中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，盾石磁能科技技術(shù)總工趙思鋒先生在“先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)專場(chǎng)”，以《高功率飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
盾石磁能科技技術(shù)總工趙思鋒
趙思鋒：各位專家、各位嘉賓大家下午好。非常高興能夠有這樣一個(gè)機(jī)會(huì)和大家一起學(xué)習(xí)，我是來自盾石磁能科技有限責(zé)任公司的，我講解過程中可能不是特別的完善，請(qǐng)大家多多包含。我演講的題目叫做高功率飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，我想主要從這三個(gè)方面向大家匯報(bào)，第一個(gè)是飛輪的一個(gè)簡(jiǎn)單概述，第二個(gè)是高功率GTR飛輪，第三個(gè)是應(yīng)用案例。
首先對(duì)我們公司進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，盾石磁能科技有限責(zé)任公司注冊(cè)資本是1億元人民幣，位于河北省唐山市，公司是河北省的科技型中小企業(yè)，河北省創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展示范企業(yè)，我們公司也世界上先進(jìn)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，投資建設(shè)磁飛輪制造與測(cè)試平臺(tái)。飛輪儲(chǔ)能的原理很簡(jiǎn)單，利用高速旋轉(zhuǎn)體來進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，通過飛輪內(nèi)部的電動(dòng)發(fā)電一體機(jī)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。飛輪技術(shù)的發(fā)展，大概在100多年前就有人提出了飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，直到上世紀(jì)90年代由于這個(gè)高強(qiáng)度的復(fù)合材料磁懸浮技術(shù)、電力電子技術(shù)的突破才進(jìn)入到商業(yè)化應(yīng)用階段。國(guó)內(nèi)主要是有盾石磁能科技有限公司以及清華大學(xué)在做這方面的研究和商業(yè)應(yīng)用。技術(shù)分類我想可以從這兩個(gè)角度來分，一個(gè)是能量型的飛輪，還有一個(gè)是功率型的飛輪。飛輪儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)我們概括就是這幾個(gè)方面，第一個(gè)是轉(zhuǎn)子技術(shù)，轉(zhuǎn)子材料這方面高強(qiáng)度的碳纖維纏繞技術(shù)，張力的控制以及熱穩(wěn)定性，還有發(fā)熱控制、高速電機(jī)控制等等，包括大功率、高頻輸出的高速電機(jī)的穩(wěn)定控制技術(shù)，還有軸承技術(shù)、動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)、材料技術(shù)等多種技術(shù)，飛輪技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的技術(shù)，相對(duì)門檻高一些的一種儲(chǔ)能技術(shù)。
下面介紹一下國(guó)內(nèi)外的主要應(yīng)用，首先是有這種兆瓦級(jí)的飛輪電廠，為智能電網(wǎng)提供系統(tǒng)調(diào)頻服務(wù)，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。其次是利用這個(gè)飛輪頻繁充放大功率的特性，在軌道交通這種再生制動(dòng)能量的回收，牽引網(wǎng)壓支撐。還有夠是平抑光伏風(fēng)電波動(dòng)，延遲蓄電池壽命、削峰填谷，調(diào)節(jié)電網(wǎng)母線頻率穩(wěn)定。還有一個(gè)是在這個(gè)UPS務(wù)領(lǐng)域這種不間斷電源，比如說助理這種柴油機(jī)啟動(dòng)。下面向大家匯報(bào)一下這個(gè)高功率GTR飛輪，我們這個(gè)飛輪的技術(shù)來源最初是來自于URENCO公司，是一家核工業(yè)技術(shù)公司。這是我們飛輪組成系統(tǒng)的剖面圖，這個(gè)地方是它的被動(dòng)磁軸承部分，這個(gè)地方是電機(jī)的定子，這個(gè)地方是轉(zhuǎn)子的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。核心技術(shù)主要是：第一，碳纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子，這個(gè)是高強(qiáng)度、抗拉伸、MLC軟磁嵌入工藝。第二，被動(dòng)磁軸承，第三是高速永磁電機(jī)。GTR飛輪技術(shù)屬于高轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大功率技術(shù)路線，這是我們裝置的一些簡(jiǎn)單的參數(shù)，高比功率是3000W/Kg，充放電頻率可以這樣理解，就是說可以在90秒時(shí)間內(nèi)可以完成15秒的充15秒的放，90秒的周期循環(huán)。還有就是超長(zhǎng)的壽命，1千萬次大于20年循環(huán)壽命。這個(gè)地方介紹的是我們飛輪的一個(gè)簡(jiǎn)單的工作邏輯，這個(gè)飛輪由靜止?fàn)顟B(tài)首先是一個(gè)加速，加速到30赫茲的時(shí)候會(huì)進(jìn)行一個(gè)自身損耗的測(cè)試，小于它的限定值的時(shí)候會(huì)再次加速。這是我們的一個(gè)能量管理單元，它可以協(xié)調(diào)控制多臺(tái)飛輪儲(chǔ)能裝置，比如說通過一鍵起動(dòng)、本地遠(yuǎn)程操作的方式，還有多個(gè)模塊的充放電能量均衡控制，還有SOC狀態(tài)監(jiān)控。還有它的故障日志，以及根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景都可以來進(jìn)行調(diào)整的。
