近日，由沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司攜手國(guó)網(wǎng)遼寧電科院、遼寧大唐國(guó)際新能源有限公司共同打造的全球首個(gè)風(fēng)電場(chǎng)站一次調(diào)頻+慣量響應(yīng)的飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目順利通過(guò)并網(wǎng)前驗(yàn)收，各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我公司飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)完全具備依靠自身能力響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化并提供一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)支撐能力，從根本上解決風(fēng)電機(jī)組通過(guò)長(zhǎng)期預(yù)留有功備用容量限發(fā)電量參與電網(wǎng)一次調(diào)頻帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性損失以及因響應(yīng)時(shí)間慢無(wú)法主動(dòng)參與慣量響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提高風(fēng)電場(chǎng)站參與電網(wǎng)一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)的穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性，改善電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力，大幅提升電網(wǎng)對(duì)功率突變事件的調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力，對(duì)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)型電網(wǎng)及實(shí)現(xiàn)2030碳達(dá)峰、2060碳中和具有重要意義。該項(xiàng)目也是我公司繼全球首個(gè)“飛輪儲(chǔ)能+ 鋰電混合儲(chǔ)能”新能源場(chǎng)站調(diào)頻并網(wǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目成功后，又一個(gè)重要的里程碑事件。
圖1 大唐阜新查臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)站飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)
◆ 項(xiàng)目概況
大唐國(guó)際阜新風(fēng)電場(chǎng)隸屬于遼寧大唐國(guó)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(tái)村，海拔高度在 245 至 389m 之間，多年平均風(fēng)速6.26m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾W，規(guī)劃裝機(jī)容量為 450MW。
本工程飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與明陽(yáng) MY1.5Se 型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套，經(jīng)升壓箱變升壓后接入35kV，參與電網(wǎng)一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)。
圖2 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與升壓箱變
圖3 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)
◆ 項(xiàng)目建設(shè)必要性
以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題是新能源消納受限以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增大。目前，國(guó)家電網(wǎng)正在大力推進(jìn)抽水蓄能等大容量?jī)?chǔ)能設(shè)施的建設(shè)，隨著電力互聯(lián)網(wǎng)等大范圍調(diào)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(diào)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(guó)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(biāo)下新能源與泛儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的思考的報(bào)告中指出：“未來(lái)新能源占比越來(lái)越大，從有功調(diào)節(jié)角度看，必須解決電力系統(tǒng)在從毫秒級(jí)至中長(zhǎng)期的時(shí)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(yīng)、保消納?！?
圖4 電力系統(tǒng)從毫秒級(jí)至中長(zhǎng)期的全時(shí)間尺度上面臨的挑戰(zhàn)
在全時(shí)間尺度上，各類儲(chǔ)能應(yīng)基于自身技術(shù)特性選好定位，其中，零延時(shí)至毫秒級(jí)慣量響應(yīng)及秒級(jí)一次調(diào)頻是解決安全生產(chǎn)問(wèn)題最迫切的，新能源發(fā)電缺少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電網(wǎng)安全運(yùn)行將面臨致命挑戰(zhàn)，因此，一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)是剛需，是必須，是最緊迫的。國(guó)家電網(wǎng)公司總工程師陳國(guó)平在 2021 年儲(chǔ)能聯(lián)盟年度峰會(huì)上發(fā)言中明確提出，碳達(dá)峰構(gòu)建新型電力系統(tǒng)所面臨的主要問(wèn)題就包括新能源大比例接入電網(wǎng)安全，新能源場(chǎng)站需要具備一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)能力。
◆ 國(guó)家政策支持
2018 年 10 月，國(guó)家能源局發(fā)布《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》（DL/T1870-2018），6.3.4 條明確“風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站應(yīng)具備一次調(diào)頻能力，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)一次調(diào)頻功能始終投入并確保正常運(yùn)行”的要求。
圖5 DL/T1870-2018《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》
2020 年 7 月國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局正式發(fā)布了強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB38755-2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，3.5.2 節(jié)要求電源（指接入 35kV 及以上電壓等級(jí)電力系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及儲(chǔ)能電站等）均應(yīng)具備一次調(diào)頻、快速調(diào)壓、調(diào)峰能力，且應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。3.5.6 節(jié)要求電力系統(tǒng)應(yīng)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(chǎng)站應(yīng)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(dǎo)則》
