Comment fonctionnera un nouveau système de batterie dans le Bronx

L'État a pour objectif de mettre en ligne six gigawatts de stockage de batterie d'ici 2030. Jetez un coup d'œil sur le fonctionnement d'un petit système.

Par Rob Verger | Publié le 13 mai 2023 à 07h00 HAE

Sur une petite parcelle de terrain dans le nord-est du Bronx à New York se trouve un système de stockage de batterie bien rangé mais puissant. Situé en face d'un bâtiment beige d'un collège, et pas trop loin d'un Planet Fitness et d'un Dollar Tree, le système de batterie est conçu pour envoyer de l'énergie dans le réseau aux moments de pointe de la demande lors des chaudes après-midi et soirées d'été.

L'État de New York a pour objectif de mettre en ligne six gigawatts de systèmes de stockage sur batterie au cours des sept prochaines années, et ce système, d'environ trois mégawatts, en est une partie très petite mais, espérons-le, utile. Il est prévu de pouvoir envoyer ces trois mégawatts de puissance sur une période de quatre heures, généralement entre 16 h et 20 h.les jours les plus chauds de l'année, dans le but de rendre un réseau électrique surchargé un peu moins stressé et idéalement un peu plus propre.

Le service public d'électricité local, Con Edison, a récemment connecté le système de batterie au réseau. Voici comment cela fonctionne et pourquoi des systèmes comme celui-ci sont importants.

La source d'électricité pour ces batteries est les lignes de distribution d'électricité existantes qui longent le sommet des poteaux à proximité. Ces fils sont alimentés à 13 200 volts, mais le système de batterie lui-même doit fonctionner avec une tension beaucoup plus faible. C'est pourquoi avant même que l'alimentation n'atteigne les batteries elles-mêmes, elle doit passer par des transformateurs.

Lors d'une visite du site en janvier pour Popular Science, Adam Cohen, le CTO de NineDot Energy, l'entreprise à l'origine de ce projet, ouvre une porte en métal gris. Derrière, il y a des transformateurs. "Ils ont l'air vraiment soignés", dit-il. En effet, ils ont l'air soignés - trois unités jaunâtres qui prennent cette tension et la transforment en 480 volts. Ce complexe de batteries est en fait constitué de deux systèmes qui se reflètent l'un l'autre, de sorte que d'autres transformateurs se trouvent dans des équipements supplémentaires à proximité.

Une fois que ces transformateurs ont fait leur travail et converti la tension en un nombre inférieur, l'électricité est acheminée vers des unités de batterie blanches géantes Tesla Megapack. Ces batteries sont de grandes boîtes blanches avec des armoires cadenassées, et au-dessus d'elles se trouve un équipement d'extinction d'incendie. Non seulement ces unités de batterie stockent l'énergie, mais elles ont également des onduleurs pour changer l'alimentation CA en CC avant que le jus ne puisse être stocké. Lorsque le courant sort des piles, il est à nouveau converti en courant alternatif.

Le système de stockage de la batterie est conçu pour suivre un rythme spécifique. Il se chargera progressivement entre 22h et 8h, dit Cohen. C'est un moment « où le réseau a une disponibilité supplémentaire, l'électricité est moins chère et plus propre, [et] le réseau n'est pas surchargé », dit-il. Lorsque la journée commence et que le réseau commence à être plus sollicité, les batteries arrêtent de se charger.

Dans la chaleur estivale, lorsqu'il y a un "événement de grille", c'est là que la magie opère, dit Cohen. À partir de 16 heures environ, les batteries pourront renvoyer leur énergie dans le réseau pour aider à déstresser le système. Ils seront en mesure de produire suffisamment de jus pour alimenter environ 1 000 foyers au cours de cette période de quatre heures, selon une estimation de la New York State Energy Research and Development Authority, ou NYSERDA.

[En relation : comment fonctionnera l'énorme "batterie à flux" qui arrive dans une installation de l'armée au Colorado]

Le courant remontera dans les mêmes fils qui les ont chargés auparavant, puis sur les clients. Le but est d'essayer de rendre la grille un peu plus propre, ou moins sale, qu'elle ne l'aurait été si les batteries n'avaient pas existé. "Cela compense l'énergie sale qui aurait fonctionné autrement", a déclaré Cohen.

