中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著“3060”雙碳目標(biāo)的提出，我國(guó)近年來(lái)大力發(fā)展以光伏、風(fēng)電為主力的新型能源，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，截至 2021 年底，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電的裝機(jī)容量均超過(guò)3億 kW，計(jì)劃 2030 年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到 12 億 kW 以上，這表明我國(guó)將持續(xù)建設(shè)以新能源發(fā)電為主的新型能源體系。而隨著新能源發(fā)電不斷發(fā)展，為了彌補(bǔ)其周期性的短板，“新能源 + 儲(chǔ)能”將是未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的重要路徑。
文/盧山 傅笑晨 二重德陽(yáng)儲(chǔ)能科技有限公司，中國(guó)重型裝備
飛輪儲(chǔ)能屬于機(jī)械儲(chǔ)能中的一個(gè)分支，由于其具有綠色、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在近年來(lái)有了長(zhǎng)足發(fā)展。
1 飛輪儲(chǔ)能技術(shù)原理
旋轉(zhuǎn)的物體具有能量，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)體能量計(jì)算公式，其計(jì)算方式如下:
E =1/2 Jω2 ( 1)
式中，E 代表能量，J 代表物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω 代表物體旋轉(zhuǎn)角速度。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體的固有屬性，當(dāng)物體被制造出來(lái)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就確定了，大小與其形狀和質(zhì)量有關(guān)。對(duì)于繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱體，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由以下公式計(jì)算:
J =1/2 mr2 ( 2)
式中，J 代表物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，m 代表旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量，r代表圓柱體半徑。
飛輪儲(chǔ)能即是根據(jù)上述公式進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存的設(shè)備，當(dāng)飛輪被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)起來(lái)，驅(qū)動(dòng)的能量就轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能儲(chǔ)存在了旋轉(zhuǎn)體中。飛輪儲(chǔ)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是電能—?jiǎng)幽堋娔?，利用電力?qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)起來(lái)，電能便被儲(chǔ)存起來(lái);當(dāng)需要釋放電能時(shí)，飛輪利用慣性帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，向外輸出電能。
2 飛輪儲(chǔ)能構(gòu)成
飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品通常由以下五大部分組成:
2．1 儲(chǔ)能輪體
由公式( 1) 可以得出，飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品儲(chǔ)存能量取決于旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量和轉(zhuǎn)速( 主要質(zhì)量集中于儲(chǔ)能輪體) ，增加儲(chǔ)能輪體的質(zhì)量和提高轉(zhuǎn)速都可以提升儲(chǔ)存能量，而根據(jù)公式( 1) 不難得出，儲(chǔ)存能量同質(zhì)量成正比例關(guān)系，同轉(zhuǎn)速呈平方關(guān)系，理論上增加轉(zhuǎn)速更容易提高儲(chǔ)存能量，這就導(dǎo)致業(yè)界兩種不同設(shè)計(jì)思路: 低速輪體( 質(zhì)量大) 和高速輪體( 質(zhì)量輕) 。
低速輪體通常由合金鋼制成，通常轉(zhuǎn)速在10 000 r/min以下，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，制造難度相對(duì)簡(jiǎn)單; 缺點(diǎn)是質(zhì)量大，安裝地點(diǎn)要求較高( 承重問(wèn)題) 。
