近日，由沈陽微控新能源技術有限公司攜手國網(wǎng)遼寧電科院、遼寧大唐國際新能源有限公司共同打造的全球首個風電場站一次調頻+慣量響應的飛輪儲能應用項目順利通過并網(wǎng)前驗收，各項性能指標均優(yōu)于現(xiàn)行國家標準，標志著我公司飛輪儲能系統(tǒng)完全具備依靠自身能力響應系統(tǒng)頻率變化并提供一次調頻及慣量響應支撐能力，從根本上解決風電機組通過長期預留有功備用容量限發(fā)電量參與電網(wǎng)一次調頻帶來的經(jīng)濟性損失以及因響應時間慢無法主動參與慣量響應的關鍵技術問題，提高風電場站參與電網(wǎng)一次調頻及慣量響應的穩(wěn)定性及經(jīng)濟性，改善電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，大幅提升電網(wǎng)對功率突變事件的調節(jié)能力和抗干擾能力，對構建堅強型電網(wǎng)及實現(xiàn)2030碳達峰、2060碳中和具有重要意義。該項目也是我公司繼全球首個“飛輪儲能+ 鋰電混合儲能”新能源場站調頻并網(wǎng)試驗項目成功后，又一個重要的里程碑事件。
圖1 大唐阜新查臺風電場站飛輪儲能應用項目現(xiàn)場
◆ 項目概況
大唐國際阜新風電場隸屬于遼寧大唐國際新能源有限公司，位于遼寧省阜新市阜蒙縣舊廟鎮(zhèn)后查臺村，海拔高度在 245 至 389m 之間，多年平均風速6.26m/s，主導風向為SW，規(guī)劃裝機容量為 450MW。
本工程飛輪儲能系統(tǒng)與明陽 MY1.5Se 型雙饋異步風力發(fā)電機組配套，經(jīng)升壓箱變升壓后接入35kV，參與電網(wǎng)一次調頻及慣量響應。
圖2 飛輪儲能系統(tǒng)與升壓箱變
圖3 飛輪儲能系統(tǒng)參與一次調頻及慣量響應調試現(xiàn)場
◆ 項目建設必要性
以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，面臨的兩個主要問題是新能源消納受限以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行風險增大。目前，國家電網(wǎng)正在大力推進抽水蓄能等大容量儲能設施的建設，隨著電力互聯(lián)網(wǎng)等大范圍調度手段的日趨成熟，使電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下的大規(guī)模調度成為可能，與之相比，電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率穩(wěn)定的需求更為迫切。
國家電網(wǎng)有限公司抽水蓄能和新能源部主任劉永奇在雙碳目標下新能源與泛儲能系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的思考的報告中指出：“未來新能源占比越來越大，從有功調節(jié)角度看，必須解決電力系統(tǒng)在從毫秒級至中長期的時間尺度上面臨的安全性和靈活性的挑戰(zhàn)，以保安全、保供應、保消納。”
圖4 電力系統(tǒng)從毫秒級至中長期的全時間尺度上面臨的挑戰(zhàn)
在全時間尺度上，各類儲能應基于自身技術特性選好定位，其中，零延時至毫秒級慣量響應及秒級一次調頻是解決安全生產(chǎn)問題最迫切的，新能源發(fā)電缺少轉動慣量，電網(wǎng)安全運行將面臨致命挑戰(zhàn)，因此，一次調頻及慣量響應是剛需，是必須，是最緊迫的。國家電網(wǎng)公司總工程師陳國平在 2021 年儲能聯(lián)盟年度峰會上發(fā)言中明確提出，碳達峰構建新型電力系統(tǒng)所面臨的主要問題就包括新能源大比例接入電網(wǎng)安全，新能源場站需要具備一次調頻及慣量響應能力。
◆ 國家政策支持
2018 年 10 月，國家能源局發(fā)布《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調技術規(guī)范》（DL/T1870-2018），6.3.4 條明確“風電場、光伏發(fā)電站應具備一次調頻能力，并網(wǎng)運行時一次調頻功能始終投入并確保正常運行”的要求。
圖5 DL/T1870-2018《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調技術規(guī)范》
2020 年 7 月國家市場監(jiān)督管理總局正式發(fā)布了強制性國家標準 GB38755-2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》，3.5.2 節(jié)要求電源（指接入 35kV 及以上電壓等級電力系統(tǒng)的風力發(fā)電、光伏發(fā)電及儲能電站等）均應具備一次調頻、快速調壓、調峰能力，且應滿足相關標準要求。3.5.6 節(jié)要求電力系統(tǒng)應具備基本的慣量和短路容量支持能量，在新能源并網(wǎng)發(fā)電比重較高的地區(qū)，新能源場站應提供必要慣量與短路容量支撐。
