沈陽微控陳燁：磁懸浮飛輪儲能技術在風電場頻率支撐領域的應用

　　2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。

　　

　　本屆大會以“碳中和——風電發展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“國際成熟風電市場發展動態及投資機會”“國際新興風電市場發展動態及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。

　　

　　在儲能與新能源融合發展論壇上，沈陽微控新能源技術有限公司陳燁發表了題為《磁懸浮飛輪儲能技術在風電場頻率支撐領域的應用》的主題演講。

　　

　　陳燁：各位同仁大家上午好，我主要跟大家分享的磁懸浮飛輪技術在風電場頻率支撐領域的應用情況。

　　

　　大家對于化學儲能比較了解了，對于飛輪儲能很多同仁還不是很清楚，也簡單介紹一下，飛輪儲能是一種物理儲能方式，主要通過高速旋轉體的這種旋轉進行動能存儲，同時進行動能和電能之間的轉換，我們通過飛輪的儲能公式可以看出來，飛輪儲能量跟兩個因素有關系，首先跟飛輪的質量，另外跟飛輪旋轉的轉速，它本身跟飛輪轉速成正比，高速飛輪是有更好能量密度的，也是飛輪產品發展的方向。

　　

　　最新飛輪技術采用磁懸浮飛輪，叫磁懸浮儲能飛輪，飛輪運行時它是在完全真空環境里面，屬于沒有接觸的，全磁懸浮狀態進行高速旋轉，沒有磨損問題，同時功耗非常小，這是最新型的儲能技術形態。

　　

　　再看一下飛輪內部的結構，第一部分飛輪本體部分，相當于汽車發動機，也是飛輪心臟的部分。第二部分電力電子部分，做飛輪電機和直流之間變換的。第三，是控制系統。第四，是真空棒，包括真空運行的環境。再看飛輪本體內部的結構，上下兩個金色就是一對的磁懸浮軸承，通過它的支撐保證飛輪在一個懸浮狀態下高速旋轉，上面是高速電機部分，現在電機都是雙模，飛輪充電的時候是電動機的工況，由低速到高速旋轉。放電的時候上面切換成發電機情況，動能向電能向外輸出，對于飛輪來說，充電的時候轉速是低速向高速的，它控制能量的輸出。

　　

　　下面更寬的就是飛輪部分，通過高速旋轉進行能量存儲，外面是真空環境，保證運行時的真空特性。剛才我們看到黑色整個飛輪的部分，看上去比較簡單，它里面結構是非常復雜，從鋼廠把這種特種鋼材冶煉出來到我們形成飛輪的產品，它其中要經過將近50多道的工序，里面有200多個零件，它是高速旋轉的，完全靠高精度加工工藝來制成的，對整個加工工藝來說有非常高的要求。

　　

　　對于任何儲能技術來說安全性都是最關鍵的，飛輪作為物理儲能，安全性高于化學，并不是說沒有安全隱患，處理不當也是有安全問題的，對于飛輪來說比較嚴重的安全問題，是所謂飛輪的旋轉過程中解體，怎么保證飛輪的安全性，最重要或者最基礎的要對飛輪轉子進行無損檢測，也就是探傷，才能夠判斷飛輪里面內部是否有裂紋，氣泡缺陷，如果有缺陷的話，長期運行過程中帶來比較大隱患，這是使用的超聲波無損探傷的設備，如果說探測結果沒有缺陷，才能保證飛輪的安全性，當然這種超聲波探測是有一定條件的，太大了，或者尺度太厚的飛輪就達不到，對于飛輪的尺寸來說是有一定要求的。

　　

　　總之，飛輪的特性大體有這些。第一，它有更高的安全性，另外有更長的使用壽命，還有大功率密度，快速充放電，容易部署，退役回收環保壓力更小一些。

　　

