飞轮储能在电网调频中的工程应用华北电力大学先进飞轮储能技术研究中心贝肯新能源（天津）有限公司张强2010年4月25日全球商业化单体容量最大的储能飞轮生产、研发及工程应用解决方案报告内容我国电网调频的技术现状飞轮储能电网调频技术飞轮储能电网调频工程应用贝肯新能源技术优势电网调频的必要性1电网调频的必要性u提高电能质量是电网的主要任务l任何时刻，发电供电负荷需保持平衡，频率需保持一定值；l电网频率偏差～供应与需求间的不平衡l频率偏差对用户设备、发电厂设备、经济及社会活动都将产生不利影响。1电网调频的必要性u环境污染、气候变化、能源安全使得发展新能源成为必然趋势；u随着大规模新能源比例的提高，系统惯量降低，系统频率调节能力显著下降，电网频率稳定性问题日益突出。u电力系统不仅面临送出、消纳和调峰的问题，同时面临着调频能力不足的挑战；u新能源电动汽车充电负荷也加重了电网的调节难度。u急需优质的调频资源（储能）参与电网，维持电网的安全与稳定。2我国电网调频的技术现状u调频市场需求大u目前：（1）水电、抽水蓄能等优质调频容量缺乏：【2018年底,水电装机达到总容量将达3.66亿千瓦，占约20%，但受季节性影响；抽水蓄能占总装机容量的1.6%，存在着建设周期长（6-7年），选址及成本疏导的问题。】（2）供热、空冷机组等调频能力不足；（3）主要依靠火电机组实现电网调频，存在着：1）火电机组运行在额定出力附近正常运行时的效率最高，相应的煤耗最低。2）火电机组运行在50%额定负荷时，煤耗是额定负荷时的1.09～1.16倍。3）当火电机组运行在50%负荷或以下时，影响环保设施的投入，SCR因温度低而停运。u调节延迟u调节偏差（超调、欠调）u调节反向、单向调节u增加机组的磨损和故障率，降低机组的寿命和性能2我国电网调频的技术现状2我国电网调频的技术现状u近1-2来，国家密集出台了一系列调频辅助服务政策，山西、内蒙、广东及其它一些地区出现了化学电池储能调频项目，已建和在建项目近30多个。容量依然很小！u经过一段时间运行，存在：电池安全性问题；国家政策的不确定及不连续问题；市场运营模式的问题。（4）化学电池储能调频电站3飞轮储能电网调频技术3.1飞轮储能原理及系统组成u飞轮储能是一种物理储能方式，利用高速旋转的飞轮将电能以动能形式储存起来。●充电模式：电机工作在电动机状态，驱动飞轮高速旋转,电能转换为动能储存●放电模式：电机工作在发电机状态，利用飞轮高速旋转的惯性带动转子旋转，通过发电机将飞轮存储的动能转换成电能输出u飞轮储能系统的基本结构主要由5部分组成：飞轮转子、支撑轴承、高速电机、双向变流器、真空室。3飞轮储能电网调频技术飞轮动能与质量成正比；与速度平方成正比。磁悬浮技术真空技术动平衡技术冷却技术控制技术3.1飞轮储能原理及系统组成质量越大，转速越高，储能量越大3.2飞轮储能电网调频优势飞轮储能具有高频次瞬间精准放电的能力（1）安全性好：没有燃烧和爆炸的风险，在电网应用中将其放置于地下；（2）环保性好：没有危险化学物的处理与回收问题；（3）寿命长：具有长达20多年的使用寿命；（4）深度充放电能力：几乎可达到100%的充放电能力；（5）充放电次数大：可以达到100万次的充放电次数；（6）调频性能高：当需要时，只需数毫秒就能达到精确的放电要求；（7）宽温域：运行温度范围宽，无需空气调节；（8）成本低：全生命周期运行成本低。飞轮储能电网调频技术3当前20年每千瓦投资飞轮锂电池附加平衡费用维护电池替换投资$$（1）电池存在能量衰减；（2）电池寿命是飞轮的大约20%；（3）飞轮无衰减无需替换。