2023飞轮储能技术在新能源一次调频上的应用

PartPart飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转时所具有的动能来存储和释放电能。磁悬浮储能飞轮采用磁悬浮轴承技术，飞轮运行时旋转体处于状态，具备无磨损、功耗低、寿命长等优势。飞轮储能公式高速飞轮拥有更高的能量/功率密度。高转速低损耗是飞轮技术的发展方向 飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转时所具有的动能来存储和释放电能。磁悬浮储能飞轮采用磁悬浮轴承技术，飞轮运行时旋转体处于状态，具备无磨损、功耗低、寿命长等优势。飞轮储能公式高速飞轮拥有更高的能量/功率密度。高转速低损耗是飞轮技术的发展方向参数名最大功率最大存储能量飞轮最高转速部署方式占地面积重量参数值450kW6.25MJ(1.74kWh)36750转/分钟单柜体式0.6m2821kg 2真空腔2真空腔314五自由度主动磁悬浮上轴承 高速永磁同步电机五自由度主动磁悬浮下轴承航天级合金钢飞轮转子 飞轮使用寿命的计算方式由于飞轮一直处于高速-低速变化的充放电循环之中，应力波动幅度大，在材料中会产生撕裂效应，从而产生裂纹扩展。当裂纹扩展到极值时，会使得飞轮产生破坏性损坏。损坏前飞轮充放电循环的次数，就是飞轮的疲劳寿命。萌生寿命应力循环次数。一般采用实验获得的SN曲线计算。残余寿命：指假定在材料中存在一定尺寸缺陷（如气泡、裂纹）基于给定的应力循环幅值和最大应力，初始缺陷增长到极值时，所需的应力循环次数。一般通过Foreman关系式求解。百万次循环寿命不是飞轮设备的默认指标。萌生寿命计算会为飞轮的安全运行埋下巨大隐患。以何种缺陷尺寸作为残余寿命的计算参数是 飞轮安全性的基础-飞轮安全性的基础-飞轮转子无损检测通过无损检测确定飞轮转子内部的裂纹/气泡/以最小检测精度为基准计算飞轮使用寿命。无损检测需考虑方法/设备、飞轮材质、飞轮的尺寸大小。微控AAA级C法无损探伤超音波飞轮安全性的其它保障条件技术成熟性飞轮安全性的其它保障条件技术成熟性飞轮轴承体系设计飞轮转子跌落试验飞轮运行状态在线监测飞轮设备的加工生产/测试环境飞轮的被动防护/碎片遏制 高速磁悬浮储能飞轮是以精密制造为基础的、多学科融合的机电一体化设备 飞轮转子金属热处理中心 微米级精密加工中心 飞轮高速电机加工中心飞轮老化试验环境 飞轮集成测试中心高安全长寿命无衰减核心优势大功率无污染易部署大功率更高的功率密度，超过200C的充放电倍率高安全物理储能过程，无化学反应，全方位参数监测，状态透明，安全可控高安全长寿命无衰减核心优势大功率无污染易部署大功率更高的功率密度，超过200C的充放电倍率高安全物理储能过程，无化学反应，全方位参数监测，状态透明，安全可控长寿命无机械摩擦，核心部件长达长寿命无机械摩擦，核心部件长达20年使用寿命，>100万次循环充放电寿命无衰减转速即能量，全生命期储能量不衰减且可精确度量无污染绿色无污染，飞轮采用合金钢材料，退役后可全部回收利用，处理成本低无污染绿色无污染，飞轮采用合金钢材料，退役后可全部回收利用，处理成本低易部署模块化、标准化设计，运输和施工方便，容易选址，建设周期短PartPart 大。安全稳定运行风险主要表现在电网调节能力及抗干扰能力不断下降。十四五末期在新能源占比21%工况下，若新能源不具备调频能力可能导致低频减载动作，严重威胁电网安全稳定运行。2020年7月，国家强制标准《电力系统安全稳定导则》GB/38755-2019开始实施后。各地能监局均已发文明确要求新并网新能源场站需具备一次调频能力。2021年12月21日，国家能源局发布《并网主体并网运行管理规定》、《电力系统辅助服务管理办法》。两个文件中明确将一次调频、转动惯量单独列出，通过义务提供、固定补偿、市场化方式等补偿机制，成为新能源场站并网义务项或收益项。40595-2021已发布，2022年5月1日正式实施风电机组自身调频能力风电机组通过转子转速控制可提供一定的调频能力，但其能力运行状态直接相关，易造成系统频率的二次波动。风电机组桨距角控制通过降低风力机的风能捕获效率，使机组工作在减载运行状态，以预留为应对系统频率波动而提供短期功率支持的备用容量，减载运行会使风电场站经济效益受到较大影响。 风电机组自身调频能力风电机组通过转子转速控制可提供一定的调频能力，但其能力运行状态直接相关，易造成系统频率的二次波动。风电机组桨距角控制通过降低风力机的风能捕获效率，使机组工作在减载运行状态，以预留为应对系统频率波动而提供短期功率支持的备用容量，减载运行会使风电场站经济效益受到较大影响。同步发电机组大型风电机组转子转速与电网频率解耦，不具备同步发电机组转动惯量等频率响应能力。某2.0MW双馈风电机组转子动能控制调频能力数据来源：中国电力科学研究院新能源与储能运行控制国家重点实验室100MW风电场采用预留备用模式的运行经济性分析数据来源：国网冀北电力有限公司电力科学研究院 充放电频次高根据冀北电科院对华北电网的分析，以某35母线为例，2018年9月10日15∶00到9月11日15∶00该地区电网正常运行工况下频率波动范围在±0.04Hz，其中越上限次，越下限次。响应速度快 持续时间短响应不超过。

导则》（40595-2021）要求单次调频保持20秒。安全性高、可靠性强 使用寿命长满足部署地区季节温差大的需求，储能系统安全可靠。

使用寿命与新能源场站运营周期匹配，避免重复性投资。

风电场参与电网一次调频最优方案选择与风储协调控制策略研究-国网冀北电力有限公司电力科学研究院 项目名称：风电场混合储能一次调频示范项目部署地点：国家能源集团山西龙源风力发电有限公司右玉老千山风电场 项目名称：风电场混合储能一次调频示范项目部署地点：国家能源集团山西龙源风力发电有限公司右玉老千山风电场 项目名称：风机一次调频及虚拟惯量响应示范项目部署地点：辽宁大唐国际阜新风电有限责任公司阜新查台风电场 项目名称：风机一次调频及虚拟惯量响应示范项目部署地点：辽宁大唐国际阜新风电有限责任公司阜新查台风电场 项目名称：三峡集团乌兰察布“源网荷储一体化”关键技术研究与示范应用项目部署地点：内蒙古乌兰察布市“源网荷储一体化”试验