中國儲能網(wǎng)訊：
具有儲能功能的調相機裝置
成果介紹
隨著新能源在電網(wǎng)中的裝機占比越來越高，電力系統(tǒng)電力電子化特性愈加凸顯，電力系統(tǒng)中的旋轉裝備用容量及轉動慣量逐漸減少，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了越來越大的壓力。新能源尤其是光伏缺乏真實的旋轉慣量，導致系統(tǒng)頻率變化劇烈，頻率衰減更快，不能提供充足的時間給頻率響應可能引發(fā)低頻減載，嚴重時引發(fā)電力系統(tǒng)崩潰。國電投坎德拉公司聯(lián)合國家電投科學技術研究院儲能所，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)電機組，可提供真實的旋轉慣量，優(yōu)于虛擬同步機等慣量方案，同時可兼具一次調頻、無功補償?shù)裙δ?。有效緩解未來新能源高占比情況下電力系統(tǒng)低轉動慣量的困局，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)的主要產品參數(shù)為額定功率為100kW，有效充放電量10kWh，額定工作轉速區(qū)間在2000-4000rpm，轉動慣量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），安裝方式為飛輪儲能單元地坑預埋、控制系統(tǒng)柜室內安裝。
創(chuàng)新亮點
具備慣量支撐作用的新型飛輪系統(tǒng)在新型飛輪儲能系統(tǒng)產品設計、慣量傳導裝置等難點上實現(xiàn)技術突破，填補了國內在慣量輪設計和開發(fā)領域的空白。技術先進性具體表現(xiàn)為：
（1）新型飛輪儲能系統(tǒng)拓撲，建立了同時兼顧慣量支撐和調頻的新型支撐電網(wǎng)動態(tài)調整系統(tǒng)拓撲，利用該技術實現(xiàn)該系統(tǒng)即具備功率擾動分配、慣量響應等基本功能，解決后期電網(wǎng)由于火電機組占比低帶來的低轉動慣量的核心電網(wǎng)穩(wěn)定性問題；同時具備一次調頻和二次調頻能力或者潛力。
（2）慣量傳導裝置，通過雙饋電機、剛性聯(lián)軸、動密封技術，實現(xiàn)飛輪儲能系統(tǒng)中慣量傳導功能，解決能量傳遞、慣量傳導等問題。同時建立了基于慣量傳導裝置、飛輪儲能單元、雙饋電機在內的復雜轉子動力學仿真設計模型，通過有限元法或傳遞矩陣法建立軸系-支承-殼體的耦合動力學模型并進行整機振動噪聲仿真分析及最優(yōu)化。
（3）飛輪儲能高真空系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)更低的運行損耗和更高的效率，開發(fā)了創(chuàng)新型的分子真空系統(tǒng)，采用仿真軟件對飛輪軸上泵轉子進行設計校核，同時采用流體動力學方法（CFD法）或直接模擬蒙特卡羅法（DSMC法）仿真，在飛輪軸上設計合理的螺旋槽結構，同時在定子部分加裝經特殊設計的飛輪系統(tǒng)真空組件，實現(xiàn)小于1Pa的分子真空技術。
除此之外，基于該成果開展了對新能源電站配置的新型飛輪儲能系統(tǒng)裝置的標準研究，為后續(xù)火電轉動慣量缺失的情況下，提出慣量響應相應的企業(yè)或者行業(yè)標準建議；展開基于與微電網(wǎng)連接的飛輪能量系統(tǒng)管理標準與建模仿真的標準研究。
市場前景
該成果主要應用場景為火電、水電、燃氣和核電機組等電源側的慣量補充兼具一次調頻功能，光伏新能源電站的市場以及電網(wǎng)等，市場前景廣闊。目前市場上無類似產品，公司開發(fā)的慣量輪產品填補了慣量支撐飛輪的市場空白，具有極強的市場競爭力和可推廣性。
效益分析
社會經濟效益方面，慣量輪具備功率擾動自動分配、慣量響應以及一次調頻等快速動作能力，大規(guī)模投運后，能有效緩解未來新能源高占比情況下電力系統(tǒng)低轉動慣量的困局；規(guī)模性投入電網(wǎng)側及電源側后，能大幅度提高高壓長距離電網(wǎng)輸運穩(wěn)定性；該新型儲能系統(tǒng)規(guī)模小并入微網(wǎng)后，能增加電網(wǎng)穩(wěn)定性。
推動行業(yè)進步方面，通過慣量輪系統(tǒng)的設計、制造，填補了國內行業(yè)內相關領域的空白，制定相應的新型飛輪儲能系統(tǒng)慣量響應相應標準，為后續(xù)在電力行業(yè)內推行提供參考。
