2021年10月17日-20日，2021北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京。
本屆大會以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“國際新興風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“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個分論壇。能見App全程直播本次大會。
在儲能與新能源融合發(fā)展論壇上，沈陽微控新能源技術(shù)有限公司陳燁發(fā)表了題為《磁懸浮飛輪儲能技術(shù)在風(fēng)電場頻率支撐領(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)電場頻率支撐領(lǐng)域的應(yīng)用情況。
大家對于化學(xué)儲能比較了解了，對于飛輪儲能很多同仁還不是很清楚，也簡單介紹一下，飛輪儲能是一種物理儲能方式，主要通過高速旋轉(zhuǎn)體的這種旋轉(zhuǎn)進(jìn)行動能存儲，同時進(jìn)行動能和電能之間的轉(zhuǎn)換，我們通過飛輪的儲能公式可以看出來，飛輪儲能量跟兩個因素有關(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，叫磁懸浮儲能飛輪，飛輪運(yùn)行時它是在完全真空環(huán)境里面，屬于沒有接觸的，全磁懸浮狀態(tài)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，沒有磨損問題，同時功耗非常小，這是最新型的儲能技術(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)，上下兩個金色就是一對的磁懸浮軸承，通過它的支撐保證飛輪在一個懸浮狀態(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，飛輪充電的時候是電動機(jī)的工況，由低速到高速旋轉(zhuǎn)。放電的時候上面切換成發(fā)電機(jī)情況，動能向電能向外輸出，對于飛輪來說，充電的時候轉(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，通過高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行能量存儲，外面是真空環(huán)境，保證運(yùn)行時的真空特性。剛才我們看到黑色整個飛輪的部分，看上去比較簡單，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到我們形成飛輪的產(chǎn)品，它其中要經(jīng)過將近50多道的工序，里面有200多個零件，它是高速旋轉(zhuǎn)的，完全靠高精度加工工藝來制成的，對整個加工工藝來說有非常高的要求。
對于任何儲能技術(shù)來說安全性都是最關(guān)鍵的，飛輪作為物理儲能，安全性高于化學(xué)，并不是說沒有安全隱患，處理不當(dāng)也是有安全問題的，對于飛輪來說比較嚴(yán)重的安全問題，是所謂飛輪的旋轉(zhuǎn)過程中解體，怎么保證飛輪的安全性，最重要或者最基礎(chǔ)的要對飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行無損檢測，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，長期運(yùn)行過程中帶來比較大隱患，這是使用的超聲波無損探傷的設(shè)備，如果說探測結(jié)果沒有缺陷，才能保證飛輪的安全性，當(dāng)然這種超聲波探測是有一定條件的，太大了，或者尺度太厚的飛輪就達(dá)不到，對于飛輪的尺寸來說是有一定要求的。
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。
下面再來看一下磁懸浮飛輪在風(fēng)電場頻率支撐領(lǐng)域里面的情況，總書記提出了以新能為主體的新型電力系統(tǒng)，對于新型電力系統(tǒng)來說一個比較關(guān)鍵和主要的問題，隨著新能源并網(wǎng)越來越大，電網(wǎng)穩(wěn)定性現(xiàn)在是一個逐步下降趨勢，它穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險是逐步增大的，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21%的時候，考慮到4%驅(qū)額的話，就會引發(fā)電力系統(tǒng)的減損的動作，當(dāng)達(dá)到50%的時候問題就比較嚴(yán)重了，所以國家標(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，特別是國家能源局發(fā)布的兩個細(xì)則，也是把慣量第一次提出來，對于整個新能源場站調(diào)頻能力也是越來越重視。
對于特性來說大家比較熟悉了，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，同時在頻率恢復(fù)的時候比較容易造成頻率二次勞動，通過快頻裝置，通過快槳控制，可以通過一次調(diào)頻能力的提升，也有弊端，它的問題是，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。看一下時間維度是30秒之內(nèi)，通過儲能方式彌補(bǔ)一些風(fēng)電場的調(diào)頻能力不足的問題。
當(dāng)然不同儲能技術(shù)，應(yīng)用在新能源場站不一樣，我們對于參數(shù)要求也有很大區(qū)別，以一次調(diào)頻為例，有幾個特點(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)。
下面分享幾個我們已經(jīng)實(shí)施過的應(yīng)用案例，這是去年在國家能源集團(tuán)山西風(fēng)電場實(shí)施的混合儲能一次調(diào)頻示范項目，也是全國第一個完成35KV并網(wǎng)試驗的兆瓦級飛輪儲能系統(tǒng)，也是首個飛輪+鋰電池混合儲能示范項目。
當(dāng)時測試的工況跟大家講一下，紅色這條線是整個混合儲能系統(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)電場經(jīng)歷了一次比較小的波動，這時候優(yōu)先由飛輪系統(tǒng)進(jìn)行處理，在矩形的區(qū)間，這次風(fēng)電場遇到比較大的頻率波動，依然由飛輪系統(tǒng)進(jìn)行支撐，當(dāng)飛輪電量不足的時候，再由鋰電池進(jìn)行一個補(bǔ)償，這是一個整個測試過程，這里面也體現(xiàn)了混合儲能主要的控制策略，基本上就是優(yōu)先使用飛輪處理，鋰電池作為補(bǔ)充，這套混合儲能系統(tǒng)臟活累活都由飛輪系統(tǒng)干，鋰電池是它在一個更適合于鋰電池工作情況下去運(yùn)行。
這個案例是在大唐遼寧風(fēng)電場實(shí)施的，風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻和慣量的示范項目，應(yīng)用飛輪系統(tǒng)和單風(fēng)機(jī)參與場站的一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)的示范項目，這個系統(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)一個整個風(fēng)機(jī)的一次調(diào)頻慣量的支撐。
這是電科院做的實(shí)際測試情況，一次調(diào)頻響應(yīng)速度160毫秒，這個響應(yīng)速度是當(dāng)頻率脫離一次調(diào)頻死區(qū)開始，當(dāng)有情況發(fā)生的時候，到下放到整個風(fēng)電場控制指令到出列到完全支撐，整個全過程在160毫秒，對于虛擬慣量響應(yīng)來說是280毫秒，它需要測量頻率變化率，需要多幾個采樣點(diǎn)，相對來說時間更長一些，這些指標(biāo)是完全優(yōu)于現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)的一些相關(guān)要求的。
最后簡單向大家再介紹一下微控新能源公司，我們2017年收購了飛輪企業(yè)，2018年成立了微控新能源，微控新能源總部位于中德沈陽高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園，也承擔(dān)了省部級的項目，支撐我們產(chǎn)能每年達(dá)到1000臺，現(xiàn)在全球部署3000臺，在電力行業(yè)，軌道交通，數(shù)據(jù)中心各個行業(yè)都有比較多的應(yīng)用。
最后感謝大家對于微控的關(guān)注，我們展臺在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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