pueden aparecer constantemente en las horas pico, tal vez ese generador sucio marginal ni siquiera sea llamado", dice. "Si eso sucede lo suficiente, tal vez se retiren".

A nivel nacional, la mayor parte de los Estados Unidos experimenta una necesidad máxima de electricidad en los calurosos días de verano, al igual que la ciudad de Nueva York, con algunas excepciones geográficas, dice Paul Denholm, investigador principal que se enfoca en el almacenamiento de energía en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Colorado. "Prácticamente la mayor parte del país alcanza su punto máximo durante el verano, en esas últimas tardes", dice. "Y entonces, tradicionalmente construimos turbinas de gas: tenemos cientos de gigavatios de turbinas de gas que se han instalado durante las últimas décadas".

Si bien el proyecto de tres megavatios en el Bronx no va a reemplazar una planta de pico de ninguna manera, Denholm dice que, en general, la tendencia se está moviendo hacia las baterías que se hacen cargo de lo que hacen las plantas de pico. “A medida que esas centrales eléctricas envejecen y se retiran, es necesario construir algo nuevo”, dice. "En los últimos cinco años, hemos llegado a este punto de inflexión, en el que el almacenamiento ahora puede superar a las nuevas turbinas tradicionales de gas en función del costo del ciclo de vida".

En este momento, el estado de Nueva York tiene 279 megavatios de almacenamiento de batería en línea, lo que representa alrededor del 5 por ciento del objetivo total de 6 gigavatios. Denholm estima que a nivel nacional, casi nueve gigavatios de almacenamiento de batería ya están en línea.

"Hay importantes beneficios cuantificables en el uso del almacenamiento [de la batería] como máximo", dice Denholm. Uno de esos beneficios es una menor cantidad de emisiones locales, lo cual es importante porque "muchas de estas plantas pico se encuentran en lugares que históricamente han sido regiones afectadas [por la justicia ambiental]".

"Incluso cuando se están cargando de plantas fósiles, por lo general se están cargando de unidades más eficientes", agrega.

Si todo va según lo previsto, las pilas empezarán a descargar su jugo este verano, en los días más sofocantes.

Rob Verger es el editor de tecnología de Popular Science, donde dirige un equipo de periodistas que cubren todo, desde el transporte y el ejército hasta la inteligencia artificial y la ciberseguridad. Contacta con el autor aquí.