Bien sûr, le meilleur scénario serait que les batteries tirent leur énergie de sources renouvelables, comme l'énergie solaire ou éolienne, et le site dispose d'un petit auvent solaire qui pourrait envoyer un tout petit peu d'énergie propre dans le réseau. Mais New York et les autres zones du sud de l'État à proximité dépendent actuellement très fortement des combustibles fossiles. Pour la ville de New York en 2022, par exemple, la production d'énergie à l'échelle des services publics provenait à 100 % de combustibles fossiles, selon un récent rapport du New York Independent System Operator. (L'une des nombreuses solutions en cours à ce problème implique une nouvelle ligne de transmission.) Cela signifie que les batteries tireront de l'énergie d'un réseau à dominante fossile, mais le feront la nuit lorsque ce réseau est, espérons-le, moins polluant.

L'électricité est en grande partie un produit à la demande. Ce que nous consommons "doit être fabriqué tout de suite", note Cohen au volant de sa Nissan Leaf, alors que nous nous dirigeons vers le site de stockage de batteries dans le Bronx un vendredi de janvier. Les batteries, bien sûr, peuvent changer cette dynamique, en stockant le jus pour quand c'est nécessaire.

Ce projet dans le Bronx ressemble à une goutte d'eau électronique dans un seau : à trois mégawatts, les batteries représentent un tout petit pas vers l'objectif de l'État de New York d'avoir six gigawatts, ou 6 000 mégawatts, de stockage de batterie sur le réseau d'ici 2030. Même si cette seule installation dans le Bronx représente moins d'un pour cent de cet objectif, elle peut toujours être utile, déclare Schuyler Matteson, conseiller principal spécialisé dans le stockage de l'énergie et la politique à NYSERDA. "Les petits appareils jouent un rôle vraiment important", dit-il.

L'une des façons dont les petits appareils comme ceux-ci peuvent aider est qu'ils peuvent être placés près des personnes qui l'utilisent dans leur maison ou leur entreprise, afin que l'électricité ne soit pas perdue car elle est transmise de plus loin. "Ils sont très proches des clients sur le réseau de distribution, et donc lorsqu'ils fournissent de l'électricité aux heures de pointe, ils évitent une grande partie des pertes de transmission, qui peuvent représenter entre 5 et 8 % de l'énergie", a déclaré Matteson. dit.

Et être proche d'une communauté offre des opportunités intéressantes. Un campus des écoles à charte du Bronx pour un meilleur apprentissage se trouve au troisième étage du collège de l'autre côté de la rue. Là, deux douzaines d'étudiants ont travaillé en collaboration avec un artiste local, Tijay Mohammed, pour créer une peinture murale qui sera éventuellement accrochée à la clôture verte devant les batteries. "Ils sont si fiers d'être associés au projet", déclare Karlene Buckle, responsable du programme d'enrichissement dans les écoles.

Le principal avantage d'une installation comme celle-ci est la façon dont elle aide le réseau lors d'une chaude journée d'été. En effet, lorsque la ville de New York connaît des pics de température, la demande d'énergie atteint également des pics, car tout le monde allume ses climatiseurs.

Pour répondre à cette demande d'électricité, la ville s'appuie sur plus d'une douzaine de centrales de pointe, qui sont plus sales et moins efficaces qu'une centrale à combustible fossile de base. Les usines Peaker ont un impact disproportionné sur les communautés situées à proximité. "Les risques pour la santé publique liés à la vie à proximité d'usines de pointe vont de l'asthme au cancer en passant par la mort, et cela s'ajoute aux autres crises de santé publique et aux difficultés économiques déjà rencontrées dans les communautés de justice environnementale", note Jennifer Rushlow, doyenne de la School for the Environnement à Vermont Law and Graduate School par e-mail. Le South Bronx, par exemple, a des usines de pointe, et l'arrondissement dans son ensemble compte environ 22 855 cas d'asthme pédiatrique, selon l'American Lung Association. Les retirer ou réduire leur utilisation n'est pas seulement pour la sécurité énergétique, c'est une question de justice environnementale.

