近日，由沈陽微控新能源技術(shù)有限公司攜手國網(wǎng)遼寧電科院、遼寧大唐國際新能源有限公司共同打造的全球首個風(fēng)電場站一次調(diào)頻+慣量響應(yīng)的飛輪儲能應(yīng)用項目順利通過并網(wǎng)前驗收，各項性能指標均優(yōu)于現(xiàn)行國家標準，標志著我公司飛輪儲能系統(tǒng)完全具備依靠自身能力響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化并提供一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)支撐能力，從根本上解決風(fēng)電機組通過長期預(yù)留有功備用容量限發(fā)電量參與電網(wǎng)一次調(diào)頻帶來的經(jīng)濟性損失以及因響應(yīng)時間慢無法主動參與慣量響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，提高風(fēng)電場站參與電網(wǎng)一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)的穩(wěn)定性及經(jīng)濟性，改善電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，大幅提升電網(wǎng)對功率突變事件的調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力，對構(gòu)建堅強型電網(wǎng)及實現(xiàn)2030碳達峰、2060碳中和具有重要意義。該項目也是我公司繼全球首個“飛輪儲能+ 鋰電混合儲能”新能源場站調(diào)頻并網(wǎng)試驗項目成功后，又一個重要的里程碑事件。
圖1 大唐阜新查臺風(fēng)電場站飛輪儲能應(yīng)用項目現(xiàn)場
◆ 項目概況
大唐國際阜新風(fēng)電場隸屬于遼寧大唐國際新能源有限公司，位于遼寧省阜新市阜蒙縣舊廟鎮(zhèn)后查臺村，海拔高度在 245 至 389m 之間，多年平均風(fēng)速6.26m/s，主導(dǎo)風(fēng)向為SW，規(guī)劃裝機容量為 450MW。
本工程飛輪儲能系統(tǒng)與明陽 MY1.5Se 型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組配套，經(jīng)升壓箱變升壓后接入35kV，參與電網(wǎng)一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)。
圖2 飛輪儲能系統(tǒng)與升壓箱變
圖3 飛輪儲能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)調(diào)試現(xiàn)場
◆ 項目建設(shè)必要性
以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，面臨的兩個主要問題是新能源消納受限以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行風(fēng)險增大。目前，國家電網(wǎng)正在大力推進抽水蓄能等大容量儲能設(shè)施的建設(shè)，隨著電力互聯(lián)網(wǎng)等大范圍調(diào)度手段的日趨成熟，使電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)情況下的大規(guī)模調(diào)度成為可能，與之相比，電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率穩(wěn)定的需求更為迫切。
國家電網(wǎng)有限公司抽水蓄能和新能源部主任劉永奇在雙碳目標下新能源與泛儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的思考的報告中指出：“未來新能源占比越來越大，從有功調(diào)節(jié)角度看，必須解決電力系統(tǒng)在從毫秒級至中長期的時間尺度上面臨的安全性和靈活性的挑戰(zhàn)，以保安全、保供應(yīng)、保消納?！?
圖4 電力系統(tǒng)從毫秒級至中長期的全時間尺度上面臨的挑戰(zhàn)
在全時間尺度上，各類儲能應(yīng)基于自身技術(shù)特性選好定位，其中，零延時至毫秒級慣量響應(yīng)及秒級一次調(diào)頻是解決安全生產(chǎn)問題最迫切的，新能源發(fā)電缺少轉(zhuǎn)動慣量，電網(wǎng)安全運行將面臨致命挑戰(zhàn)，因此，一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)是剛需，是必須，是最緊迫的。國家電網(wǎng)公司總工程師陳國平在 2021 年儲能聯(lián)盟年度峰會上發(fā)言中明確提出，碳達峰構(gòu)建新型電力系統(tǒng)所面臨的主要問題就包括新能源大比例接入電網(wǎng)安全，新能源場站需要具備一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)能力。
◆ 國家政策支持
2018 年 10 月，國家能源局發(fā)布《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》（DL/T1870-2018），6.3.4 條明確“風(fēng)電場、光伏發(fā)電站應(yīng)具備一次調(diào)頻能力，并網(wǎng)運行時一次調(diào)頻功能始終投入并確保正常運行”的要求。
圖5 DL/T1870-2018《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》
