广东省电力设计研究院储能技术中心楚攀博士基于数驱动技术的储能产业发展趋势和未来预测飞轮储能技术简介飞轮储能在调频辅助服务领域的应用n安全性：热失控问题难以解决，国内外已多次发生起火爆炸事故n寿命方面：大倍率、频繁充放电，寿命衰减很快，寿命可能小于投资回收期n环境适应性：电池寿命受温度影响很大，需要进行严格的温控n退役回收方面：回收处理工艺复杂，成本高，需投入额外资金处理废旧电池n安全性方面：纯物理储能方式，状态透明，安全可靠n寿命方面：飞轮储能在20年寿命期内，不限充放电次数n环境适应性：温度适应范围很宽，节省温控系统的电费n退役回收方面：残值很高，主要是金属，回收处理简单，成本低锂离子电池调频电站飞轮储能调频电站VS飞轮储能基本原理n基本构成飞轮储能本体由高速飞轮和同轴的电机（电动机/发电机）构成，纯物理储能方式n工作原理l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l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n能量计算公式飞轮储能核心模块l飞轮位于真空环境的壳体中，采用五轴主动磁悬浮轴承控制技术，没有物理磨损，能量转换效率高，使用寿命超过20年l飞轮本体转速高达37000转/分钟，高功率密度l连续充放电次数超过百万次，且可实现快充/快放l通过OSHPD抗震认证，设备安全性高飞轮储能系统构成123456飞轮模块：系统核心部件，可实现20年免维护飞轮控制单元：实现飞轮储能系统的监测、控制、通信等功能双向变流器：对飞轮电机变频电压进行转换，满足不同应用场景接入电压的要求真空泵：维持飞轮壳体内的真空度，以减少风阻损失，从而提高飞轮能量效率123456磁力轴承控制单元：实现五轴主动磁悬浮系统的监测与控制功能图形用户界面：提供系统状态监测、系统功能设定等功能飞轮储能产品——VDC系列基本参数最大额定功率450kW最大储能6250kW•秒最高转速37000转/分钟工作温度-10ºC至40ºC湿度90%非凝露输入输入电压(Vdc)400-600输入电流15-50A，可根据应用调整输出输出电压(Vdc)400-520，可根据应用调整电压调节率+/-1%输出纹波小于2%尺寸和重量尺寸（宽×深×高）762mm×762mm×1872mm重量820kgnVDCXXT型飞轮储能产品规格飞轮储能产品——REGEN系列基本参数最大额定功率150kW最大储能2250kW•秒工作温度0ºC至50ºC湿度90%非凝露直流接口直流电压750Vdc/1500Vdc（可根据需要调整）直流电压167Adc@750Vdc电压调节率+/-1%输出纹波小于2%交流接口（可选）交流接口380VAC（可根据需要调整）尺寸和重量尺寸（宽×深×高）760mm×760mm×2260mm重量940kgnREGEN型飞轮储能产品规格飞轮储能产品——SDC系列nSDC系列能量型飞轮储能产品规格产品型号SDC60SDC100SDC200额定功率300kW500kW500kW储能量60kWh100kWh200kWh放电时间15min@240kW15min@400kW30min@400kW设备尺寸1.2m×1.2m×1m1.8m×1.8m×1m1.8m×1.8m×2m设备重量3000kg5000kg10000kg飞轮储能阵列系统n主要技术特点l可满足直流电网和交流电网不同电压规格的接入要求l系统采用模块化的设计理念，组态灵活，兼容性强，扩容方便，满足不同容量、不同功率的飞轮储能需求l采用智能化的飞轮阵列管理系统，集成了数据监测控制子系统和能量管理子系统，实现对飞轮阵列的全方位管控l系统提供对外通信和调度接口，可接受本地和远方的调度指令，进行充放电控制l系统充放电响应速度快，一致性好l每台飞轮储能单元的电量状态（SOC）和转速直接对应，SOC完全透明，可精确控制飞轮阵列内的每一台飞轮储能单元同步充电或放电飞轮储能核心技术五轴主动磁悬浮轴承及控制技术高速飞轮材料及工艺技术高速永磁电动机/发电机技术IGBT电力电子变换技术飞轮储能核心优势l高安全：纯物理储能过程，状态透明，安全可控；通过UL认证/CE认证/OSHPD抗震认证;可验证的1500套现场安全运行经验l长寿命：核心部件长达20年使用寿命，磁悬浮轴承免更换；产品实际运行时间已长达12年l快充放：毫秒级快速充放电能力，功率密度大l宽温域：运行温度范围，无需精密空调环境l低成本：使用寿命长，占地面积小，节省设备更换成本和使用成本，全生命周期成本低l无污染：全生命周期无污染，绿色环保l易回收：退役回收利用率高，处理简单，成本低飞轮储能UPSVS铅酸蓄电池UPSVYCON飞轮系统传统蓄电池系统初期设备采购高低配套成本低高，需要电池架、开关箱、电池连接线等配件成本安装成本低，对使用环境无特殊要求，室温条件下即可使用高，需要专门的电池间放置，电池间需要防爆灯，烟感，气灭，电池监测，防爆风机的设备投入使用寿命20年5-6年运行成本低，无需空调降温高，为保障蓄电池性能稳定需要精密空调控制温度，制冷费用高。