王智勇-飞轮储能技术在新能源一次调频上的应用

Part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。飞 轮 储 能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。磁悬浮储能飞轮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公式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真空腔1234航天级合金钢飞轮转子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。飞轮使用寿命的计算方式Ø 萌生寿命：假定材料没有缺陷，从产生裂纹到发展至破坏性裂纹所经历的应力循环次数。一般采用实验获得的SN曲线计算。Ø 残余寿命：指假定在材料中存在一定尺寸缺陷（如气泡、裂纹）的情况下，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确定飞轮使用寿命、确保安全运行的核心。Ø 通过无损检测确定飞轮转子内部的裂纹/气泡/沙眼等缺陷的位置及大小，以最小检测精度为基准计算飞轮使用寿命。Ø 无损检测需考虑方法/设备、飞轮材质、飞轮的尺寸大小。飞轮安全性的基础 -飞轮转子无损检测微控AAA级C法无损探伤超音波（UT）标准检测设备飞轮安全性的其它保障条件l技术成熟性l飞轮轴承体系设计l飞轮转子跌落试验l飞轮运行状态在线监测l飞轮的被动防护/碎片遏制l飞轮设备的加工生产/测试环境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无衰减易部署高安全大功率无污染长寿命核心优势物理储能过程，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长寿命转速即能量，全生命期储能量不衰减且可精确度量无衰减模块化、标准化设计，运输和施工方便，容易选址，建设周期短易部署更高的功率密度，超过200C的充放电倍率大功率PartØ 在中央财经委第九次会议上，习近平总书记强调构建以新能源为主体的新型电力系统。Ø 新型电力系统面临的两个主要问题：新能源消纳受限以及安全稳定运行风险增大。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。Ø 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。Ø 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。Ø 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。Ø 《并网电源一次调频技术规定及试验导则》 GBT 40595-2021 已发布，2022年5月1日正式实施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。风电机组 Vs 同步发电机组Ø 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。Ø 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某2.0MW双馈风电机组转子动能控制调频能力100MW风电场采用预留备用模式的运行经济性分析数据来...