Ainsi, lorsque la demande d'électricité atteint un pic, "ce qui se passe généralement, c'est que nous devons accélérer les installations de gaz naturel supplémentaires, ou même dans certains cas, les installations pétrolières, dans la région du sud de l'État pour fournir cette puissance de pointe", explique Matteson. "Et donc, chaque unité de stockage que nous pouvons installer là-bas pour fournir de l'électricité pendant les heures de pointe compense certaines de ces unités sales et marginales que nous devrions accélérer autrement."

En chargeant la nuit, plutôt que pendant la journée, puis en envoyant le jus aux moments de pointe, "vous compensez en fait le carbone local, vous compensez les particules locales, et cela a un très grand avantage sur la qualité de l'air et impacts sur la santé pour la ville de New York », dit-il.

[Connexe : dans la plus grande centrale électrique de New York, un passage à l'énergie propre aidera un quartier à mieux respirer]

Imaginez, dit Matteson, qu'une centrale de pointe produise 45 mégawatts d'électricité. Un système de batterie de 3 mégawatts mis en ligne pourrait signifier que les opérateurs pourraient réduire l'usine sale à 42 mégawatts à la place. Mais dans un monde idéal, il ne vient pas du tout en ligne. « Nous voulons que 15 de ces projets [de 3 mégawatts] ajoutent jusqu'à 45 mégawatts, et donc s'ils peuvent se présenter régulièrement aux heures de pointe, peut-être que ce générateur sale marginal ne sera même pas appelé », dit-il. "Si cela se produit suffisamment, peut-être qu'ils prendront leur retraite."

À l'échelle nationale, la plupart des États-Unis connaissent un pic de besoin d'électricité pendant les chaudes journées d'été, tout comme la ville de New York, à quelques exceptions géographiques près, explique Paul Denholm, chercheur principal spécialisé dans le stockage de l'énergie au National Renewable Energy Laboratory de Colorado. "La quasi-totalité du pays culmine pendant l'été, en fin d'après-midi", dit-il. "Et donc nous construisons traditionnellement des turbines à gaz - nous avons des centaines de gigawatts de turbines à gaz qui ont été installées au cours des dernières décennies."

Alors que le projet de trois mégawatts dans le Bronx ne remplacera en aucun cas une usine de pointe, Denholm dit qu'en général, la tendance est aux batteries de prendre le relais de ce que font les usines de pointe. "Alors que ces centrales vieillissent et prennent leur retraite, vous devez construire quelque chose de nouveau", dit-il. "Au cours des cinq dernières années, nous avons atteint ce point de basculement, où le stockage peut désormais surpasser les nouvelles turbines à gaz traditionnelles sur la base du coût du cycle de vie."

À l'heure actuelle, l'État de New York dispose de 279 mégawatts de stockage de batterie déjà en ligne, ce qui représente environ 5 % de l'objectif total de 6 gigawatts. Denholm estime qu'à l'échelle nationale, près de neuf gigawatts de stockage sur batterie sont déjà en ligne.

"Il y a des avantages quantifiables significatifs à utiliser le stockage [sur batterie] comme pic", déclare Denholm. L'un de ces avantages est la réduction des émissions locales, ce qui est important car "beaucoup de ces centrales de pointe se trouvent dans des endroits qui ont historiquement été des régions touchées par la justice environnementale".

"Même lorsqu'ils chargent des centrales fossiles, ils chargent généralement des unités plus efficaces", ajoute-t-il.

Si tout se passe comme prévu, les batteries commenceront à décharger leur jus cet été, les jours les plus étouffants.

Rob Verger est rédacteur en chef de la technologie chez Popular Science, où il dirige une équipe de journalistes qui couvrent tout, des transports et de l'armée à l'intelligence artificielle et à la cybersécurité. Contactez l'auteur ici.