中國儲能網(wǎng)訊：2017年10月11日，由國家五部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》），是我國大規(guī)模儲能技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展的首個指導(dǎo)性政策?！吨笇?dǎo)意見》圍繞能源改革的指導(dǎo)思想，提出“政府引導(dǎo)、企業(yè)參與”、“創(chuàng)新引領(lǐng)、示范先行”、“市場主導(dǎo)、改革助推”三個基本原則，制定了“研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡”、“商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展”的兩個階段性發(fā)展目標(biāo)，提出了“推進(jìn)儲能技術(shù)裝備研發(fā)示范”、“推進(jìn)儲能提升可再生能源利用水平應(yīng)用示范”、“推進(jìn)儲能提升電力系統(tǒng)靈活性穩(wěn)定性應(yīng)用示范”、“推進(jìn)儲能提升用能智能化水平應(yīng)用示范”和“推進(jìn)儲能多元化應(yīng)用支撐能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范”五個重點任務(wù)，最后制定了“加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)”、“完善政策法規(guī)”、“開展試點示范”、“建立補(bǔ)償機(jī)制”、“引導(dǎo)社會投資”、“推動市場改革”和“夯實發(fā)展基礎(chǔ)”七個保障措施。
《指導(dǎo)意見》的制定與頒布，反映了我國已把推動能源革命作為當(dāng)前能源工作的中心任務(wù)，并堅信能源技術(shù)是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口。儲能作為智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，對能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級起到關(guān)鍵技術(shù)的支撐作用。
在《指導(dǎo)意見》部署的五大重點任務(wù)中，“推進(jìn)儲能技術(shù)研發(fā)示范”為首要任務(wù)，也是“十三五”期間最重要的任務(wù)。該任務(wù)根據(jù)不同類型技術(shù)的發(fā)展階段劃分為四類，并對其中的一些核心技術(shù)及重點裝備進(jìn)行了點名，這對于相關(guān)行業(yè)的研發(fā)和制造將起到極大的鼓舞和推動作用。本文將針對《指導(dǎo)意見》中提及的飛輪儲能技術(shù)及裝備，闡述該項政策的頒布給行業(yè)帶來的推動作用，并簡要介紹清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院（以下簡稱研究院）高速飛輪儲能研究中心（以下簡稱飛輪儲能研究中心）的研究方向與成果。
政策推動作用
1. 吹響了儲能技術(shù)與裝備產(chǎn)業(yè)化競爭的號角
《指導(dǎo)意見》指出，我國儲能呈現(xiàn)多元發(fā)展的良好態(tài)勢：抽水蓄能發(fā)展迅速；壓縮空氣儲能、飛輪儲能，超導(dǎo)儲能和超級電容，鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等儲能技術(shù)研發(fā)應(yīng)用加速；儲熱、儲冷、儲氫技術(shù)也取得了一定進(jìn)展。這是對我國現(xiàn)有儲能技術(shù)研究與發(fā)展工作的肯定，認(rèn)可了既往以來的技術(shù)發(fā)展路線，同時大膽預(yù)測我國儲能技術(shù)總體上已經(jīng)初步具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。這是對儲能技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀的一個定調(diào)，證明我國儲能技術(shù)總體已處于從示范應(yīng)用向商業(yè)化初期過渡的重要階段，必將引來一輪新的能源產(chǎn)業(yè)化浪潮，產(chǎn)生一批具有創(chuàng)新創(chuàng)造力的制造型企業(yè)。
2. 為不同儲能技術(shù)與裝備指明了發(fā)展目標(biāo)與現(xiàn)狀
關(guān)于推進(jìn)儲能技術(shù)裝備研發(fā)示范，《指導(dǎo)意見》提出了四個主要任務(wù)：“集中攻關(guān)一批具有關(guān)鍵核心意義的儲能技術(shù)和材料”、“試驗示范一批具有產(chǎn)業(yè)化潛力的儲能技術(shù)和裝備”、“應(yīng)用推廣一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的儲能技術(shù)和產(chǎn)品”和“完善儲能產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測認(rèn)證體系”。這四項任務(wù)按照產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展程度分別對應(yīng)四個階段：基礎(chǔ)研究階段、試驗示范階段、應(yīng)用推廣階段、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證階段。其實是間接指明了相關(guān)儲能技術(shù)與裝備所處的階段，以明確該階段的主要任務(wù)，有的放矢，而不要好高騖遠(yuǎn)，盲目大躍進(jìn)。
各階段對應(yīng)的主要任務(wù)及相關(guān)儲能技術(shù)裝備如下：