需要配套电池监控系统运维工作量小，年度巡检，巡检工作量小大，每季度需要安排巡检，巡检工作量大占地面积小，占地面积是蓄电池的1/3大环保绿色环保，全生命周期无环境污染问题铅酸电池的生产、使用、回收过程均可能产生环境污染问题安全性安全性高低，存在火灾、爆炸等安全隐患可靠性可通过监控系统及人机交互界面实时监控系统运行状态由蓄电池引起的问题占UPS故障的30%某银行电池火灾导致损失2亿人民币每月每季半年每年/首次系统浮充电压XXXX充电电流XXXX温度、散热、柜体和蓄电池XXXX蓄电池、电池架和清洁检查XXXX单体电压XX单体内阻（连接电阻、离子电导性和极板表面电解质）XXX负极端子温度XX放电期间单体连接电阻XX端子连接X充电器的直流纹波X深度放电X飞轮储能UPS——应用领域16423数据中心医院赌场/机场工业企业/电子厂房应急移动电源车5广电系统飞轮储能UPS——应急电源车解决方案n主要特点l采用免蓄电池的完全磁悬浮飞轮储能UPS，技术先进，安全可靠，显著提高供电可靠性l飞轮储能装置的体积小，大大减小了车内的占地面积，节省投资l飞轮储能装置具有长达20年使用寿命，不限充放电次数l飞轮储能装置的环境适应性强，无需精密空调来控制车内环境温度l飞轮储能装置经美国OSHPD抗震认证，满足各种路况的运输条件l现场运行使用操作简单，方便在各种应用场合快捷部署飞轮储能在地铁再生制动能量回收领域的应用l地铁列车多采用交流变频调压（VVVF）调速系统，在制动时列车使用制动电阻来消耗列车减速或制动时的再生能量。采用这种方法，列车制动能量以热能形式白白浪费掉，电力消耗巨大不容忽视。同时会产生大量废热，使地铁隧道和车站内的温度升高，增加地铁通风成本l采用飞轮储能系统进行再生制动能量回收利用，可以节能，节省总运营成本的3%飞轮储能在地铁再生制动能量回收领域的应用DC开关设备地铁公用设施电力480VAC，3ФFWU1DCACDCACDCACDCACFWU2FWU3FWU4显示显示显示显示VYCONRR500WESS实时控制器整流器01整流器02状态和控制I线V线I线V线轨道DC总线FWM2FWM1FWM3FWM4开始CMD启动就绪充电中完全充满电放电就绪Modbus飞轮储能在地铁再生制动能量回收领域的应用n主要优势l降低地铁运营成本通过储存再生制动的电能可节省15%左右的牵引电力，达到节能的目的l对交流电网无冲击直流系统内部实现能量回收利用，对交流电网无冲击l改善直流供电系统质量在低电位时提供电压支持，控制和降低因大范围负载波动而引起的供电母线的电压变化l减少隧道内的热量，降低环控成本减少由制动电阻产生的废热，降低环控系统负担。l可根据实际运行数据优化模块化设计，便于系统扩容。可动态调整系统阈值，根据不同运营条件对系统进行优化。飞轮储能在地铁再生制动能量回收领域的应用n美国洛杉矶地铁实施案例l地铁线路:在美国红线(RedLine)地铁系统的牵引变电站l飞轮储能配置：2MW/8.2千瓦时REGEN®系列产品l自2014以来，每天在洛杉矶地铁运行的REGEN®系统可节约平均1.6-1.8兆瓦（14%-15%）能量l系统具有以下特点：ü降低峰值功率需求ü超过20年的使用寿命ü没有储能容量衰减ü无需温度调节ü没有化学泄露产品的健康风险ü在需求变化时容易增加或减少模块ü实时监控，状态透明飞轮储能在二次调频辅助服务领域的应用p“飞轮储能+电化学”联合调频控制过程l电网调度中心发送AGC指令给到电厂远动装置RTUlRTU转发AGC指令至电厂DCS和储能主控单元l储能主控单元根据AGC指令和机组运行状态信息，和机组协同出力l储能出力和火电机组出力的叠加结果，作为计算Kp指标的依据飞轮储能在一次调频辅助服务领域的应用未来储能技术的可能发展趋势（1）飞轮+电化学（2）飞轮+电化学+小型压缩空气储能系统（3）飞轮+小型压缩空气储能系统