高速輪體通常由碳纖維制成，通常轉(zhuǎn)速在10 000 r/min以上，優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，缺點(diǎn)是成本較高，制造難度相對(duì)較大。
2．2 電機(jī)
電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部分，適用于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的電機(jī)必須具備以下特點(diǎn): 電機(jī)可分別運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)工況和發(fā)電機(jī)工況，實(shí)現(xiàn)能量雙向轉(zhuǎn)換; 空載損耗低，電機(jī)效率高，保證飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行、整體能量轉(zhuǎn)換效率高; 電機(jī)調(diào)速范圍廣，轉(zhuǎn)速控制方式簡(jiǎn)單且可靠，滿足飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速工作范圍; 電機(jī)能量密度高，既能輸出較大轉(zhuǎn)矩，又能輸出較大功率。
永磁電機(jī)具有功率密度大、功率因數(shù)高、調(diào)速范圍寬、效率高、體積小、起動(dòng)性能好等諸多優(yōu)良特性，隨著永磁材料的發(fā)展進(jìn)步，業(yè)界通常使用其作為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的電機(jī)來(lái)使用。
2．3 外殼
飛輪外殼由真空室、軸承系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等組成，起到保證飛輪高速安全運(yùn)行的作用。由于依靠電力驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，高轉(zhuǎn)速下風(fēng)阻會(huì)極大影響轉(zhuǎn)動(dòng)能耗，所以必須在旋轉(zhuǎn)腔室內(nèi)營(yíng)造真空環(huán)境。
根據(jù)轉(zhuǎn)速不同，設(shè)計(jì)真空度通常在 1 ～ 100 Pa 不等; 飛輪高速旋轉(zhuǎn)，必須采用合理的散熱方式，以免導(dǎo)致永磁體退磁等問(wèn)題影響穩(wěn)定性，業(yè)界通常采用風(fēng)冷或空調(diào)制冷等方式; 軸承系統(tǒng)主要采用被動(dòng)磁軸承和主動(dòng)磁軸承兩種方式。
2．4 電力電子系統(tǒng)
電力電子系統(tǒng)作為飛輪儲(chǔ)能的“大腦”，起到控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)、充電、放電等作用。由于永磁電機(jī)輸入輸出頻率隨轉(zhuǎn)速變化，而輸入輸出要求為穩(wěn)定的直流或交流電，這就要求電力電子系統(tǒng)具備整流、逆變、濾波等多種功能，以保證高效驅(qū)動(dòng)電機(jī)和穩(wěn)定輸出電能。
2．5 伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)通常包含潤(rùn)滑系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等，保證飛輪正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)飛輪運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)參數(shù)異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警和通知。
以上五大部分共同組成了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，包含了材料、電機(jī)、電控、真空等各學(xué)科，屬于跨行業(yè)較多的綜合性技術(shù)。
3 飛輪儲(chǔ)能特點(diǎn)
由于飛輪儲(chǔ)能原理為電能-機(jī)械能，儲(chǔ)能和釋能過(guò)程中不包含化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，這就使得飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品制造、使用、回收過(guò)程中本身不會(huì)產(chǎn)生排放污染物質(zhì)，具備環(huán)境特性優(yōu)勢(shì); 另一個(gè)突出特點(diǎn)是基于物理儲(chǔ)能的原理，飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品可進(jìn)行快速充放電且充放電循環(huán)次數(shù)極高，具備電力特性優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)，飛輪儲(chǔ)能也具有其短板，由于其滿功率放電時(shí)間較短，因此，飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品更適合于短時(shí)充放電，比如在備用發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)期間為用戶系統(tǒng)提供可靠的電力。
3．1 環(huán)境特性優(yōu)勢(shì)
