2021年10月17日-20日，2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2021）在北京新國(guó)展隆重召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京。
本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時(shí)四天，包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“國(guó)際成熟風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國(guó)際新興風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個(gè)分論壇。能見(jiàn)App全程直播本次大會(huì)。
在儲(chǔ)能與新能源融合發(fā)展論壇上，沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司陳燁發(fā)表了題為《磁懸浮飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)頻率支撐領(lǐng)域的應(yīng)用》的主題演講。
以下為演講原文：
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(shù)在風(fēng)電場(chǎng)頻率支撐領(lǐng)域的應(yīng)用情況。
大家對(duì)于化學(xué)儲(chǔ)能比較了解了，對(duì)于飛輪儲(chǔ)能很多同仁還不是很清楚，也簡(jiǎn)單介紹一下，飛輪儲(chǔ)能是一種物理儲(chǔ)能方式，主要通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)體的這種旋轉(zhuǎn)進(jìn)行動(dòng)能存儲(chǔ)，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)能和電能之間的轉(zhuǎn)換，我們通過(guò)飛輪的儲(chǔ)能公式可以看出來(lái)，飛輪儲(chǔ)能量跟兩個(gè)因素有關(guān)系，首先跟飛輪的質(zhì)量，另外跟飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，它本身跟飛輪轉(zhuǎn)速成正比，高速飛輪是有更好能量密度的，也是飛輪產(chǎn)品發(fā)展的方向。
最新飛輪技術(shù)采用磁懸浮飛輪，叫磁懸浮儲(chǔ)能飛輪，飛輪運(yùn)行時(shí)它是在完全真空環(huán)境里面，屬于沒(méi)有接觸的，全磁懸浮狀態(tài)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有磨損問(wèn)題，同時(shí)功耗非常小，這是最新型的儲(chǔ)能技術(shù)形態(tài)。
再看一下飛輪內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，第一部分飛輪本體部分，相當(dāng)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，也是飛輪心臟的部分。第二部分電力電子部分，做飛輪電機(jī)和直流之間變換的。第三，是控制系統(tǒng)。第四，是真空棒，包括真空運(yùn)行的環(huán)境。再看飛輪本體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，上下兩個(gè)金色就是一對(duì)的磁懸浮軸承，通過(guò)它的支撐保證飛輪在一個(gè)懸浮狀態(tài)下高速旋轉(zhuǎn)，上面是高速電機(jī)部分，現(xiàn)在電機(jī)都是雙模，飛輪充電的時(shí)候是電動(dòng)機(jī)的工況，由低速到高速旋轉(zhuǎn)。放電的時(shí)候上面切換成發(fā)電機(jī)情況，動(dòng)能向電能向外輸出，對(duì)于飛輪來(lái)說(shuō)，充電的時(shí)候轉(zhuǎn)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(guò)高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行能量存儲(chǔ)，外面是真空環(huán)境，保證運(yùn)行時(shí)的真空特性。剛才我們看到黑色整個(gè)飛輪的部分，看上去比較簡(jiǎn)單，它里面結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜，從鋼廠把這種特種鋼材冶煉出來(lái)到我們形成飛輪的產(chǎn)品，它其中要經(jīng)過(guò)將近50多道的工序，里面有200多個(gè)零件，它是高速旋轉(zhuǎn)的，完全靠高精度加工工藝來(lái)制成的，對(duì)整個(gè)加工工藝來(lái)說(shuō)有非常高的要求。
對(duì)于任何儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)說(shuō)安全性都是最關(guān)鍵的，飛輪作為物理儲(chǔ)能，安全性高于化學(xué)，并不是說(shuō)沒(méi)有安全隱患，處理不當(dāng)也是有安全問(wèn)題的，對(duì)于飛輪來(lái)說(shuō)比較嚴(yán)重的安全問(wèn)題，是所謂飛輪的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中解體，怎么保證飛輪的安全性，最重要或者最基礎(chǔ)的要對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，也就是探傷，才能夠判斷飛輪里面內(nèi)部是否有裂紋，氣泡缺陷，如果有缺陷的話，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中帶來(lái)比較大隱患，這是使用的超聲波無(wú)損探傷的設(shè)備，如果說(shuō)探測(cè)結(jié)果沒(méi)有缺陷，才能保證飛輪的安全性，當(dāng)然這種超聲波探測(cè)是有一定條件的，太大了，或者尺度太厚的飛輪就達(dá)不到，對(duì)于飛輪的尺寸來(lái)說(shuō)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(zhǎng)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(huán)保壓力更小一些。
下面再來(lái)看一下磁懸浮飛輪在風(fēng)電場(chǎng)頻率支撐領(lǐng)域里面的情況，總書(shū)記提出了以新能為主體的新型電力系統(tǒng)，對(duì)于新型電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)一個(gè)比較關(guān)鍵和主要的問(wèn)題，隨著新能源并網(wǎng)越來(lái)越大，電網(wǎng)穩(wěn)定性現(xiàn)在是一個(gè)逐步下降趨勢(shì)，它穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是逐步增大的，其中主要的表現(xiàn)在電網(wǎng)調(diào)節(jié)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(guò)21%的時(shí)候，考慮到4%驅(qū)額的話，就會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)的減損的動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到50%的時(shí)候問(wèn)題就比較嚴(yán)重了，所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確要求新能源必須要具備慣量響應(yīng)，一次調(diào)頻最主要的方面，特別是國(guó)家能源局發(fā)布的兩個(gè)細(xì)則，也是把慣量第一次提出來(lái)，對(duì)于整個(gè)新能源場(chǎng)站調(diào)頻能力也是越來(lái)越重視。