（1）基礎(chǔ)研究類：該類技術(shù)或裝備尚處于預(yù)研階段，主要任務(wù)是加強(qiáng)基礎(chǔ)、共性技術(shù)攻關(guān)，圍繞低成本、長壽命、高安全性、高能量密度的總體目標(biāo)，開展儲能原理和關(guān)鍵材料、單元、模塊、系統(tǒng)和回收技術(shù)研究，發(fā)展儲能材料與器件測試分析和模擬仿真。重點包括變速抽水蓄能技術(shù)、大規(guī)模新型壓縮空氣儲能技術(shù)、化學(xué)儲電的各種新材料制備技術(shù)、高溫超導(dǎo)磁儲能技術(shù)、相變儲熱材料與高溫儲熱技術(shù)、儲能系統(tǒng)集成技術(shù)、能量管理技術(shù)等；
（2）試驗示范類：該類裝備技術(shù)已經(jīng)成熟，已開始或完成樣機(jī)制作，主要任務(wù)是針對不同應(yīng)用場景和需求，開發(fā)分別適用于長時間大容量、短時間大容量、分布式以及高功率等模式應(yīng)用的儲能技術(shù)裝備。大力發(fā)展儲能系統(tǒng)集成與智能控制技術(shù)，實現(xiàn)儲能與現(xiàn)代電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。重點包括10MW/100MWh級超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)、10MW/1000MJ級飛輪儲能陣列機(jī)組、100MW級鋰離子電池儲能系統(tǒng)、大容量新型熔鹽儲熱裝置、應(yīng)用于智能電網(wǎng)及分布式發(fā)電的超級電容電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)等；
（3）應(yīng)用推廣類：該類技術(shù)或裝備已具備市場應(yīng)用價值，開始產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，主要任務(wù)是加強(qiáng)引導(dǎo)和扶持，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，加速技術(shù)轉(zhuǎn)化。鼓勵儲能產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)采用先進(jìn)制造技術(shù)和理念提質(zhì)增效，鼓勵創(chuàng)新投融資模式降低成本，鼓勵通過參與國外應(yīng)用市場拉動國內(nèi)裝備制造水平提升。重點包括100MW級全釩液流電池儲能電站、高性能鉛炭電容電池儲能系統(tǒng)等；
（4）標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證類：該類技術(shù)及裝備已具備初步的市場規(guī)模，主要任務(wù)是建立與國際接軌、涵蓋儲能規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備及試驗、施工及驗收、并網(wǎng)及檢測、運(yùn)行與維護(hù)等各應(yīng)用環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)體系，并隨著技術(shù)發(fā)展和市場需求不斷完善。完善儲能產(chǎn)品性能、安全性等檢測認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，建立國家級儲能檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)和完善儲能產(chǎn)品全壽命周期質(zhì)量監(jiān)管。建立和完善不合格產(chǎn)品召回制度。目前尚無制定的儲能技術(shù)或裝備。
以飛輪儲能為例，其應(yīng)用階段尚屬于試驗示范類，表明其基礎(chǔ)技術(shù)研究及核心零部件的制造已經(jīng)基本成熟，可以開始在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行試驗示范，以長期驗證功能是否滿足需求、性能指標(biāo)是否合格、是否可以長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行、對周圍環(huán)境的影響等等。完成試驗示范后就初步具備了市場應(yīng)用推廣價值。這也為飛輪儲能研發(fā)團(tuán)隊指明了本階段的主要目標(biāo)，應(yīng)該集中注意力在產(chǎn)品的應(yīng)用落地上，而非盲目推廣和擴(kuò)張。
3. 明確了保障措施
為確保重點部署的儲能技術(shù)與研發(fā)示范任務(wù)順利實施，《指導(dǎo)意見》從平臺、資金、示范工程和人才等多方面提供了保障措施。以科技部重點專項“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”為例，2017年重點專項在5個技術(shù)方向啟動18個研究任務(wù)的20個項目，2018年在5個技術(shù)方向啟動19個研究任務(wù)19至38個項目，擬安排國撥經(jīng)費總概算為4.63億元。其中“MW級先進(jìn)飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)研究”被列為智能電網(wǎng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)進(jìn)行重點扶持。對于飛輪儲能技術(shù)與裝備的研發(fā)示范，現(xiàn)階段中心除了可以與清華大學(xué)聯(lián)合申請國家電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、石油、鐵路等相關(guān)部門的示范工程項目，還可以由省政府牽頭與當(dāng)?shù)氐囊恍┢髽I(yè)開展橫向合作，根據(jù)企業(yè)需求量身打造合適的儲能設(shè)備。
中心研究方向與成果