　　下面再來看一下磁懸浮飛輪在風電場頻率支撐領域里面的情況，總書記提出了以新能為主體的新型電力系統，對于新型電力系統來說一個比較關鍵和主要的問題，隨著新能源并網越來越大，電網穩定性現在是一個逐步下降趨勢，它穩定運行風險是逐步增大的，其中主要的表現在電網調節能力和抗干擾能力下降是比較重要的，右下角電科院做的仿真圖，超過21%的時候，考慮到4%驅額的話，就會引發電力系統的減損的動作，當達到50%的時候問題就比較嚴重了，所以國家標準明確要求新能源必須要具備慣量響應，一次調頻最主要的方面，特別是國家能源局發布的兩個細則，也是把慣量第一次提出來，對于整個新能源場站調頻能力也是越來越重視。

　　

　　對于特性來說大家比較熟悉了，本身我們轉子轉速跟電網頻率是結耦的，并不是說我們風電機組不具備這種調頻能力，其實剛才龐總提到了我們可以有一定的調頻能力，但是它的能力跟風機運行狀態是緊密跌到，同時在頻率恢復的時候比較容易造成頻率二次勞動，通過快頻裝置，通過快槳控制，可以通過一次調頻能力的提升，也有弊端，它的問題是，現在風機都是最大功率跟隨工況下運行，如果你讓它具備向上調節能力，必須要有線上的容量。看一下時間維度是30秒之內，通過儲能方式彌補一些風電場的調頻能力不足的問題。

　　

　　當然不同儲能技術，應用在新能源場站不一樣，我們對于參數要求也有很大區別，以一次調頻為例，有幾個特點。第一充放電頻次非常高，如果調頻設在0.4赫茲，每天1600次的充放電次數。第二響應次數比較快，國家要求不大于3秒的。慣量響應要求不大于5秒，使用壽命希望跟全生命周期配套，這些特性跟飛輪的技術特性契合度比較高，也是大家比較關注于飛輪技術運用到新能源一次調頻和慣量響應里面的主要出發點。

　　

　　下面分享幾個我們已經實施過的應用案例，這是去年在國家能源集團山西風電場實施的混合儲能一次調頻示范項目，也是全國第一個完成35KV并網試驗的兆瓦級飛輪儲能系統，也是首個飛輪+鋰電池混合儲能示范項目。

　　

　　當時測試的工況跟大家講一下，紅色這條線是整個混合儲能系統的指令，紫色白色是飛輪系統的指令和電量，黃色和紅色是鋰電池系統的電量和指令，橢圓形區間風電場經歷了一次比較小的波動，這時候優先由飛輪系統進行處理，在矩形的區間，這次風電場遇到比較大的頻率波動，依然由飛輪系統進行支撐，當飛輪電量不足的時候，再由鋰電池進行一個補償，這是一個整個測試過程，這里面也體現了混合儲能主要的控制策略，基本上就是優先使用飛輪處理，鋰電池作為補充，這套混合儲能系統臟活累活都由飛輪系統干，鋰電池是它在一個更適合于鋰電池工作情況下去運行。

　　

　　這個案例是在大唐遼寧風電場實施的，風機一次調頻和慣量的示范項目，應用飛輪系統和單風機參與場站的一次調頻和慣量響應的示范項目，這個系統跟剛才系統不太一樣的地方，它部署在單風機當中，實現一個整個風機的一次調頻慣量的支撐。

　　

　　這是電科院做的實際測試情況，一次調頻響應速度160毫秒，這個響應速度是當頻率脫離一次調頻死區開始，當有情況發生的時候，到下放到整個風電場控制指令到出列到完全支撐，整個全過程在160毫秒，對于虛擬慣量響應來說是280毫秒，它需要測量頻率變化率，需要多幾個采樣點，相對來說時間更長一些，這些指標是完全優于現在國家標準的一些相關要求的。

　　

　　最后簡單向大家再介紹一下微控新能源公司，我們2017年收購了飛輪企業，2018年成立了微控新能源，微控新能源總部位于中德沈陽高端裝備制造產業園，也承擔了省部級的項目，支撐我們產能每年達到1000臺，現在全球部署3000臺，在電力行業，軌道交通，數據中心各個行業都有比較多的應用。

　　

　　最后感謝大家對于微控的關注，我們展臺在E4館E3展位，希望各位同仁指導考察，謝謝大家。

　　

　　（根據速記整理，未經本人審核）