飞轮储能系统及其在风电场站中的应用

飞轮储能系统及其在风电场站中的应用

高性能磁悬浮飞轮储能技术主要应用领域：关键电源保障、电力领域微电网、新能源配套、辅助调频；电能质量电力动态增容；能量回收领域可以在轨道交通进行再生能量回收，在油田系统进行能量回收；国防领域等方面。

----沈阳微控新能源市场技术支持部产品经理王智勇

11月28日由中国长江经济带可再生能源装备制造业产业联盟、江苏省南京市新型电力（智能电网）装备集群、江苏省可再生能源行业协会、协鑫新能源控股有限公司联合主办的“2019第九届加强应用长江经济带“一带一路”新能源创新发展论坛暨首届新型电力（智能电网）技术装备发展大会”在南京盛大开幕。北极星太阳能光伏网作为战略合作媒体对大会进行全程直播。

沈阳微控新能源市场技术支持部产品经理王智勇做《高性能磁悬浮飞轮储能技术与应用》主题演讲。

沈阳微控新能源市场技术支持部产品经理王智勇直播专题：第九届加强应用长江经济带“一带一路”新能源创新发展论坛以下为发言实录：

尊敬的各位领导、各位来宾、大家下午好，很荣幸代表沈阳微控物理储能研究有限公司在这里做汇报，我汇报题目是：高性能磁悬浮飞轮储能技术与应用。第一个汇报飞轮技术简介；第二个飞轮储能系统在风电场站应用。

公司总部位于中国沈阳高端装备制造产业园，在深圳和美国洛杉矶设有研发中心，在国内多个城市设有分支机构，微控新能源通过对美国VYCON、INC美国境内收购技术转让方式，建成唯一可以量产磁悬浮飞轮储能生产线，我们已经超过1900台，广泛应用于半导体产业、加工制造业、电信、医疗、交通运输等行业。我们技术来源是美国VYCON公司，是专业磁悬浮飞轮储能产品与服务的供应商，是全球唯一在轨道交通行业大规模部署飞轮储能产品的科技公司，这个项目是在美国洛杉矶地铁红线2014年部署，掌握了全球领先的磁悬浮飞轮储能技术，拥有24项发明专利，具有成熟的商业化应用，全国有1900套磁悬浮飞轮系统应用。

微控已申请国家发明专利16项，实用新型2项，外观设计2项，以下是我们公司取得一些专利。介绍一下储能技术的对比，飞轮储能技术和传统化学电池相比，在功率密度、循环次数、使用寿命具有明显的优势。第一代飞轮体积大，损耗也大；第二代机械轴承+磁力卸载机械轴承中速飞轮；现在第三代飞轮是磁悬浮高速飞轮，能量密度高、损耗、使用寿命长。飞轮储能系统本体由高速飞轮和同轴的电动/发动机构成。充电时采用电动机工作模式，利用电动机驱动飞轮进行高速旋转，电能旋转化为机械能完全充电过程，放电时采用高速旋转惯性，旋转化成电能输出，飞轮储能融合飞轮材料学、轴承、电机、转子动力学、电力电子综合性技术。

飞轮储能产品基本构成。一直在旋转组成电动机/发电机系统，我们上部和下部这一组磁悬浮轴承系统，这个外壳形成飞轮储能外壳，下面是飞轮本体，动能储存在这里。这部分是分解图，飞轮产品核心技术有以下几个方面：磁悬浮轴承及控制技术，最高转速可达到37000rpm；飞轮材料及工艺技术采用航天级合金钢材料，精密加工工艺，使用寿命长达20年；高速电机技术、大功率电力电子变换技术；安全保护技术，我们有一套独立的自控电系统，在磁悬浮轴承以外额外配置保护轴承，遇到剧烈振动或者彻底断电通过保护轴承让飞轮在壳体内稳步停机，同时还具有状态透明检测功能，可以实时检测位置之真空度、温度、振

