中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月3日，中國(guó)能建中電工程山西院總承包山西電建參建的鼎輪能源科技（山西）有限公司30兆瓦飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目成功并網(wǎng)發(fā)電。
據(jù)悉，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首臺(tái)電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立調(diào)頻飛輪儲(chǔ)能電站，年調(diào)頻里程300萬(wàn)兆瓦，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)控有功出力參與電網(wǎng)調(diào)頻，可有效解決區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)有功不平衡問(wèn)題，為新型電力系統(tǒng)提供快速調(diào)節(jié)資源，保障電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。
什么是飛輪儲(chǔ)能？
對(duì)比商業(yè)化程度更高、應(yīng)用更為廣泛的電化學(xué)儲(chǔ)能，分屬物理儲(chǔ)能領(lǐng)域的飛輪儲(chǔ)能似乎是一條格外小眾的技術(shù)路線。但其實(shí)小小飛輪設(shè)備早在千百年前就已經(jīng)成為了人類(lèi)輔助生產(chǎn)的重要工具。而瓦特所發(fā)明的蒸汽機(jī)也使用了飛輪原理，進(jìn)而助力了第一次工業(yè)革命的開(kāi)展。
據(jù)公開(kāi)資料顯示，第一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于能源儲(chǔ)存的飛輪是由約翰·哈爾在1883年建造，該設(shè)備被安裝在魚(yú)雷上發(fā)揮動(dòng)力推進(jìn)和方向平衡作用。
20世紀(jì)40年代，瑞士一家公司依托電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換使高轉(zhuǎn)速的陀螺成為了儲(chǔ)能設(shè)備，并將飛輪的概念用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域。
現(xiàn)階段的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置，整體由飛輪本體、軸承、電機(jī)/發(fā)電機(jī)、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個(gè)主要組件構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)還會(huì)有針對(duì)性的調(diào)整。
飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命與軸承的性能息息相關(guān)。而電力轉(zhuǎn)換器可以提高飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性和可控性，并將輸出電能通過(guò)調(diào)頻、整流或恒壓等變換為滿足負(fù)荷供電要求的電能。真空室可以提供真空環(huán)境，降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)阻損耗。
飛輪儲(chǔ)能的充電原理是電機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，外部電能輸入，驅(qū)動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn), 電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能儲(chǔ)存，而放電原理是在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，利用飛輪高速旋轉(zhuǎn)的慣性帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終通過(guò)發(fā)電機(jī)將飛輪存儲(chǔ)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能進(jìn)行輸出。
國(guó)內(nèi)：細(xì)分技術(shù)并驅(qū)，百花齊放
在80年代初中國(guó)科學(xué)院研究所開(kāi)始關(guān)注飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，90年代我國(guó)正式開(kāi)始深入研究。在這一階段，中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制了利用機(jī)械軸承和鋼制轉(zhuǎn)子的飛輪儲(chǔ)能裝置，主要用于電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定與電能質(zhì)量改善。
1997年清華大學(xué)工程物理系成功設(shè)計(jì)出第一代復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用永磁-流體動(dòng)壓混合軸承和永磁無(wú)刷電機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)48000r/min，并成功實(shí)現(xiàn)充放電運(yùn)行。1999年設(shè)計(jì)出第二代飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)子本體尺寸結(jié)構(gòu)和電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，轉(zhuǎn)速達(dá)到42000r/min。
2003年清華大學(xué)開(kāi)始對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行研究，采用主動(dòng)磁軸承并建立整套磁軸承控制系統(tǒng)。2006年誕生了國(guó)內(nèi)第一套磁懸浮復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。2014年我國(guó)成功完成第一臺(tái)200KW工業(yè)化磁飛輪的調(diào)試工作，2022年青島地鐵3號(hào)線兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能正式并網(wǎng)應(yīng)用。
作為產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化程度高的知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)，在飛輪儲(chǔ)能的早期發(fā)展階段中，核心研發(fā)力量主要以高等院校為主，而近年來(lái)隨著政策層面對(duì)于各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)的大力扶持和資本關(guān)注，極具技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的飛輪儲(chǔ)能企業(yè)也開(kāi)始陸續(xù)涌現(xiàn)。