物理儲(chǔ)能方式使得飛輪儲(chǔ)能成為一種綠色、安全、環(huán)保的儲(chǔ)能設(shè)備，由于產(chǎn)品完全基于物理原理制造，生產(chǎn)、使用、回收各環(huán)節(jié)中其本身均不產(chǎn)生有害物質(zhì)，同時(shí)具有較高的殘值率，是對(duì)環(huán)境極為友好的儲(chǔ)能產(chǎn)品。
3．2 電力特性優(yōu)勢(shì)
飛輪儲(chǔ)能由飛輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定儲(chǔ)存能量，反復(fù)充放電實(shí)際上是飛輪反復(fù)加減速的過(guò)程，不會(huì)影響儲(chǔ)存能量，這就決定了其壽命長(zhǎng)，反復(fù)充放電不會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)存能量衰減。通過(guò)理論計(jì)算，目前飛輪儲(chǔ)能壽命可達(dá) 20 年以上，充放電次數(shù)達(dá) 200 萬(wàn)次以上，相較于電池則是 5 年和 5000 ～8000 次。從充放電速度來(lái)看，飛輪儲(chǔ)能可在幾分鐘內(nèi)進(jìn)行一次充放電循環(huán)，針對(duì)需要反復(fù)充放電的應(yīng)用場(chǎng)景，有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
以充放電功率來(lái)看，飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品具有高放電倍率的特性，放電倍率可達(dá) 200C 以上，這在市電配置容量不足的情況下，可以利用飛輪儲(chǔ)能進(jìn)行功率放大功能，滿足大功率用電設(shè)備使用。
目前業(yè)界飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品的單機(jī)功率在 100 ～1000 kW 范圍內(nèi)，同功率下，占地面積約為化學(xué)電池的 1/3 ～1/4，在儲(chǔ)能電站等大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域，可進(jìn)行地下安裝，有效節(jié)省占地面積。同時(shí)，飛輪儲(chǔ)能具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可工作于 －20 ～50℃環(huán)境中而不影響其壽命。
3． 3 短板
由于其物理儲(chǔ)能特性，飛輪儲(chǔ)能也不可避免的存在缺陷，一是能量密度低，單體飛輪儲(chǔ)能通常儲(chǔ)電量在 1 ～50 kWh 范圍內(nèi)，相比于同體積化學(xué)電池，儲(chǔ)電量相差數(shù)十倍; 二是初投成本較高，目前飛輪儲(chǔ)能初投價(jià)格在 5000 元kW 左右，是化學(xué)電池的 5 ～ 10 倍，需要隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變革逐步降低。
4 應(yīng)用領(lǐng)域
基于以上特點(diǎn)，飛輪儲(chǔ)能可以應(yīng)用于不間斷供電、能量回收、電網(wǎng)調(diào)頻、綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用等領(lǐng)域。
4．1 不間斷供電( UPS)
在各類數(shù)據(jù)中心、高端加工生產(chǎn)線、應(yīng)急保電等領(lǐng)域，都需要提供 UPS 對(duì)服務(wù)器、關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備等進(jìn)行保障。目前傳統(tǒng) UPS 利用化學(xué)電池作為儲(chǔ)能器件，受制于化學(xué)電池壽命短、環(huán)境要求高等短板，在數(shù)據(jù)中心等環(huán)境控制較好的場(chǎng)景通常3 ～ 5 年需要更換一次電池，在非恒溫恒濕環(huán)境下，化學(xué)電池的壽命會(huì)更短，這造成了成本增加、環(huán)境污染等問(wèn)題。利用飛輪儲(chǔ)能作為 UPS 的儲(chǔ)能器件，可極大延長(zhǎng)其使用壽命和可靠性，提高關(guān)鍵用電設(shè)備供電質(zhì)量。由于飛輪儲(chǔ)能能量轉(zhuǎn)換效率極高，在負(fù)載率 20% ～ 100% 的范圍內(nèi)，效率均能達(dá)到 95% 以上，能夠起到很好的節(jié)電作用。
飛輪儲(chǔ)能供電系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖 2 所示，利用柴油發(fā)電機(jī)組、飛輪儲(chǔ)能 UPS、切換開(kāi)關(guān)( ATS) 等關(guān)鍵設(shè)備，在市電出現(xiàn)波動(dòng)或中斷時(shí)，將主用電源無(wú)縫地切換到備用電源。
實(shí)際使用效果如圖 3 所示，市電出現(xiàn)中斷時(shí)，由飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品放電，并立即向柴油發(fā)電機(jī)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，檢測(cè)到柴油發(fā)電機(jī)輸出功率穩(wěn)定后，由 ATS 自動(dòng)將負(fù)載轉(zhuǎn)移至柴油發(fā)電機(jī)供電，整個(gè)切換過(guò)程中，輸出端將持續(xù)保持穩(wěn)定。