动、电气量。认证方面通过UL认证、CE认证和美国OSHPD抗震认证，以下是我们取得的认证证书。

飞轮储能核心优势，一个是高安全性，我们能量存储和转速挂钩，使用寿命核心部件达到20年使用寿命，磁悬浮轴承免更换，产品实际运行时间已长达12年，快充放，宽温域，和电池比在零下10度到零说50度稳定运行，不需要精密空调环境运行；成本低、无污染、易回收。这个一飞轮产品标准柜结构，飞轮模块、图像用户界面、核心控制单元监控能量输出请求并控制包括飞轮充电、放电在内的子系统；磁力轴承控制单元；还有双向能量转换器，对外实现交流与直流之间的变频和转换；真空泵，减少里面风阻，提高能量效率。

这是飞轮产品主要型号VDCXXT型系列，单台功率450KW。应用领域主要是数据中心、电信、医疗、交通、工业等关键电力保障。REGEN是城市轨道交通、电力调频、微电网等场景下，我们磁悬浮飞轮储能产品可以进行满足兆瓦级、十兆瓦级需求，可以接受本地或者远方调度指令进行快速充放电；每台飞轮SOE

和转速直接对应，可以精确控制飞轮储能单元同步充放电，一致性好。飞轮储能主要应用领域有以下几个，在电力领域微电网、新能源配套、辅助调频；电能质量电力动态增容；能量回收领域可以在轨道交通进行再生能量回收，在油田系统进行能量回收；国防领域就是脉冲电源。这是微控主要客户及合作伙伴，涉及全球多家知名单位。

第二部分讲飞轮储能系统在风电场站中的应用。电力行业的主要应用领域火电机组+飞轮储能联合调频，新能源配电飞轮储能等。飞轮储能技术在风电场有以下几个功能：平抑波动，跟踪极化曲线，移峰填谷；平抑功率波动短期波动配置储能装置功率和容量较小，长期波动配置储能和容量较大。跟踪发电计划曲线根据强调下达的发电计划。削峰填谷，在风力发电输出功率受限时进行配送电网。频率调节，高频储能系统充电，低频储能系统放电。

与传统锂电池相比，锂电池属于能量型产品，我们是功率型产品。锂电池适合领域在调峰，我们适用一次调频、二次调频，我们和锂电池组成混合的调频系统来进行二次调频。风力发电的特点，具有随机性、波动性、间歇性，有反调特性、低出力概率高、可信装机容量低，脱网与故障影响系统稳定性。这是风电参与调频相关政策。火电调频各地出台发电厂并网运行管理实施细则和并网发电厂辅助服务管理实施细则，通过两个细则对发电厂考核和补偿，在2016年风电机

组虚拟同步发电机技术要求和试验方法标准的公布，这是相关政策，各位领导已经讲过了。

风电调频技术指标，响应滞后时间长，响应时间长，调节时间长及频率调节偏差大，测频精偏差大，包括储能系统的一次调频组合控制调频策略，首先响应快速和灵活的优势，储能弥补风机盲目，避免转速控制有限，频繁动作降低其寿命的缺点，在满足系统调频需求的同时，降低了储能成本和机组折旧，提高了风滁的运行效率。飞轮储能参与峰巅一次调频部署方案，按需配置一定容量的飞轮储能系统，飞轮储能系统接于690V或35KV侧，系统改造简单，利用飞轮储能快速响应、双向调节能力，提高一次调频技术指标，提高风电输出功率的稳定性和可控性。利用储能系统二次调频，主要是通过实时调节电网中调频电源的有功处理，实现对电网频率和联络线功率的控制，要求响应速度快、调节精度高等。

对于短时间小功率指令飞轮储能单独出力，大功率指令优先飞轮系统承担指令初期尖峰功率需求，飞轮储能单独出力无法满足时，就由锂电池系统配合出力，通过配置飞轮储能增大系统的出力，这样的可以延长锂电池使用寿命，通过提高调节精度，飞轮短时频繁充放电优势，调节K2指标，增加调频，这是混合储能系统构成与接入，接入高厂变低压侧，一起进入到整体调节环节。这是混合储能系统控制拓扑图，一次方案图，平面布置图。飞轮储能系统在调频领域的优势，功率成本低、使用寿命长，高可靠性之高安全性，模块化设计、部署方便，产品成熟、实施能力有保障。谢谢大家。