王世國

摘要：隨著人們生活質(zhì)量在不斷提高，對(duì)于電力的需求在不斷加大，隨著儲(chǔ)能技術(shù)日趨成熟和成本快速下降，中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，逐步從研發(fā)示范向商業(yè)化階段過渡，但整體來看儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期階段，仍存在發(fā)展前景不明晰、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善、商業(yè)模式和市場(chǎng)機(jī)制不清晰等問題。從發(fā)展規(guī)模、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)業(yè)鏈等方面總結(jié)中國儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀，基于“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)規(guī)劃理論，從宏觀層面展望新能源大規(guī)模發(fā)展形勢(shì)下中長(zhǎng)期儲(chǔ)能發(fā)展前景，研究?jī)?chǔ)能在電力系統(tǒng)中的合理運(yùn)行方式、與新能源消納關(guān)系等重要問題;從微觀層面對(duì)儲(chǔ)能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)等場(chǎng)景的應(yīng)用關(guān)鍵問題及發(fā)展對(duì)策進(jìn)行分析，并提出相關(guān)建議，為推動(dòng)中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng);交流側(cè)儲(chǔ)能;直流側(cè)儲(chǔ)能;儲(chǔ)能前景分析

1、引言

通過對(duì)相關(guān)一系列儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行分析和研究，就能對(duì)我國電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中的狀況進(jìn)行全面的了解。通過運(yùn)用新能源，能科學(xué)有效的處理能源大規(guī)模缺乏這一問題。在對(duì)系統(tǒng)自身穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，還能對(duì)其全面性給予保證，進(jìn)一步提高功率在波動(dòng)過程中的指令，加強(qiáng)電能質(zhì)量，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行科學(xué)處理?，F(xiàn)階段無論是儲(chǔ)能系統(tǒng)的前期規(guī)劃，還是中期進(jìn)行推動(dòng)的過程，都能加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性，對(duì)資源配置進(jìn)行不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，還能保證不同場(chǎng)合的儲(chǔ)能系統(tǒng)都能得到科學(xué)有效的運(yùn)用。

2、飛輪物理儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)介

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置，突破了化學(xué)電池的局限，用物理的方式實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，通過電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)互逆式雙向電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電能與高速旋轉(zhuǎn)的飛輪的機(jī)械動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)，并通過電力電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)與不同系統(tǒng)之間的接入與控制。

當(dāng)充電時(shí)，采用電動(dòng)機(jī)工作模式，電能通過電力轉(zhuǎn)換器變換后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能存儲(chǔ)，完成充電過程;當(dāng)放電時(shí)，采用發(fā)電機(jī)工作模式，利用發(fā)電機(jī)將飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?jīng)電力轉(zhuǎn)換器輸出適用于負(fù)載的電流與電壓，完成放電過程。

2.1飛輪系統(tǒng)核心組件

飛輪模塊：系統(tǒng)核心部件，可實(shí)現(xiàn)20年免維護(hù)

圖形用戶界面：提供系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)功能設(shè)定等功能

飛輪控制單元：實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能

磁懸浮軸承控制單元：實(shí)現(xiàn)五軸主動(dòng)磁懸浮軸承的監(jiān)測(cè)與控制功能

雙向變流器：對(duì)飛輪電機(jī)變頻電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景接入電壓的要求

真空泵：維持飛輪殼體內(nèi)的真空度，以減少風(fēng)阻損失，從而提高飛輪能量效率

2.2飛輪物理儲(chǔ)能系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

高安全性：純物理儲(chǔ)能過程，無化學(xué)反應(yīng)，全方位參數(shù)監(jiān)測(cè)，SOC狀態(tài)透明，安全可控

綠色環(huán)保：全生命周期綠色無污染，飛輪采用合金鋼材料，退役后可全部回收利用，處理成本低

長(zhǎng)壽命：基于主動(dòng)磁懸浮軸承，無機(jī)械摩擦，核心部件長(zhǎng)達(dá)20年使用壽命，>200萬次循環(huán)充放電壽命

高功率：?jiǎn)闻_(tái)飛輪儲(chǔ)能設(shè)備的功率高達(dá)數(shù)百千瓦，功率密度高，可組成數(shù)兆瓦級(jí)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)

快充放：基于IGBT電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)快速充放電響應(yīng)

寬溫域：運(yùn)行溫度范圍寬，無需精密溫控環(huán)境

易部署：模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，運(yùn)輸和施工方便，容易選址，建設(shè)周期短

2.3應(yīng)用簡(jiǎn)介（沈陽微控新能源技術(shù)有限公司產(chǎn)品）

VDC飛輪物理儲(chǔ)能系統(tǒng)

VDC系列產(chǎn)品的主要運(yùn)行模式：平時(shí)處于“浮充”狀態(tài)，維持37000rpm的最高轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)行，最大化儲(chǔ)存能量;需要放電時(shí)，給負(fù)載提供大功率輸出。VDC系列產(chǎn)品作為飛輪儲(chǔ)能UPS（免蓄電池）解決方案，已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心、電力行業(yè)、電信行業(yè)、半導(dǎo)體加工行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、機(jī)場(chǎng)等領(lǐng)域得到成熟的應(yīng)用。

REGEN飛輪物理儲(chǔ)能系統(tǒng)