二重( 德陽(yáng)) 重型裝備有限公司信息中心承接了其公司范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、辦公、數(shù)據(jù)資料匯集及處理功能，原使用鉛酸電池 UPS 進(jìn)行不間斷供電，未配置柴油發(fā)電機(jī)。2019 年進(jìn)行機(jī)房改造，利用飛輪儲(chǔ)能不間斷供電系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，替換了原有鉛酸電池 116 組，配置了柴油發(fā)電機(jī)組，為信息中心的電力供應(yīng)提供了重要保障。
同時(shí)，設(shè)計(jì)方案中，將飛輪儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)機(jī)房動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，可以對(duì)飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
在數(shù)據(jù)機(jī)房大規(guī)模后續(xù)的應(yīng)用擴(kuò)展中，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)還應(yīng)考慮系統(tǒng)性縮短系統(tǒng)切換時(shí)間、增加與數(shù)據(jù)機(jī)房 －48 V 直流系統(tǒng)結(jié)合，以滿足中大型數(shù)據(jù)機(jī)房更多的應(yīng)用需求。
4． 2 能量回收
在軌道交通、石油鉆井等行業(yè)，由于設(shè)備反復(fù)啟停會(huì)造成電能浪費(fèi)、網(wǎng)壓穩(wěn)定性差等問(wèn)題，利用飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品可對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收，啟動(dòng)時(shí)再利用，起到節(jié)電的作用; 同時(shí)飛輪將能量進(jìn)行回收再釋放，避免了電網(wǎng)的功率沖擊，可延長(zhǎng)用電設(shè)備使用壽命。
典型應(yīng)用如地鐵軌道能量回收系統(tǒng)，當(dāng)?shù)罔F進(jìn)站需要制動(dòng)剎車時(shí)，將地鐵制動(dòng)的能量用于飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品加速; 當(dāng)?shù)罔F列車出站加速時(shí)，利用飛輪放電補(bǔ)充列車能量。飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品特有的充放電頻次高、時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)可以在該系統(tǒng)中進(jìn)行使用，以減少電能損耗，提高地鐵網(wǎng)壓質(zhì)量。張丹、姜建國(guó)等通過(guò) MATLABSimulink 中搭建基于高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的地鐵列車起動(dòng)與制動(dòng)仿真模型，驗(yàn)證了所提控制方法的有效性。
再如由柴油發(fā)電機(jī)作為電力供給的起重機(jī)械系統(tǒng)中，由于頻繁上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致負(fù)載波動(dòng)大，將對(duì)其動(dòng)力源———柴油發(fā)電機(jī)造成頻繁的功率沖擊，帶來(lái)壽命減少、積碳、能耗高等問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差、維護(hù)成本高。
飛輪儲(chǔ)能因其強(qiáng)大的反復(fù)充放電能力，特別適用于短時(shí)周期性的能量存貯及釋放，發(fā)揮其功率倍增功能。在柴油機(jī)低負(fù)載運(yùn)行時(shí)，可以緩慢充電使飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品處于額定轉(zhuǎn)速; 當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將能量釋放出來(lái)。這樣，就將負(fù)荷的沖擊性轉(zhuǎn)移至飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品而非柴油發(fā)電機(jī)，使得柴油發(fā)電機(jī)的功率變化保持平穩(wěn)。
目前實(shí)際運(yùn)行的案例有德克薩斯大學(xué)機(jī)電研究中心與 VYCON 公司聯(lián)合測(cè)試飛輪儲(chǔ)能用于集裝箱起重機(jī)系統(tǒng)，利用 2 臺(tái) 300 Wh、60 kW 飛輪系統(tǒng)并機(jī)，使用后燃油節(jié)省 21% ，煙塵排放減少 67% ，氮氧化物排放降低 26%。清華大學(xué)與中原石油工程有限公司聯(lián)合研制的 60 MJ/1000k W飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉆井系統(tǒng)勢(shì)能回收，可以單次回收能量 5 MJ，柴油機(jī)重載減少 50%。
4． 3 電網(wǎng)調(diào)頻
