飞轮物理储能系统分析及应用

飞轮物理储能系统分析及应用

随着人们生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，随着储能技术日趋成熟和成本快速下降，中国储能产业快速发展，逐步从研发示范向商业化阶段过渡，但整体来看储能产业还处于发展初期阶段，仍存在发展前景不明晰、技术标准不完善、商业模式和市场机制不清晰等问题。从发展规模、技术经济性、产业链等方面总结中国储能发展现状，基于“源-网-荷-储”协调规划理论，从宏观层面展望新能源大规模发展形势下中长期储能发展前景，研究储能在电力系统中的合理运行方式、与新能源消纳关系等重要问题;从微观层面对储能在电源侧、电网侧和用户侧等场景的应用关键问题及发展对策进行分析，并提出相关建议，为推动中国储能产业健康发展提供参考。

标签：飞轮储能系统;交流侧储能;直流侧储能;储能前景分析

1、引言

通过对相关一系列储能技术进行分析和研究，就能对我国电力系统在实际运行过程中的状况进行全面的了解。通过运用新能源，能科学有效的处理能源大规模缺乏这一问题。在对系统自身稳定性进行加强的基础上，还能对其全面性给予保证，进一步提高功率在波动过程中的指令，加强电能质量，对出现的问题进行科学处理。现阶段无论是储能系统的前期规划，还是中期进行推动的过程，都能加强经济性，对资源配置进行不断优化的基础上，还能保证不同场合的储能系统都能得到科学有效的运用。

2、飞轮物理储能系统简介

飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理的方式实现储能，通过电动机/发电机互逆式双向电机，实现电能与高速旋转的飞轮的机械动能之间的相互转换与存储，并通过电力电子设备实现与不同系统之间的接入与控制。

当充电时，采用电动机工作模式，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电动机带动飞轮加速旋转，将电能转变为机械能存储，完成充电过程;当放电时，采用发电机工作模式，利用发电机将飞轮高速旋转的动能转变为电能，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成放电过程。

2.1飞轮系统核心组件

飞轮模块：系统核心部件，可实现20年免维护

图形用户界面：提供系统状态监测、系统功能设定等功能

飞轮控制单元：实现飞轮储能系统的监测、控制、通信等功能

磁悬浮轴承控制单元：实现五轴主动磁悬浮轴承的监测与控制功能

双向变流器：对飞轮电机变频电压进行转换，满足不同应用场景接入电压的要求

真空泵：维持飞轮壳体内的真空度，以减少风阻损失，从而提高飞轮能量效率

2.2飞轮物理储能系统主要特点：

高安全性：纯物理储能过程，无化学反应，全方位参数监测，SOC状态透明，安全可控

绿色环保：全生命周期绿色无污染，飞轮采用合金钢材料，退役后可全部回收利用，处理成本低

长寿命：基于主动磁悬浮轴承，无机械摩擦，核心部件长达20年使用寿命，>200万次循环充放电寿命

高功率：单台飞轮储能设备的功率高达数百千瓦，功率密度高，可组成数兆瓦级的飞轮储能系统

快充放：基于IGBT电力电子技术，实现毫秒级快速充放电响应

宽温域：运行温度范围宽，无需精密温控环境

易部署：模块化、标准化设计，运输和施工方便，容易选址，建设周期短

2.3应用简介（沈阳微控新能源技术有限公司产品）

VDC飞轮物理储能系统

VDC系列产品的主要运行模式：平时处于“浮充”状态，维持37000rpm的最高转速持续运行，最大化储存能量;需要放电时，给负载提供大功率输出。VDC 系列产品作为飞轮储能UPS（免蓄电池）解决方案，已经在数据中心、电力行业、电信行业、半导体加工行业、医疗行业、机场等领域得到成熟的应用。

REGEN飞轮物理储能系统

REGEN系列产品安全可靠性高，使用寿命长，适用于频繁的充电和放电运行。在充电状态下，将电能转换成飞轮的动能储存;在放电状态下，将飞轮储存的动能转换成电能输出。REGEN系列产品作为能量回收的优化解决方案，已经在地铁轨道交通领域得到成熟的应用。REGEN系列产品在微电网、新能源场站、

调频辅助服务、船舶电力推进、电动公交车等领域均能提供优化的储能解决方案。

飞轮阵列储能系统

系统简介

将多台模块化的飞轮储能单元并联起来组成飞轮阵列储能系统，是获得大容量、高功率飞轮储能系统的解决方案，基于成熟的飞轮储能单元，采用智能化的飞轮阵列管理系统，实现从数百千瓦级到数十兆瓦级的飞轮储能系统，可满足直流电网和交流电网对不同规模飞轮储能的需要。

系统主要技术特点

系统可满足直流电网和交流电网不同电压规格的接入要求

系统采用模块化的设计理念，组态灵活，兼容性强，扩容方便、满足不同容量、不同功率的飞轮储能需求

系统采用智能化的飞轮阵列管理系统，集成了数据监测控制子系统和能量管理子系统，实现对飞轮阵列的全方位管控

系统提供对外通讯和调度接口，可接受本地和远方的调度指令，进行充放电控制

系统充放电响应速度快，一致性好，每台飞轮储能单元的电量状态和转速直接对应，完全透明，可精确控制飞轮阵列内的每一台飞轮储能单元同步充电或放电。

3、飞轮储能技术在电力系统中的应用

在火电机组AGC调频领域，通过“飞轮+锂电”混合储能系统与火电机组进行联合AGC调频，可以提高储能系统响应AGC指令的能力，提高调节精度，进一步提高综合K值，同时可以延长锂离子电池的使用寿命，提高其安全性。

在分布式智能微电网方面，适合采用飞轮储能为主的环保混合储能方式。由于电网转动惯量小、运行方式复杂，新能源发电和用电负荷的不确定性和波动性对运行状态影响小，电网稳定控制难度高，能满足毫秒至分钟级高频次的飞轮储能技术就非常重要。

在新能源领域，随着新能源装机比例和发电量占比的不断提升，储能作为稳定电力系统运行的重要手段，将承担系统调节和保障稳定的重要作用。无论是分布式光储配套还是集中式新能源与储能的协同，储能与新能源的结合是我国乃至全球储能技术发展的必然趋势。飞轮储能作为功率型的储能技术，与其他能量型的储能技术相结合组成混合储能系统，进行协同控制，可以更好地满足新能源发