自上述標(biāo)準(zhǔn)頒布以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)山西、江西、遼寧、江蘇省調(diào)度中心、南方電網(wǎng)、國(guó)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(chǎng)站需具備一次調(diào)頻能力，在運(yùn)新能源場(chǎng)站限期改造。因此，新能源場(chǎng)站高比例接入必須執(zhí)行國(guó)標(biāo)，必須解決安全生產(chǎn)問(wèn)題是迫切的。
◆ 飛輪儲(chǔ)能﹣?zhàn)钸m合新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)的儲(chǔ)能技術(shù)
電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率調(diào)節(jié)主要包括慣量響應(yīng)及一次調(diào)頻。
慣量響應(yīng)主要應(yīng)用于當(dāng)電網(wǎng)頻率變化率超過(guò)閾值時(shí)，為系統(tǒng)提供快速、短時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐，防止級(jí)聯(lián)事故的發(fā)生。虛擬慣量要求響應(yīng)時(shí)間不大于500毫秒，持續(xù)功率支撐時(shí)間4-8秒。
一次調(diào)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(shí)，當(dāng)頻率偏差超過(guò)調(diào)頻死區(qū)，發(fā)電機(jī)組調(diào)整有功出力，降低系統(tǒng)頻率偏差的過(guò)程。一次調(diào)頻作用于電力系統(tǒng)發(fā)生頻率事件( 負(fù)荷突變、機(jī)組脫網(wǎng)) 初始階段，對(duì)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(zhì)量至關(guān)重要。一次調(diào)頻要求響應(yīng)時(shí)間短（小于3秒）、持續(xù)時(shí)間短（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)考核持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為15秒）、充放電頻次高（根據(jù)調(diào)頻死區(qū)設(shè)置不同，每日幾十次至數(shù)百次）。
以一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)為主的電網(wǎng)頻率暫態(tài)支撐方式具有短時(shí)功率大、響應(yīng)時(shí)間要求高、持續(xù)時(shí)間短、充放電頻次高等特性，屬于典型的功率型應(yīng)用場(chǎng)景，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)具備功率密度高、使用壽命長(zhǎng)、安全性高、運(yùn)行環(huán)境友好、存儲(chǔ)電量可精確度量、循環(huán)充放電次數(shù)高等優(yōu)勢(shì)，是最適合應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率支撐的儲(chǔ)能技術(shù)。
◆ 微控﹣掌握核心飛輪儲(chǔ)能技術(shù)
公司掌握了全球領(lǐng)先全磁懸浮軸承及控制技術(shù)，額定轉(zhuǎn)速可達(dá)41000轉(zhuǎn)/分鐘；采用航天級(jí)合金鋼材料，精密加工工藝，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年；采用無(wú)刷式永磁同步電機(jī)技術(shù)，熱量小，功率密度高；采用雙向功率變換及變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)能量雙向流動(dòng)，能量轉(zhuǎn)換效率高；采用自供電技術(shù)，保證異常斷電情況下平穩(wěn)停機(jī)，配備保護(hù)軸承，在遇到劇烈振動(dòng)或磁懸浮軸承失效時(shí)避免與外殼接觸，實(shí)時(shí)自檢，狀態(tài)透明，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速、位置、真空度、振動(dòng)等參數(shù)，異常情況下自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)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(chǔ)能技術(shù)具備功率密度大，轉(zhuǎn)速即能量，不衰減、環(huán)保等絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使之在電網(wǎng)慣量響應(yīng)及一次調(diào)頻場(chǎng)景應(yīng)用是綜合成本最低、性價(jià)比最高、最安全可靠的解決方案。
◆ 微控公司簡(jiǎn)介
沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司成立于2018年3月，是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，總部位于中德（沈陽(yáng)）高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園，在深圳、北京、上海等國(guó)內(nèi)多個(gè)城市設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。公司掌握了全球領(lǐng)先的全磁懸浮軸承等核心技術(shù)，擁有國(guó)內(nèi)/國(guó)際發(fā)明專利四十余項(xiàng)。公司是遼寧省主動(dòng)磁懸浮技術(shù)應(yīng)用工程研究中心依托單位，承擔(dān)了遼寧省、深圳市重大科技專項(xiàng)研發(fā)項(xiàng)目，我國(guó)飛輪儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)制定企業(yè)。迄今為止，公司已有近3000臺(tái)飛輪儲(chǔ)能設(shè)備安全運(yùn)行在美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、瑞士、巴西等國(guó)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)，公司已成為全球技術(shù)領(lǐng)先，并在中國(guó)量產(chǎn)的飛輪公司。
微控公司促成中國(guó)全國(guó)兩會(huì)關(guān)于飛輪儲(chǔ)能的提案，實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)方艙醫(yī)院飛輪應(yīng)用部署，全球首套配合新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻的MW級(jí)飛輪系統(tǒng)，是中國(guó)冬奧會(huì)應(yīng)急電源車飛輪設(shè)備供應(yīng)商。
在國(guó)家碳中和、綠水青山、節(jié)能減排、實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)的背景下，微控公司大力發(fā)展飛輪產(chǎn)業(yè)，立足全國(guó)，著眼世界，成為全球領(lǐng)先品牌。