下圖是第十四屆中國(guó)儲(chǔ)能大會(huì)上所發(fā)布的2023年中國(guó)新型儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能企業(yè)TOP10名單，可以看到相較于更為成熟集中的電化學(xué)儲(chǔ)能賽道，飛輪儲(chǔ)能正處于多種細(xì)分技術(shù)并驅(qū)、百花齊放的多元發(fā)展期，這使得業(yè)內(nèi)人士對(duì)于飛輪儲(chǔ)能的未來(lái)拉足期待。
海外：同步發(fā)力，發(fā)達(dá)國(guó)家領(lǐng)先半個(gè)身位
美國(guó)
美國(guó)針對(duì)飛輪儲(chǔ)能的研究起步較早。馬里蘭大學(xué)已研究出用于電力調(diào)峰的24kWh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)，其飛輪重172.8kg，工作轉(zhuǎn)速范圍11，610～46，345rpm，破壞轉(zhuǎn)速為48，784rpm，系統(tǒng)輸出恒壓110～240V，全程效率為81%。經(jīng)濟(jì)分析表明，運(yùn)行3年時(shí)間可收回全部成本。美國(guó)Beacon Power歷史性的開(kāi)創(chuàng)了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與電力公司合作的先例，使得電力市場(chǎng)開(kāi)始接受飛輪儲(chǔ)能技術(shù)。
日本
日本在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)、制造工藝以及產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。特別是在新材料、高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)等方面的研究，為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效運(yùn)行和成本降低提供了有力支持。目前，日本已經(jīng)制造出在世界上容量最大的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)(容量26.5MVA ,電壓1100V ,轉(zhuǎn)速510690r/min ,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量710t·m2) 。日本在飛輪儲(chǔ)能領(lǐng)域的代表企業(yè)為三菱和日立。
加拿大
加拿大政府和相關(guān)部門(mén)對(duì)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視，通過(guò)制定相關(guān)政策和提供資金支持，積極推動(dòng)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。這種政策環(huán)境為飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展提供了良好的外部條件。加拿大在飛輪儲(chǔ)能領(lǐng)域的代表性企業(yè)為T(mén)emporal Power公司，該公司擁有先進(jìn)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)和豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
韓國(guó)
韓國(guó)積極與國(guó)際上的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作，共同推動(dòng)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用。韓國(guó)機(jī)械與材料學(xué)院與韓國(guó)電力研究院合作開(kāi)發(fā)了一套5kWh級(jí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用主動(dòng)電磁軸承與永磁軸承混合支撐方式以及永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)在技術(shù)上具有較高的先進(jìn)性，為韓國(guó)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展樹(shù)立了標(biāo)桿。
德國(guó)
德國(guó)在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)上投入了大量資源，致力于提高飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。德國(guó)還注重飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，探索其在電力系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，推動(dòng)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。代表企業(yè)Flybt Energy Solutions GmbH專(zhuān)注于研發(fā)和生產(chǎn)高性能飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，其產(chǎn)品具有高效、可靠和安全等特點(diǎn)，在電力、交通、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
契機(jī)：混合儲(chǔ)能興起，綜合競(jìng)爭(zhēng)力提升
近年來(lái)隨著儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的不斷升級(jí)，客戶(hù)對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求更加精細(xì)多維，但任何單一技術(shù)路徑都存在一定的不足，在此背景下聰明的企業(yè)開(kāi)始以混合儲(chǔ)能的形式探索更多1+1>2的儲(chǔ)能系統(tǒng)最優(yōu)解。
而飛輪與鋰電便是首當(dāng)其沖的大熱“CP”,2023年4月國(guó)內(nèi)首個(gè)飛輪+鋰電池儲(chǔ)能復(fù)合調(diào)頻項(xiàng)目華電山西朔州熱電飛輪儲(chǔ)能復(fù)合調(diào)頻項(xiàng)目正式投運(yùn)；同年8月，國(guó)內(nèi)首個(gè)由鐵鉻液流、飛輪、鋰電三種形式組成的混合儲(chǔ)能項(xiàng)目在內(nèi)蒙古霍林郭勒正式投運(yùn)；今年4月全國(guó)首個(gè)飛輪+鋰電池混合儲(chǔ)能獨(dú)立電站在山西省文水縣開(kāi)工。
對(duì)此，有業(yè)內(nèi)人士分析，雖然中國(guó)在飛輪儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展相較于海外多國(guó)落后了半個(gè)身位，但隨著飛輪加鋰電的混合儲(chǔ)能項(xiàng)目逐步應(yīng)用，市場(chǎng)逐漸打開(kāi)，依托中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，飛輪加鋰電的“組合拳”或?qū)⒃趪?guó)際市場(chǎng)拉高我國(guó)在該細(xì)分領(lǐng)域的整體表現(xiàn)力，贏得發(fā)展機(jī)遇，進(jìn)而在未來(lái)更加多元的項(xiàng)目合作中“反哺”國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。