圖6 GB38755-2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》
自上述標準頒布以來，國家電網(wǎng)山西、江西、遼寧、江蘇省調度中心、南方電網(wǎng)、國家能源局西北能監(jiān)局、華北能監(jiān)局、華中能監(jiān)局均已要求新并網(wǎng)新能源場站需具備一次調頻能力，在運新能源場站限期改造。因此，新能源場站高比例接入必須執(zhí)行國標，必須解決安全生產(chǎn)問題是迫切的。
◆ 飛輪儲能﹣最適合新能源場站一次調頻和慣量響應的儲能技術
電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率調節(jié)主要包括慣量響應及一次調頻。
慣量響應主要應用于當電網(wǎng)頻率變化率超過閾值時，為系統(tǒng)提供快速、短時的轉動慣量支撐，防止級聯(lián)事故的發(fā)生。虛擬慣量要求響應時間不大于500毫秒，持續(xù)功率支撐時間4-8秒。
一次調頻指電力系統(tǒng)因有功功率不平衡引起系統(tǒng)頻率變化時，當頻率偏差超過調頻死區(qū)，發(fā)電機組調整有功出力，降低系統(tǒng)頻率偏差的過程。一次調頻作用于電力系統(tǒng)發(fā)生頻率事件( 負荷突變、機組脫網(wǎng)) 初始階段，對于抑制系統(tǒng)頻率偏差、保障電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定和質量至關重要。一次調頻要求響應時間短（小于3秒）、持續(xù)時間短（國家標準考核持續(xù)時長為15秒）、充放電頻次高（根據(jù)調頻死區(qū)設置不同，每日幾十次至數(shù)百次）。
以一次調頻及慣量響應為主的電網(wǎng)頻率暫態(tài)支撐方式具有短時功率大、響應時間要求高、持續(xù)時間短、充放電頻次高等特性，屬于典型的功率型應用場景，飛輪儲能技術具備功率密度高、使用壽命長、安全性高、運行環(huán)境友好、存儲電量可精確度量、循環(huán)充放電次數(shù)高等優(yōu)勢，是最適合應用于新型電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率支撐的儲能技術。
◆ 微控﹣掌握核心飛輪儲能技術
公司掌握了全球領先全磁懸浮軸承及控制技術，額定轉速可達41000轉/分鐘；采用航天級合金鋼材料，精密加工工藝，使用壽命長達20年；采用無刷式永磁同步電機技術，熱量小，功率密度高；采用雙向功率變換及變頻驅動技術，實能量雙向流動，能量轉換效率高；采用自供電技術，保證異常斷電情況下平穩(wěn)停機，配備保護軸承，在遇到劇烈振動或磁懸浮軸承失效時避免與外殼接觸，實時自檢，狀態(tài)透明，實時監(jiān)測轉速、位置、真空度、振動等參數(shù)，異常情況下自動保護停機。
飛輪儲能技術顯著特性主要體現(xiàn)為大功率、高頻次、不衰減、環(huán)保、安全。
飛輪儲能技術具備功率密度大，轉速即能量，不衰減、環(huán)保等絕對優(yōu)勢，使之在電網(wǎng)慣量響應及一次調頻場景應用是綜合成本最低、性價比最高、最安全可靠的解決方案。
◆ 微控公司簡介
沈陽微控新能源技術有限公司成立于2018年3月，是國家高新技術企業(yè)，總部位于中德（沈陽）高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園，在深圳、北京、上海等國內(nèi)多個城市設有分支機構。公司掌握了全球領先的全磁懸浮軸承等核心技術，擁有國內(nèi)/國際發(fā)明專利四十余項。公司是遼寧省主動磁懸浮技術應用工程研究中心依托單位，承擔了遼寧省、深圳市重大科技專項研發(fā)項目，我國飛輪儲能標準制定企業(yè)。迄今為止，公司已有近3000臺飛輪儲能設備安全運行在美國、加拿大、英國、法國、瑞士、巴西等國，穩(wěn)定運行時間超過10萬小時，公司已成為全球技術領先，并在中國量產(chǎn)的飛輪公司。
微控公司促成中國全國兩會關于飛輪儲能的提案，實現(xiàn)了全球首個方艙醫(yī)院飛輪應用部署，全球首套配合新能源場站一次調頻的MW級飛輪系統(tǒng)，是中國冬奧會應急電源車飛輪設備供應商。
在國家碳中和、綠水青山、節(jié)能減排、實業(yè)報國的背景下，微控公司大力發(fā)展飛輪產(chǎn)業(yè)，立足全國，著眼世界，成為全球領先品牌。
