中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著在“雙碳”目標(biāo)引導(dǎo)下的電力能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，可再生能源的大規(guī)模接入和電力電子設(shè)備的快速發(fā)展，電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。根據(jù)國家能源局發(fā)布的2023年1-8月份全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國發(fā)電總裝機(jī)容量276153萬千瓦，其中風(fēng)電39537萬千瓦、光伏50541萬千瓦，占總裝機(jī)容量32.62%。因此，如何有效地進(jìn)行電力調(diào)頻，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，成為了當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要課題。
電力調(diào)頻是指在電力系統(tǒng)中通過調(diào)整發(fā)電機(jī)出力或負(fù)載需求，使得系統(tǒng)中的瞬時(shí)功率平衡得以維持，從而保持系統(tǒng)頻率在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種新興的電力儲(chǔ)存技術(shù)，其主要原理是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存起來；當(dāng)需要時(shí)，再釋放出機(jī)械能以響應(yīng)系統(tǒng)需求。這種系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快、充放電循環(huán)次數(shù)多、以及潛在的慣量響應(yīng)等特性，在電網(wǎng)功頻調(diào)控方面，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
與其他儲(chǔ)能方式相比，飛輪儲(chǔ)能在系統(tǒng)功頻調(diào)節(jié)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，飛輪儲(chǔ)能設(shè)備的響應(yīng)速度快、臨界阻尼和欠阻尼狀況下響應(yīng)速度均達(dá)到毫秒級(jí)別，能夠更及時(shí)地調(diào)整出力，抑制頻率波動(dòng)；其次，飛輪儲(chǔ)能充放電次數(shù)達(dá)到百萬級(jí)別、設(shè)備系統(tǒng)整體壽命較長可達(dá)25年以上，能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，全生命周期單次充放電度電成本相對(duì)更低；第三，飛輪儲(chǔ)能有的型號(hào)單體設(shè)備容量已經(jīng)能夠儲(chǔ)存更多的能量，可適應(yīng)電網(wǎng)規(guī)?；枨?；第四，飛輪儲(chǔ)能設(shè)備不受外界環(huán)境影響，即使在惡劣天氣條件下也能穩(wěn)定工作，有些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用是其他儲(chǔ)能技術(shù)無可替代的儲(chǔ)能形式。相比之下，超級(jí)電容雖然具有同類型優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)階段還不具備完全替代飛輪儲(chǔ)能的條件；電化學(xué)儲(chǔ)能雖然現(xiàn)階段單位造價(jià)相對(duì)較低、單位時(shí)間容量較大，但壽命較短降低了在電網(wǎng)功頻調(diào)節(jié)方面的競(jìng)爭(zhēng)力；壓縮空氣等儲(chǔ)能雖然單位造價(jià)較低、規(guī)模較大，但響應(yīng)速度慢限制了在電網(wǎng)功頻方面的調(diào)節(jié)需求。因此，從整體上看，飛輪儲(chǔ)能在電力調(diào)頻方面的性能優(yōu)于其他儲(chǔ)能方式。
山西省作為我國重要的能源基地和電力負(fù)荷中心，其電力系統(tǒng)的調(diào)頻問題尤為突出。近年來，山西省電力系統(tǒng)的頻率波動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大，頻率穩(wěn)定性問題日益凸顯。尤其是在風(fēng)力發(fā)電占比較高的地區(qū)，電網(wǎng)頻率的波動(dòng)更加劇烈，這種情況嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電力用戶的正常用電，但采用儲(chǔ)能技術(shù)后、特別是飛輪儲(chǔ)能技術(shù)后，對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性具有明顯改善。據(jù)某火力發(fā)電廠的應(yīng)用數(shù)據(jù)，采用了飛輪儲(chǔ)能技術(shù)后，飛輪火電機(jī)組聯(lián)合系統(tǒng)等效調(diào)速系統(tǒng)速度不等率可減小50%，調(diào)頻響應(yīng)速度提高20倍以上，一次調(diào)頻合格率由70%提升到92%以上，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間減少至1秒內(nèi)，各時(shí)段的綜合性能指標(biāo)Kp值均達(dá)到了省調(diào)的準(zhǔn)入門檻，且Kp及調(diào)節(jié)深度、精度等指標(biāo)得到明顯改善，甚至某些統(tǒng)計(jì)時(shí)段Kp值達(dá)到未改善之前的2倍多。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐步降低，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景越來越廣、性能發(fā)揮越來越深，特別在電力領(lǐng)域構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能將發(fā)揮獨(dú)特作用。首先，空天衛(wèi)星、軌道交通、油田鉆井等特殊領(lǐng)域的應(yīng)用是現(xiàn)階段其他儲(chǔ)能技術(shù)無可替代的儲(chǔ)能形式。其次，在風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源接入的場(chǎng)景中，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度靈活性和穩(wěn)定性也是較好的選擇，特別在傳統(tǒng)火電靈活性調(diào)節(jié)方面，相對(duì)優(yōu)勢(shì)正在逐步顯現(xiàn)。第三，在微電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)中，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的協(xié)同控制、保證電壓質(zhì)量、防止微電網(wǎng)系統(tǒng)宕機(jī)坍塌等功能和能力的重要作用，正在被驗(yàn)證。第四，未來在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，與抽蓄、壓縮CO2、金屬離子、液流等其他儲(chǔ)能形式復(fù)合發(fā)揮作用時(shí)，特別是飛輪儲(chǔ)能對(duì)構(gòu)建電網(wǎng)虛擬同步系統(tǒng)、發(fā)揮對(duì)電網(wǎng)的慣量支撐作用將更加突出。
綜上所述，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在電力調(diào)頻領(lǐng)域具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景，是現(xiàn)階段電力調(diào)頻技術(shù)的最優(yōu)選擇，在保證響應(yīng)速度及精度前提下，飛輪儲(chǔ)能將全生命周期單次充放電度電成本的價(jià)格優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為調(diào)度優(yōu)先，能夠?yàn)闃?gòu)建清潔、高效、可靠的中國式現(xiàn)代能源體系做出重要貢獻(xiàn)。（華電山西王舜）