2020 年 7 月國家市場監(jiān)督管理總局正式發(fā)布了強制性國家標準 GB38755-2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，3.5.2 節(jié)要求電源（指接入 35kV 及以上電壓等級電力系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及儲能電站等）均應(yīng)具備一次調(diào)頻、快速調(diào)壓、調(diào)峰能力，且應(yīng)滿足相關(guān)標準要求。3.5.6 節(jié)要求電力系統(tǒng)應(yīng)具備基本的慣量和短路容量支持能量，在新能源并網(wǎng)發(fā)電比重較高的地區(qū)，新能源場站應(yīng)提供必要慣量與短路容量支撐。
圖6 GB38755-2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》
自上述標準頒布以來，國家電網(wǎng)山西、江西、遼寧、江蘇省調(diào)度中心、南方電網(wǎng)、國家能源局西北能監(jiān)局、華北能監(jiān)局、華中能監(jiān)局均已要求新并網(wǎng)新能源場站需具備一次調(diào)頻能力，在運新能源場站限期改造。因此，新能源場站高比例接入必須執(zhí)行國標，必須解決安全生產(chǎn)問題是迫切的。
◆ 飛輪儲能﹣最適合新能源場站一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)的儲能技術(shù)
電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率調(diào)節(jié)主要包括慣量響應(yīng)及一次調(diào)頻。
慣量響應(yīng)主要應(yīng)用于當電網(wǎng)頻率變化率超過閾值時，為系統(tǒng)提供快速、短時的轉(zhuǎn)動慣量支撐，防止級聯(lián)事故的發(fā)生。虛擬慣量要求響應(yīng)時間不大于500毫秒，持續(xù)功率支撐時間4-8秒。
一次調(diào)頻指電力系統(tǒng)因有功功率不平衡引起系統(tǒng)頻率變化時，當頻率偏差超過調(diào)頻死區(qū)，發(fā)電機組調(diào)整有功出力，降低系統(tǒng)頻率偏差的過程。一次調(diào)頻作用于電力系統(tǒng)發(fā)生頻率事件( 負荷突變、機組脫網(wǎng)) 初始階段，對于抑制系統(tǒng)頻率偏差、保障電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定和質(zhì)量至關(guān)重要。一次調(diào)頻要求響應(yīng)時間短（小于3秒）、持續(xù)時間短（國家標準考核持續(xù)時長為15秒）、充放電頻次高（根據(jù)調(diào)頻死區(qū)設(shè)置不同，每日幾十次至數(shù)百次）。
以一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)為主的電網(wǎng)頻率暫態(tài)支撐方式具有短時功率大、響應(yīng)時間要求高、持續(xù)時間短、充放電頻次高等特性，屬于典型的功率型應(yīng)用場景，飛輪儲能技術(shù)具備功率密度高、使用壽命長、安全性高、運行環(huán)境友好、存儲電量可精確度量、循環(huán)充放電次數(shù)高等優(yōu)勢，是最適合應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率支撐的儲能技術(shù)。
◆ 微控﹣掌握核心飛輪儲能技術(shù)
公司掌握了全球領(lǐng)先全磁懸浮軸承及控制技術(shù)，額定轉(zhuǎn)速可達41000轉(zhuǎn)/分鐘；采用航天級合金鋼材料，精密加工工藝，使用壽命長達20年；采用無刷式永磁同步電機技術(shù)，熱量小，功率密度高；采用雙向功率變換及變頻驅(qū)動技術(shù)，實能量雙向流動，能量轉(zhuǎn)換效率高；采用自供電技術(shù)，保證異常斷電情況下平穩(wěn)停機，配備保護軸承，在遇到劇烈振動或磁懸浮軸承失效時避免與外殼接觸，實時自檢，狀態(tài)透明，實時監(jiān)測轉(zhuǎn)速、位置、真空度、振動等參數(shù)，異常情況下自動保護停機。
飛輪儲能技術(shù)顯著特性主要體現(xiàn)為大功率、高頻次、不衰減、環(huán)保、安全。
飛輪儲能技術(shù)具備功率密度大，轉(zhuǎn)速即能量，不衰減、環(huán)保等絕對優(yōu)勢，使之在電網(wǎng)慣量響應(yīng)及一次調(diào)頻場景應(yīng)用是綜合成本最低、性價比最高、最安全可靠的解決方案。
◆ 微控公司簡介
沈陽微控新能源技術(shù)有限公司成立于2018年3月，是國家高新技術(shù)企業(yè)，總部位于中德（沈陽）高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園，在深圳、北京、上海等國內(nèi)多個城市設(shè)有分支機構(gòu)。公司掌握了全球領(lǐng)先的全磁懸浮軸承等核心技術(shù)，擁有國內(nèi)/國際發(fā)明專利四十余項。公司是遼寧省主動磁懸浮技術(shù)應(yīng)用工程研究中心依托單位，承擔(dān)了遼寧省、深圳市重大科技專項研發(fā)項目，我國飛輪儲能標準制定企業(yè)。迄今為止，公司已有近3000臺飛輪儲能設(shè)備安全運行在美國、加拿大、英國、法國、瑞士、巴西等國，穩(wěn)定運行時間超過10萬小時，公司已成為全球技術(shù)領(lǐng)先，并在中國量產(chǎn)的飛輪公司。
微控公司促成中國全國兩會關(guān)于飛輪儲能的提案，實現(xiàn)了全球首個方艙醫(yī)院飛輪應(yīng)用部署，全球首套配合新能源場站一次調(diào)頻的MW級飛輪系統(tǒng)，是中國冬奧會應(yīng)急電源車飛輪設(shè)備供應(yīng)商。
在國家碳中和、綠水青山、節(jié)能減排、實業(yè)報國的背景下，微控公司大力發(fā)展飛輪產(chǎn)業(yè)，立足全國，著眼世界，成為全球領(lǐng)先品牌。