REGEN系列產(chǎn)品安全可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，適用于頻繁的充電和放電運(yùn)行。在充電狀態(tài)下，將電能轉(zhuǎn)換成飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存;在放電狀態(tài)下，將飛輪儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能輸出。REGEN系列產(chǎn)品作為能量回收的優(yōu)化解決方案，已經(jīng)在地鐵軌道交通領(lǐng)域得到成熟的應(yīng)用。REGEN系列產(chǎn)品在微電網(wǎng)、新能源場(chǎng)站、調(diào)頻輔助服務(wù)、船舶電力推進(jìn)、電動(dòng)公交車等領(lǐng)域均能提供優(yōu)化的儲(chǔ)能解決方案。

飛輪陣列儲(chǔ)能系統(tǒng)

系統(tǒng)簡(jiǎn)介

將多臺(tái)模塊化的飛輪儲(chǔ)能單元并聯(lián)起來組成飛輪陣列儲(chǔ)能系統(tǒng)，是獲得大容量、高功率飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的解決方案，基于成熟的飛輪儲(chǔ)能單元，采用智能化的飛輪陣列管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)百千瓦級(jí)到數(shù)十兆瓦級(jí)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，可滿足直流電網(wǎng)和交流電網(wǎng)對(duì)不同規(guī)模飛輪儲(chǔ)能的需要。

系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)可滿足直流電網(wǎng)和交流電網(wǎng)不同電壓規(guī)格的接入要求

系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，組態(tài)靈活，兼容性強(qiáng)，擴(kuò)容方便、滿足不同容量、不同功率的飛輪儲(chǔ)能需求

系統(tǒng)采用智能化的飛輪陣列管理系統(tǒng)，集成了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)控制子系統(tǒng)和能量管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛輪陣列的全方位管控

系統(tǒng)提供對(duì)外通訊和調(diào)度接口，可接受本地和遠(yuǎn)方的調(diào)度指令，進(jìn)行充放電控制

系統(tǒng)充放電響應(yīng)速度快，一致性好，每臺(tái)飛輪儲(chǔ)能單元的電量狀態(tài)和轉(zhuǎn)速直接對(duì)應(yīng)，完全透明，可精確控制飛輪陣列內(nèi)的每一臺(tái)飛輪儲(chǔ)能單元同步充電或放電。

3、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在火電機(jī)組AGC調(diào)頻領(lǐng)域，通過“飛輪+鋰電”混合儲(chǔ)能系統(tǒng)與火電機(jī)組進(jìn)行聯(lián)合AGC調(diào)頻，可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)AGC指令的能力，提高調(diào)節(jié)精度，進(jìn)一步提高綜合K值，同時(shí)可以延長(zhǎng)鋰離子電池的使用壽命，提高其安全性。

在分布式智能微電網(wǎng)方面，適合采用飛輪儲(chǔ)能為主的環(huán)保混合儲(chǔ)能方式。由于電網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行方式復(fù)雜，新能源發(fā)電和用電負(fù)荷的不確定性和波動(dòng)性對(duì)運(yùn)行狀態(tài)影響小，電網(wǎng)穩(wěn)定控制難度高，能滿足毫秒至分鐘級(jí)高頻次的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)就非常重要。

在新能源領(lǐng)域，隨著新能源裝機(jī)比例和發(fā)電量占比的不斷提升，儲(chǔ)能作為穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要手段，將承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和保障穩(wěn)定的重要作用。無論是分布式光儲(chǔ)配套還是集中式新能源與儲(chǔ)能的協(xié)同，儲(chǔ)能與新能源的結(jié)合是我國乃至全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。飛輪儲(chǔ)能作為功率型的儲(chǔ)能技術(shù)，與其他能量型的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)行協(xié)同控制，可以更好地滿足新能源發(fā)電對(duì)配套儲(chǔ)能的需求，系統(tǒng)整體性能更優(yōu)。

飛輪儲(chǔ)能是用物理方法實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)， 是一種高度機(jī)電一體化產(chǎn)品， 是最有發(fā)展前途的儲(chǔ)能技術(shù)之一。飛輪儲(chǔ)能與其他幾種典型儲(chǔ)能方式性能相比，飛輪儲(chǔ)能使用壽命可達(dá)到20年以上，超過了其他幾種儲(chǔ)能方式，并且由于飛輪儲(chǔ)能是機(jī)械儲(chǔ)能方式，對(duì)于工作溫度沒有特定的要求，對(duì)于環(huán)境幾乎沒有影響。飛輪儲(chǔ)能具有較大的容量密度和功率密度，維護(hù)周期長(zhǎng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，適用于調(diào)峰調(diào)頻，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，輸配電系統(tǒng)穩(wěn)定性，UPS等場(chǎng)合。

結(jié)語

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)能夠有效解決大規(guī)模波動(dòng)性可再生能源并網(wǎng)帶來的系列問題，滿足系統(tǒng)調(diào)峰消納需求，增強(qiáng)暫態(tài)支撐能力，提高并網(wǎng)容量，從而提升可再生能源的整體并網(wǎng)友好性，作為一種新興的儲(chǔ)能方式，飛輪儲(chǔ)能擁有傳統(tǒng)化學(xué)電池?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)已被人們廣泛認(rèn)同，它非常符合未來儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向，可以預(yù)見，伴隨著技術(shù)和材料學(xué)的進(jìn)步，飛輪儲(chǔ)能將在未來的各行各業(yè)中發(fā)揮重要的作用。

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