對(duì)于特性來(lái)說(shuō)大家比較熟悉了，本身我們轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟電網(wǎng)頻率是結(jié)耦的，并不是說(shuō)我們風(fēng)電機(jī)組不具備這種調(diào)頻能力，其實(shí)剛才龐總提到了我們可以有一定的調(diào)頻能力，但是它的能力跟風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是緊密跌到，同時(shí)在頻率恢復(fù)的時(shí)候比較容易造成頻率二次勞動(dòng)，通過(guò)快頻裝置，通過(guò)快槳控制，可以通過(guò)一次調(diào)頻能力的提升，也有弊端，它的問(wèn)題是，現(xiàn)在風(fēng)機(jī)都是最大功率跟隨工況下運(yùn)行，如果你讓它具備向上調(diào)節(jié)能力，必須要有線上的容量。看一下時(shí)間維度是30秒之內(nèi)，通過(guò)儲(chǔ)能方式彌補(bǔ)一些風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)頻能力不足的問(wèn)題。
當(dāng)然不同儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)用在新能源場(chǎng)站不一樣，我們對(duì)于參數(shù)要求也有很大區(qū)別，以一次調(diào)頻為例，有幾個(gè)特點(diǎn)。第一充放電頻次非常高，如果調(diào)頻設(shè)在0.4赫茲，每天1600次的充放電次數(shù)。第二響應(yīng)次數(shù)比較快，國(guó)家要求不大于3秒的。慣量響應(yīng)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(shù)特性契合度比較高，也是大家比較關(guān)注于飛輪技術(shù)運(yùn)用到新能源一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)里面的主要出發(fā)點(diǎn)。
下面分享幾個(gè)我們已經(jīng)實(shí)施過(guò)的應(yīng)用案例，這是去年在國(guó)家能源集團(tuán)山西風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施的混合儲(chǔ)能一次調(diào)頻示范項(xiàng)目，也是全國(guó)第一個(gè)完成35KV并網(wǎng)試驗(yàn)的兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，也是首個(gè)飛輪+鋰電池混合儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
當(dāng)時(shí)測(cè)試的工況跟大家講一下，紅色這條線是整個(gè)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的指令，紫色白色是飛輪系統(tǒng)的指令和電量，黃色和紅色是鋰電池系統(tǒng)的電量和指令，橢圓形區(qū)間風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)歷了一次比較小的波動(dòng)，這時(shí)候優(yōu)先由飛輪系統(tǒng)進(jìn)行處理，在矩形的區(qū)間，這次風(fēng)電場(chǎng)遇到比較大的頻率波動(dòng)，依然由飛輪系統(tǒng)進(jìn)行支撐，當(dāng)飛輪電量不足的時(shí)候，再由鋰電池進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)償，這是一個(gè)整個(gè)測(cè)試過(guò)程，這里面也體現(xiàn)了混合儲(chǔ)能主要的控制策略，基本上就是優(yōu)先使用飛輪處理，鋰電池作為補(bǔ)充，這套混合儲(chǔ)能系統(tǒng)臟活累活都由飛輪系統(tǒng)干，鋰電池是它在一個(gè)更適合于鋰電池工作情況下去運(yùn)行。
這個(gè)案例是在大唐遼寧風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施的，風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻和慣量的示范項(xiàng)目，應(yīng)用飛輪系統(tǒng)和單風(fēng)機(jī)參與場(chǎng)站的一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)的示范項(xiàng)目，這個(gè)系統(tǒng)跟剛才系統(tǒng)不太一樣的地方，它部署在單風(fēng)機(jī)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)整個(gè)風(fēng)機(jī)的一次調(diào)頻慣量的支撐。
這是電科院做的實(shí)際測(cè)試情況，一次調(diào)頻響應(yīng)速度160毫秒，這個(gè)響應(yīng)速度是當(dāng)頻率脫離一次調(diào)頻死區(qū)開(kāi)始，當(dāng)有情況發(fā)生的時(shí)候，到下放到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)控制指令到出列到完全支撐，整個(gè)全過(guò)程在160毫秒，對(duì)于虛擬慣量響應(yīng)來(lái)說(shuō)是280毫秒，它需要測(cè)量頻率變化率，需要多幾個(gè)采樣點(diǎn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)時(shí)間更長(zhǎng)一些，這些指標(biāo)是完全優(yōu)于現(xiàn)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的一些相關(guān)要求的。
最后簡(jiǎn)單向大家再介紹一下微控新能源公司，我們2017年收購(gòu)了飛輪企業(yè)，2018年成立了微控新能源，微控新能源總部位于中德沈陽(yáng)高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園，也承擔(dān)了省部級(jí)的項(xiàng)目，支撐我們產(chǎn)能每年達(dá)到1000臺(tái)，現(xiàn)在全球部署3000臺(tái)，在電力行業(yè)，軌道交通，數(shù)據(jù)中心各個(gè)行業(yè)都有比較多的應(yīng)用。
最后感謝大家對(duì)于微控的關(guān)注，我們展臺(tái)在E4館E3展位，希望各位同仁指導(dǎo)考察，謝謝大家。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）
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