隨著新能源的發(fā)展和各類用電設(shè)備的增加，電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性要求逐步增高，需要配置相應(yīng)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行頻率調(diào)整，在短時(shí)高頻調(diào)頻場(chǎng)景下( 每天數(shù)百次，每次數(shù)秒) ，飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品是目前適應(yīng)性最好的一種儲(chǔ)能裝置。針對(duì)電網(wǎng)頻率特性及機(jī)組調(diào)頻特點(diǎn)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入可以起到減少機(jī)組磨損、抑制反向調(diào)頻、儲(chǔ)能電量持續(xù)性管理的作用。由于風(fēng)電和光伏等新能源發(fā)電方式，受自然環(huán)境條件制約，存在著周期性以及同用電峰谷不匹配的問(wèn)題，容易引起電網(wǎng)頻率的不穩(wěn)定。
針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組，由于大部分火電廠均承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，而火電機(jī)組調(diào)頻存在遲滯性、超調(diào)、欠調(diào)、反調(diào)等問(wèn)題，并且在反復(fù)調(diào)頻過(guò)程中，會(huì)對(duì)火電機(jī)組內(nèi)的機(jī)械系統(tǒng)的壽命造成影響，這就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)效果受到影響。利用飛輪儲(chǔ)能的快速響應(yīng)特點(diǎn)結(jié)合鋰離子電池大容量?jī)?chǔ)能特點(diǎn)，可以很好地完成火電機(jī)組調(diào)頻工作，使得火電機(jī)組調(diào)頻更加穩(wěn)定并且能夠接受連續(xù)調(diào)頻作業(yè)。美國(guó) Beacon Power 公司在紐約州建設(shè)飛輪調(diào)頻電站，總?cè)萘?20 MW，該電站于 2011 年投運(yùn)，由飛輪陣列、升壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成，可以承擔(dān)該地區(qū) 23% 左右的調(diào)頻能力，調(diào)頻準(zhǔn)確率在 90% 以上。近幾年國(guó)內(nèi)也開(kāi)始出現(xiàn)了飛輪儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻的示范項(xiàng)目，表 1 統(tǒng)計(jì)了部分國(guó)內(nèi)外飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目情況。
目前在中國(guó)國(guó)內(nèi)運(yùn)行的調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)絕大部分采用鋰離子等化學(xué)電池技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中已經(jīng)明顯暴露出使用壽命短、存在安全隱患高等問(wèn)題。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具備充放電次數(shù)幾乎不受限制、具有極高的功率密度和使用安全等不同特性，但能量成本較高，在承擔(dān)大時(shí)長(zhǎng)的調(diào)頻指令時(shí)不具備經(jīng)濟(jì)性競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。若采用能量型鋰離子電池與功率型飛輪儲(chǔ)能組成混合式儲(chǔ)能系統(tǒng)，則可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到更好的性能指標(biāo)。
混合儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)由儲(chǔ)能單元、儲(chǔ)能變流器( PCS) 、變壓器、配電設(shè)施等組成。儲(chǔ)能單元采用飛輪與鋰離子電池兩種儲(chǔ)能技術(shù)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)和鋰離子等化學(xué)電池儲(chǔ)能按一定比例搭配，組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)共同輔助發(fā)電機(jī)組響應(yīng) AGC 調(diào)頻指令。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)因其功率密度大，壽命長(zhǎng)，適合應(yīng)用于短時(shí)大功率、頻繁地充放電場(chǎng)景; 鋰離子等化學(xué)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度大，適合較長(zhǎng)時(shí)間的功率和能量支撐，通過(guò)兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可大幅提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)頻性能、延長(zhǎng)電池使用壽命 1 ～2 倍，最大化經(jīng)濟(jì)收益。
