中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，盾石磁能科技技術(shù)總工趙思鋒先生在“先進儲能技術(shù)專場”，以《高功率飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展與應用》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機會和大家一起學習，我是來自盾石磁能科技有限責任公司的，我講解過程中可能不是特別的完善，請大家多多包含。我演講的題目叫做高功率飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展與應用，我想主要從這三個方面向大家匯報，第一個是飛輪的一個簡單概述，第二個是高功率GTR飛輪，第三個是應用案例。
首先對我們公司進行一個簡單的介紹，盾石磁能科技有限責任公司注冊資本是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)動發(fā)展示范企業(yè)，我們公司也世界上先進的飛輪儲能技術(shù)，投資建設(shè)磁飛輪制造與測試平臺。飛輪儲能的原理很簡單，利用高速旋轉(zhuǎn)體來進行能量的存儲，通過飛輪內(nèi)部的電動發(fā)電一體機實現(xiàn)能量的存儲和釋放。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能技術(shù)，直到上世紀90年代由于這個高強度的復合材料磁懸浮技術(shù)、電力電子技術(shù)的突破才進入到商業(yè)化應用階段。國內(nèi)主要是有盾石磁能科技有限公司以及清華大學在做這方面的研究和商業(yè)應用。技術(shù)分類我想可以從這兩個角度來分，一個是能量型的飛輪，還有一個是功率型的飛輪。飛輪儲能的關(guān)鍵技術(shù)我們概括就是這幾個方面，第一個是轉(zhuǎn)子技術(shù)，轉(zhuǎn)子材料這方面高強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、高速電機控制等等，包括大功率、高頻輸出的高速電機的穩(wěn)定控制技術(shù)，還有軸承技術(shù)、動力學分析技術(shù)、材料技術(shù)等多種技術(shù)，飛輪技術(shù)是一種多學科交叉的技術(shù)，相對門檻高一些的一種儲能技術(shù)。
下面介紹一下國內(nèi)外的主要應用，首先是有這種兆瓦級的飛輪電廠，為智能電網(wǎng)提供系統(tǒng)調(diào)頻服務，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。其次是利用這個飛輪頻繁充放大功率的特性，在軌道交通這種再生制動能量的回收，牽引網(wǎng)壓支撐。還有夠是平抑光伏風電波動，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。還有一個是在這個UPS務領(lǐng)域這種不間斷電源，比如說助理這種柴油機啟動。下面向大家匯報一下這個高功率GTR飛輪，我們這個飛輪的技術(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，這個地方是它的被動磁軸承部分，這個地方是電機的定子，這個地方是轉(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，碳纖維復合材料轉(zhuǎn)子，這個是高強度、抗拉伸、MLC軟磁嵌入工藝。第二，被動磁軸承，第三是高速永磁電機。GTR飛輪技術(shù)屬于高轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)動慣量大功率技術(shù)路線，這是我們裝置的一些簡單的參數(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)。還有就是超長的壽命，1千萬次大于20年循環(huán)壽命。這個地方介紹的是我們飛輪的一個簡單的工作邏輯，這個飛輪由靜止狀態(tài)首先是一個加速，加速到30赫茲的時候會進行一個自身損耗的測試，小于它的限定值的時候會再次加速。這是我們的一個能量管理單元，它可以協(xié)調(diào)控制多臺飛輪儲能裝置，比如說通過一鍵起動、本地遠程操作的方式，還有多個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)不同的應用場景都可以來進行調(diào)整的。
這個是我們做的一個功率均衡能力的一個試驗，在動態(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驗項目，包括安全性檢驗以及性能檢驗方面。我們的應用場景就是說一個是在傳統(tǒng)的火電廠輔助火電機組進行一次調(diào)頻，采用這個飛輪加發(fā)電機組的形式。這樣有什么好處呢？就是可以輔助這個發(fā)電機組見效它的氣門開度時的機械損耗，還有能夠提升這個響應速度。另外就針對分布式能源發(fā)電過程中的輸出功率波動進行補償抑制，見效分布式能源對電網(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，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。另外一個領(lǐng)域就是軌道交通領(lǐng)域，一個是列車進出站的再生制動能量的回收應用，還有就是節(jié)約牽引電能，減少飛輪磨損和暖通壓力。這是我們應用的一些項目的案例，包括在微電網(wǎng)領(lǐng)域的英國的這兩個島嶼，還有我們國內(nèi)863的課題項目，還有地鐵公司和火電網(wǎng)的一次調(diào)頻項目。這是我們做的國家863課題計劃，這個是現(xiàn)場微電網(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。儲能平抑光伏波動的控制策略就是利用飛輪的快速響應來平緩這種瞬時的大功率波動。右邊這個圖是實時的光伏的波動，紅色的是平抑之后的曲線，大家可以看出這個平抑后的功率相對平滑，效果較明顯。這個是儲能和飛輪輸出的一個功率的波形，咱們可以看到這個電池儲能是屬于能量型，飛輪屬于功率型，整體對這個光伏的波動也有一個很好的平抑。
另外一個是應用在調(diào)頻，我們增加這個實時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，藍色是投入飛輪之后微網(wǎng)頻率的波動，可以看到這個投入之后的效果還是不錯的。這個是1兆瓦飛輪系統(tǒng)電氣拓撲圖，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在軌道交通領(lǐng)域應用的案例，第一個是洛杉磯地鐵黃金線1兆瓦飛輪儲能裝置，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高地公園站8天的波動情況，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。另外一個是在紐約的這條線的應用，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，促進我們儲能事業(yè)的發(fā)展。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
發(fā)言人及公司簡介：
趙思鋒，2014年至今在盾石磁能科技有限責任公司從事飛輪儲能技術(shù)研究設(shè)計，以及面向市場應用的產(chǎn)品開發(fā)方案，對飛輪儲能的技術(shù)原理，應用場景和發(fā)展方向有一定的理解和認識。
盾石磁能科技有限責任公司注冊資本1億元人民幣，注冊地位于唐山國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，美國設(shè)立子公司、英國設(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)動發(fā)展示范企業(yè)。該公司擁有世界先進飛輪儲能技術(shù)，投資建設(shè)磁飛輪制造與測試平臺。公司成立至今已經(jīng)獲得國家專利13項，公司飛輪儲能裝置已成功加入國家863計劃課題“工業(yè)園區(qū)型分布光伏/儲能微電網(wǎng)系統(tǒng)集成示范項目”。2016年公司榮獲“中國儲能產(chǎn)業(yè)最佳飛輪儲能技術(shù)研究進步獎”。
