中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
具有儲(chǔ)能功能的調(diào)相機(jī)裝置
成果介紹
隨著新能源在電網(wǎng)中的裝機(jī)占比越來(lái)越高，電力系統(tǒng)電力電子化特性愈加凸顯，電力系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)裝備用容量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量逐漸減少，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了越來(lái)越大的壓力。新能源尤其是光伏缺乏真實(shí)的旋轉(zhuǎn)慣量，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化劇烈，頻率衰減更快，不能提供充足的時(shí)間給頻率響應(yīng)可能引發(fā)低頻減載，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)電力系統(tǒng)崩潰。國(guó)電投坎德拉公司聯(lián)合國(guó)家電投科學(xué)技術(shù)研究院儲(chǔ)能所，共同研發(fā)了具備慣量支撐作用的新型飛輪系統(tǒng)。具備慣量支撐作用的新型飛輪系統(tǒng)工作原理近似同步發(fā)電機(jī)組，可提供真實(shí)的旋轉(zhuǎn)慣量，優(yōu)于虛擬同步機(jī)等慣量方案，同時(shí)可兼具一次調(diào)頻、無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙δ?。有效緩解未?lái)新能源高占比情況下電力系統(tǒng)低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的困局，提高新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保電網(wǎng)安全。
具備慣量支撐作用的新型飛輪系統(tǒng)的主要產(chǎn)品參數(shù)為額定功率為100kW，有效充放電量10kWh，額定工作轉(zhuǎn)速區(qū)間在2000-4000rpm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量547kg·m2，重量7000kg，尺寸為φ1470mm*H2450mm，控制系統(tǒng)柜重量小于1000kg，控制系統(tǒng)柜尺寸1000mm*900mm*2200mm（W*D*H），安裝方式為飛輪儲(chǔ)能單元地坑預(yù)埋、控制系統(tǒng)柜室內(nèi)安裝。
創(chuàng)新亮點(diǎn)
具備慣量支撐作用的新型飛輪系統(tǒng)在新型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、慣量傳導(dǎo)裝置等難點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在慣量輪設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的空白。技術(shù)先進(jìn)性具體表現(xiàn)為：
（1）新型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)?，建立了同時(shí)兼顧慣量支撐和調(diào)頻的新型支撐電網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)拓?fù)洌迷摷夹g(shù)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)即具備功率擾動(dòng)分配、慣量響應(yīng)等基本功能，解決后期電網(wǎng)由于火電機(jī)組占比低帶來(lái)的低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的核心電網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題；同時(shí)具備一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力或者潛力。
（2）慣量傳導(dǎo)裝置，通過(guò)雙饋電機(jī)、剛性聯(lián)軸、動(dòng)密封技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中慣量傳導(dǎo)功能，解決能量傳遞、慣量傳導(dǎo)等問(wèn)題。同時(shí)建立了基于慣量傳導(dǎo)裝置、飛輪儲(chǔ)能單元、雙饋電機(jī)在內(nèi)的復(fù)雜轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)計(jì)模型，通過(guò)有限元法或傳遞矩陣法建立軸系-支承-殼體的耦合動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行整機(jī)振動(dòng)噪聲仿真分析及最優(yōu)化。
（3）飛輪儲(chǔ)能高真空系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)更低的運(yùn)行損耗和更高的效率，開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新型的分子真空系統(tǒng)，采用仿真軟件對(duì)飛輪軸上泵轉(zhuǎn)子進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，同時(shí)采用流體動(dòng)力學(xué)方法（CFD法）或直接模擬蒙特卡羅法（DSMC法）仿真，在飛輪軸上設(shè)計(jì)合理的螺旋槽結(jié)構(gòu)，同時(shí)在定子部分加裝經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的飛輪系統(tǒng)真空組件，實(shí)現(xiàn)小于1Pa的分子真空技術(shù)。
除此之外，基于該成果開(kāi)展了對(duì)新能源電站配置的新型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置的標(biāo)準(zhǔn)研究，為后續(xù)火電轉(zhuǎn)動(dòng)慣量缺失的情況下，提出慣量響應(yīng)相應(yīng)的企業(yè)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議；展開(kāi)基于與微電網(wǎng)連接的飛輪能量系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)與建模仿真的標(biāo)準(zhǔn)研究。
市場(chǎng)前景
該成果主要應(yīng)用場(chǎng)景為火電、水電、燃?xì)夂秃穗姍C(jī)組等電源側(cè)的慣量補(bǔ)充兼具一次調(diào)頻功能，光伏新能源電站的市場(chǎng)以及電網(wǎng)等，市場(chǎng)前景廣闊。目前市場(chǎng)上無(wú)類似產(chǎn)品，公司開(kāi)發(fā)的慣量輪產(chǎn)品填補(bǔ)了慣量支撐飛輪的市場(chǎng)空白，具有極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和可推廣性。
效益分析
社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面，慣量輪具備功率擾動(dòng)自動(dòng)分配、慣量響應(yīng)以及一次調(diào)頻等快速動(dòng)作能力，大規(guī)模投運(yùn)后，能有效緩解未來(lái)新能源高占比情況下電力系統(tǒng)低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的困局；規(guī)模性投入電網(wǎng)側(cè)及電源側(cè)后，能大幅度提高高壓長(zhǎng)距離電網(wǎng)輸運(yùn)穩(wěn)定性；該新型儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模小并入微網(wǎng)后，能增加電網(wǎng)穩(wěn)定性。
推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步方面，通過(guò)慣量輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)行業(yè)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，制定相應(yīng)的新型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)慣量響應(yīng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)在電力行業(yè)內(nèi)推行提供參考。