飛輪儲能電源屬于短時間大容量、分布式以及高功率等模式應(yīng)用的儲能技術(shù)裝備。飛輪儲能電源在過載能力與響應(yīng)速度方面也極具競爭力，雖然在自放電率方面仍有待改進(jìn)，但是飛輪儲能電源在電力系統(tǒng)中已經(jīng)獲得了良好的應(yīng)用收益。
（1）在發(fā)電側(cè)，飛輪儲能電源與分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)配合，平抑分布式發(fā)電的功率波動，提高風(fēng)能、太陽能等清潔能源的利用效率；
（2）在電能傳輸中，飛輪儲能電源作為瞬態(tài)調(diào)頻裝置，實現(xiàn)電網(wǎng)在大規(guī)模分布式發(fā)電接入情況下的穩(wěn)定控制；
（3）在用電側(cè)，飛輪儲能電源作為新興不間斷電源（UPS），廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療結(jié)構(gòu)等。此外飛輪儲能電源在軌道交通車輛制動能量回收、大功率脈沖電源等領(lǐng)域也有一定應(yīng)用。
本高速飛輪儲能研究中心基于清華大學(xué)的研究成果，在高速飛輪儲能技術(shù)領(lǐng)域積累了近20年的研究和工程經(jīng)驗，正在承擔(dān)國家科技支撐計劃等飛輪儲能課題。
1. 研究方向
根據(jù)國家“十三五”規(guī)劃的要求，以及《指導(dǎo)意見》對飛輪儲能任務(wù)定位，飛輪儲能研究中心正致力于能源互聯(lián)網(wǎng)高速飛輪儲能技術(shù)的研究及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，側(cè)重于大容量飛輪儲能調(diào)頻電站、獨立電網(wǎng)飛輪儲能應(yīng)用和飛輪儲能UPS的研究和產(chǎn)品開發(fā)，大力發(fā)展儲能系統(tǒng)集成與智能控制技術(shù)，實現(xiàn)儲能與現(xiàn)代電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。
2. 研究成果
飛輪儲能研究中心已擁有：100kW-1MW，1kWh-10kWh，轉(zhuǎn)速范圍2700rpm-42000rpm的飛輪儲能技術(shù)，具有包括飛輪本體（磁懸浮軸承、驅(qū)動電機(jī)等）和電力電子轉(zhuǎn)換裝置全套系統(tǒng)獨立設(shè)計和完全自主的知識產(chǎn)權(quán)，研究成果處于國內(nèi)前列。并且具備大量的應(yīng)用工程或案例，涉及飛輪儲能UPS、飛輪儲能DVR、石油鉆機(jī)飛輪儲能能源優(yōu)化系統(tǒng)等。
圖：國產(chǎn)首套3kWh /500kW飛輪儲能工程樣機(jī)
圖：國產(chǎn)首套5kWh /1MW飛輪儲能示范工程樣機(jī)
飛輪儲能研究中心在飛輪高速軸承、復(fù)合材料及飛輪繞制工藝、高速飛輪電機(jī)、飛輪儲能陣列以及飛輪儲能電源的應(yīng)用開發(fā)上緊跟國外先進(jìn)同行，同時還在高效能量轉(zhuǎn)化技術(shù)上做了很多優(yōu)化，實現(xiàn)了極低載波比下電機(jī)的高速控制，另外還實現(xiàn)了基于感應(yīng)子電機(jī)的飛輪系統(tǒng)控制，感應(yīng)子電機(jī)在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上與開關(guān)磁阻電機(jī)類似，但是其在定子上增加布置勵磁繞組，并在轉(zhuǎn)子上形成勵磁磁極，具備永磁同步電機(jī)控制特性的同時又可以實時控制轉(zhuǎn)子磁場的大小。可以進(jìn)一步提高待機(jī)效率，減小自放電率。
3. 未來展望
按照《指導(dǎo)意見》“十三五”規(guī)劃的指引，飛輪儲能研究中心計劃在現(xiàn)階段以承接企業(yè)和國家示范工程項目為主，具備1kW至1MW級單體設(shè)計和制造或裝配能力，其中核心零部件全部自主設(shè)計，并有長期戰(zhàn)略合作的供應(yīng)商體系；并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品的單元化、模塊化，將產(chǎn)品型號及功率等級進(jìn)行精簡，通過陣列并聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)不同功率等級、不同客戶應(yīng)用需求，以達(dá)到降低成本和實現(xiàn)批量化產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。
同時根據(jù)《指導(dǎo)意見》保障規(guī)劃，積極配合當(dāng)?shù)卣哪茉崔D(zhuǎn)型升級，申請實驗、辦公場所及廠房等相關(guān)支持，引進(jìn)優(yōu)秀海內(nèi)外人才，凝聚和優(yōu)化一支國際一流、國內(nèi)領(lǐng)先的高水平研究隊伍。在項目申請上，提出具有戰(zhàn)略性、前瞻性的研究構(gòu)想，充分結(jié)合研究院現(xiàn)有的資源和基礎(chǔ)，積極申請國家重大重點研究項目。
最后在“十四五”規(guī)劃期間實現(xiàn)核心零部件的批量制造及生產(chǎn)，整合供應(yīng)鏈體系，進(jìn)而實現(xiàn)高速磁懸浮飛輪儲能裝置的產(chǎn)業(yè)化，并廣泛應(yīng)用在UPS電源、電網(wǎng)調(diào)頻、軌道交通車輛等制動動/勢能再生、新能源發(fā)電等行業(yè)。
作者簡介
盛爽，清華大學(xué)電氣工程專業(yè)博士，清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院高速飛輪儲能研究所所長助理，發(fā)表多篇核心期刊及EI論文，擁有6項授權(quán)發(fā)明專利和2項授權(quán)實用新型專利，郵箱[email protected]。
責(zé)編：張珊珊