這個(gè)是我們做的一個(gè)功率均衡能力的一個(gè)試驗(yàn)，在動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的情況下都可以有很好的均流。這是我們所做的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括安全性檢驗(yàn)以及性能檢驗(yàn)方面。我們的應(yīng)用場(chǎng)景就是說一個(gè)是在傳統(tǒng)的火電廠輔助火電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻，采用這個(gè)飛輪加發(fā)電機(jī)組的形式。這樣有什么好處呢？就是可以輔助這個(gè)發(fā)電機(jī)組見效它的氣門開度時(shí)的機(jī)械損耗，還有能夠提升這個(gè)響應(yīng)速度。另外就針對(duì)分布式能源發(fā)電過程中的輸出功率波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償抑制，見效分布式能源對(duì)電網(wǎng)功率的沖擊。在微電網(wǎng)可以平滑微網(wǎng)母線功率的波動(dòng)，包括蓄電池的頻繁充放來減少它的次數(shù)，另外是提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量，頻率調(diào)節(jié)等等。另外一個(gè)領(lǐng)域就是軌道交通領(lǐng)域，一個(gè)是列車進(jìn)出站的再生制動(dòng)能量的回收應(yīng)用，還有就是節(jié)約牽引電能，減少飛輪磨損和暖通壓力。這是我們應(yīng)用的一些項(xiàng)目的案例，包括在微電網(wǎng)領(lǐng)域的英國(guó)的這兩個(gè)島嶼，還有我們國(guó)內(nèi)863的課題項(xiàng)目，還有地鐵公司和火電網(wǎng)的一次調(diào)頻項(xiàng)目。這是我們做的國(guó)家863課題計(jì)劃，這個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)微電網(wǎng)的脫鋪結(jié)構(gòu)圖，整體加起來的話容量大概在1.5兆瓦。儲(chǔ)能平抑光伏波動(dòng)的控制策略就是利用飛輪的快速響應(yīng)來平緩這種瞬時(shí)的大功率波動(dòng)。右邊這個(gè)圖是實(shí)時(shí)的光伏的波動(dòng)，紅色的是平抑之后的曲線，大家可以看出這個(gè)平抑后的功率相對(duì)平滑，效果較明顯。這個(gè)是儲(chǔ)能和飛輪輸出的一個(gè)功率的波形，咱們可以看到這個(gè)電池儲(chǔ)能是屬于能量型，飛輪屬于功率型，整體對(duì)這個(gè)光伏的波動(dòng)也有一個(gè)很好的平抑。
另外一個(gè)是應(yīng)用在調(diào)頻，我們?cè)黾舆@個(gè)實(shí)時(shí)性是采用本地控制策略。粉色曲線是投入飛輪之前微網(wǎng)頻率的波動(dòng)，藍(lán)色是投入飛輪之后微網(wǎng)頻率的波動(dòng)，可以看到這個(gè)投入之后的效果還是不錯(cuò)的。這個(gè)是1兆瓦飛輪系統(tǒng)電氣拓?fù)鋱D，這是我們1兆瓦的飛輪系統(tǒng)集裝箱內(nèi)部的示意圖，這里面包括我們飛輪驅(qū)動(dòng)柜還有直流開關(guān)柜、PCS還有監(jiān)控、消防都在里面。
下面給大家介紹兩個(gè)在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的案例，第一個(gè)是洛杉磯地鐵黃金線1兆瓦飛輪儲(chǔ)能裝置，這里面包括消防、監(jiān)控、安全這些模塊都在里面集成好。我們做這個(gè)主要是起到電壓支撐的效果，就是說加入飛輪之前我們記錄了這個(gè)高地公園站8天的波動(dòng)情況，加入飛輪之后我們根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，綠色的曲線是牽引網(wǎng)壓，紅色的是充放電，從這個(gè)數(shù)據(jù)來看效果是非常好的，較之前有了很大的改善。另外一個(gè)是在紐約的這條線的應(yīng)用，安裝之后日平均節(jié)能大約1300度電，牽引能耗大概是6300度。我們真誠的歡迎與各位專家嘉賓一起合作，促進(jìn)我們儲(chǔ)能事業(yè)的發(fā)展。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
發(fā)言人及公司簡(jiǎn)介：
趙思鋒，2014年至今在盾石磁能科技有限責(zé)任公司從事飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研究設(shè)計(jì)，以及面向市場(chǎng)應(yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)方案，對(duì)飛輪儲(chǔ)能的技術(shù)原理，應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展方向有一定的理解和認(rèn)識(shí)。
盾石磁能科技有限責(zé)任公司注冊(cè)資本1億元人民幣，注冊(cè)地位于唐山國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，美國(guó)設(shè)立子公司、英國(guó)設(shè)立研發(fā)中心。公司是河北省科技型中小企業(yè)，河北省創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展示范企業(yè)。該公司擁有世界先進(jìn)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，投資建設(shè)磁飛輪制造與測(cè)試平臺(tái)。公司成立至今已經(jīng)獲得國(guó)家專利13項(xiàng)，公司飛輪儲(chǔ)能裝置已成功加入國(guó)家863計(jì)劃課題“工業(yè)園區(qū)型分布光伏/儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)集成示范項(xiàng)目”。2016年公司榮獲“中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)最佳飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研究進(jìn)步獎(jiǎng)”。