（4）全生命周期飞轮投资低3.3飞轮储能技术特色—投资与性能（20年）3.4飞轮储能技术特色—安全性u物理储能的固有特性，飞轮的安全性好;10年连续安全运行验证；u化学电池的固有特性，存在高温起火和爆炸的风险，且随着运行时间的增加，发生安全问题会变的更加突出；u截至2019年2月，仅在韩国储能电站发生火灾就高达21起，其中2018年6-7月韩国庆山、灵验两座ESS储能电站，损失惨重；u美国夏威夷Kahuku岛30兆瓦风电场的15兆瓦电池储能电站，发生三次着火引发火灾（2011年4月、2012年5月及8月）；u我国也发生过不同程度的火灾。3.4飞轮储能技术特色—使用寿命及调频性能u放电深度从20%-40%电池储能寿命从10年降为2.25年；而对飞轮储能影响不大。u同样功率装机，飞轮储能调频作用是锂电池储能的2-4倍。充、放电深度4：飞轮储能电网调频工程应用项目由美国BeaconPower：（1）建于美国纽约州；（2）宾夕法尼亚州的两个20MW飞轮储能独立调频电站连续运行近十年。4：飞轮储能电网调频工程应用项目由加拿大TemporalPower，2014年有投运项目，建于（1）加拿大多伦多地区Minto镇的项目容量为2MW的独立调频飞轮储能项目；4：飞轮储能电网调频工程应用项目由加拿大TemporalPower建于（2）安大略省圭尔夫设计容量5MW，服务于当地电网调频；根据18年3月最新的检测：系统相应时间小于1s；爬坡速率为每分钟6500MW-12000MW之间；巅峰功率输出大于6.5MW；交直流转换效率为88.4%4：飞轮储能电网调频工程应用项目由加拿大TemporalPower建于（3）位于加勒比海阿鲁巴岛，设计容量为10MW飞轮储能项目，与可再生能源联合使用，提供全岛的电力供应5：贝肯新能源的技术优势●华北电力大学先进飞轮储能研究中心为贝肯新能源技术依托。●贝肯新能源独家100%收购了加拿大temporalpower飞轮储能公司，拥有世界先进飞轮储能技术，能够实现加工制造国产化。●拥有原TemporalPower公司核心技术及核心团队成员。●具有国内外强大的技术团队，形成了适合中国电网需求的工程应用技术。技术参数：•电能容量：50kWh•额定模块：100kW、250kW、500kW•全电能响应时间：小于10毫秒•输入电压：三相480Vac•输出频率：50Hz-60Hz•运行温度：-40℃-50℃•升降轴承：磁悬浮•全程效率：大于85%•飞轮材料：特种材料•有害元件：无•100%深度放电：无限次•设计寿命：大于25年。BNE用于电网调频规格的储能飞轮，具体参数如下：输出功率：250kW/500KW/1MW充电容量：50kWh放电时间：6-15分钟使用寿命：大于25年。5：贝肯新能源的技术优势-技术参数5.1飞轮储能电网独立调频5.2火电机组+飞轮储能联合调频5.3太阳能发电+飞轮储能联合调频5.4风力发电+飞轮储能联合调频5.5飞轮储能+电池储能联合调频5：贝肯新能源的技术优势-应用场景5：贝肯新能源的技术优势-应用场景飞轮电池混合储能调频应用：将调频拆解，有高频需求和低频需求，高频需求由飞轮储能承担，低频需求由化学电池系统承担，充分发挥储能各自的优势，提高系统的安全性和经济性。调峰调频：对于长时间充放电调峰由化学电池承担，调频由飞轮承担。5：贝肯新能源的技术优势-解决方案5：贝肯新能源技术优势-飞轮储能电网调频我们投资方工程方业主方提供项目的解决方案是我们的主要任务！技术支持；主要设备；后期运行与维护结论1飞轮储能电网调频是目前电网调频效率最高和最灵活的方式。2飞轮储能具有优良的安全性、环保性及调频性能。3飞轮寿命长达20多年，具有较好的经济性。4随着贝肯新能源（天津）有限公司飞轮储能世界先进技术的收购，能够快速实现国产化，可大大降低成本造价。推动我国飞轮储能电网应用进程，提升我国企业自主创新能力和国际竞争力。华北电力大学先进储能技术研究中心：秦立军，18519248033贝肯新能源（天津）有限公司：张强，18509229633网址：www.bne-fess.comwww.bc-fess.comEmail:qinlj@bne-fess.comzhangq@bne-fess.com