4． 4 綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用
綜合能源系統(tǒng)是指在一定區(qū)域內(nèi)，通過(guò)利用智慧管理模式，整合區(qū)域內(nèi)電能、冷能、熱能、天然氣、新能源發(fā)電、儲(chǔ)能等多種能源資源，實(shí)現(xiàn)多種能源發(fā)電、多模式儲(chǔ)能、多層次用電的協(xié)調(diào)運(yùn)行、協(xié)同管理、共同相應(yīng)。在滿足系統(tǒng)內(nèi)多層次用能需求的同時(shí)，提升各類能源利用效率。
二重德陽(yáng)儲(chǔ)能科技有限公司參與中國(guó)葛洲壩集團(tuán)裝備工業(yè)有限公司在湖北省武漢市建設(shè)的葛洲壩高端設(shè)備產(chǎn)業(yè)園綜合能源項(xiàng)目，為其提供一臺(tái) 200 kW 的飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品及相關(guān)配套系統(tǒng)，建成了 104 kW 光伏、200 kW400 kWh 交流電化學(xué)儲(chǔ)能、50 kW100 kWh 直流電化學(xué)儲(chǔ)能、2×5 kW風(fēng)電、200 kW 飛輪儲(chǔ)能和 200 kW 測(cè)試柴油發(fā)電機(jī)及 1 臺(tái) 14 kW 交流充電樁、1 臺(tái) 60 kW 直流充電樁等構(gòu)成的多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。項(xiàng)目具備組態(tài)式智慧能源管理系統(tǒng)和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)功能，將為電化學(xué)儲(chǔ)能單體測(cè)試、飛輪儲(chǔ)能單體測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)度策略優(yōu)化、并/離網(wǎng)狀態(tài)下系統(tǒng)故障穩(wěn)定性等提供試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，為多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化等關(guān)鍵技術(shù)研究提供科技創(chuàng)新平臺(tái)，為發(fā)展光柴儲(chǔ)、光儲(chǔ)充、分布式能源站、智能微電網(wǎng)發(fā)揮重要示范作用，具有科技研發(fā)支持和產(chǎn)業(yè)化支撐的雙重意義。項(xiàng)目目前運(yùn)行狀況良好，現(xiàn)場(chǎng)如圖 8 所示。
5 前景展望
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展已歷時(shí) 50 年，目前具有非常大的發(fā)展空間，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)涉及的高強(qiáng)度新材料技術(shù)、真空技術(shù)、動(dòng)平衡技術(shù)、磁懸浮技術(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)子技術(shù)、飛輪儲(chǔ)能陣列技術(shù)等，隨著研究發(fā)展將進(jìn)一步推動(dòng)飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展。在新能源領(lǐng)域、電網(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域、能量回收領(lǐng)域等將是飛輪儲(chǔ)能后續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)陣地。
飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品目前受限于市場(chǎng)接受度較低、初投成本較高、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失等原因，在國(guó)內(nèi)仍處于發(fā)展前期階段，隨著國(guó)家大力發(fā)展新能源、節(jié)能環(huán)保理念的提升，特別是國(guó)家《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中明確“強(qiáng)化技術(shù)攻關(guān)，構(gòu)建新型儲(chǔ)能創(chuàng)新體系，推動(dòng)多元化技術(shù)開(kāi)發(fā)，加快多元化技術(shù)示范應(yīng)用，開(kāi)展復(fù)合型儲(chǔ)能技術(shù)示范應(yīng)用”。隨著飛輪儲(chǔ)能等不同新型儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，不同時(shí)間、不同維度的多類型儲(chǔ)能的綜合應(yīng)用將開(kāi)啟儲(chǔ)能應(yīng)用的新模式。飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品的后續(xù)市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)降低制造成本，可使得飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品在更多行業(yè)有更好的發(fā)展前景。
