2023飛輪儲能技術(shù)在新能源一次調(diào)頻上的應(yīng)用

PartPart飛輪儲能是一種物理儲能方式，利用旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時所具有的動能來存儲和釋放電能。磁懸浮儲能飛輪采用磁懸浮軸承技術(shù)，飛輪運(yùn)行時旋轉(zhuǎn)體處于狀態(tài)，具備無磨損、功耗低、壽命長等優(yōu)勢。飛輪儲能公式高速飛輪擁有更高的能量/功率密度。高轉(zhuǎn)速低損耗是飛輪技術(shù)的發(fā)展方向 飛輪儲能是一種物理儲能方式，利用旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時所具有的動能來存儲和釋放電能。磁懸浮儲能飛輪采用磁懸浮軸承技術(shù)，飛輪運(yùn)行時旋轉(zhuǎn)體處于狀態(tài)，具備無磨損、功耗低、壽命長等優(yōu)勢。飛輪儲能公式高速飛輪擁有更高的能量/功率密度。高轉(zhuǎn)速低損耗是飛輪技術(shù)的發(fā)展方向參數(shù)名最大功率最大存儲能量飛輪最高轉(zhuǎn)速部署方式占地面積重量參數(shù)值450kW6.25MJ(1.74kWh)36750轉(zhuǎn)/分鐘單柜體式0.6m2821kg 2真空腔2真空腔314五自由度主動磁懸浮上軸承 高速永磁同步電機(jī)五自由度主動磁懸浮下軸承航天級合金鋼飛輪轉(zhuǎn)子 飛輪使用壽命的計算方式由于飛輪一直處于高速-低速變化的充放電循環(huán)之中，應(yīng)力波動幅度大，在材料中會產(chǎn)生撕裂效應(yīng)，從而產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到極值時，會使得飛輪產(chǎn)生破壞性損壞。損壞前飛輪充放電循環(huán)的次數(shù)，就是飛輪的疲勞壽命。萌生壽命應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一般采用實(shí)驗獲得的SN曲線計算。殘余壽命：指假定在材料中存在一定尺寸缺陷（如氣泡、裂紋）基于給定的應(yīng)力循環(huán)幅值和最大應(yīng)力，初始缺陷增長到極值時，所需的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一般通過Foreman關(guān)系式求解。百萬次循環(huán)壽命不是飛輪設(shè)備的默認(rèn)指標(biāo)。萌生壽命計算會為飛輪的安全運(yùn)行埋下巨大隱患。以何種缺陷尺寸作為殘余壽命的計算參數(shù)是 飛輪安全性的基礎(chǔ)-飛輪安全性的基礎(chǔ)-飛輪轉(zhuǎn)子無損檢測通過無損檢測確定飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部的裂紋/氣泡/以最小檢測精度為基準(zhǔn)計算飛輪使用壽命。無損檢測需考慮方法/設(shè)備、飛輪材質(zhì)、飛輪的尺寸大小。微控AAA級C法無損探傷超音波飛輪安全性的其它保障條件技術(shù)成熟性飛輪安全性的其它保障條件技術(shù)成熟性飛輪軸承體系設(shè)計飛輪轉(zhuǎn)子跌落試驗飛輪運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測飛輪設(shè)備的加工生產(chǎn)/測試環(huán)境飛輪的被動防護(hù)/碎片遏制 高速磁懸浮儲能飛輪是以精密制造為基礎(chǔ)的、多學(xué)科融合的機(jī)電一體化設(shè)備 飛輪轉(zhuǎn)子金屬熱處理中心 微米級精密加工中心 飛輪高速電機(jī)加工中心飛輪老化試驗環(huán)境 飛輪集成測試中心高安全長壽命無衰減核心優(yōu)勢大功率無污染易部署大功率更高的功率密度，超過200C的充放電倍率高安全物理儲能過程，無化學(xué)反應(yīng)，全方位參數(shù)監(jiān)測，狀態(tài)透明，安全可控高安全長壽命無衰減核心優(yōu)勢大功率無污染易部署大功率更高的功率密度，超過200C的充放電倍率高安全物理儲能過程，無化學(xué)反應(yīng)，全方位參數(shù)監(jiān)測，狀態(tài)透明，安全可控長壽命無機(jī)械摩擦，核心部件長達(dá)長壽命無機(jī)械摩擦，核心部件長達(dá)20年使用壽命，>100萬次循環(huán)充放電壽命無衰減轉(zhuǎn)速即能量，全生命期儲能量不衰減且可精確度量無污染綠色無污染，飛輪采用合金鋼材料，退役后可全部回收利用，處理成本低無污染綠色無污染，飛輪采用合金鋼材料，退役后可全部回收利用，處理成本低易部署模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，運(yùn)輸和施工方便，容易選址，建設(shè)周期短PartPart 大。安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險主要表現(xiàn)在電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力及抗干擾能力不斷下降。十四五末期在新能源占比21%工況下，若新能源不具備調(diào)頻能力可能導(dǎo)致低頻減載動作，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。2020年7月，國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》GB/38755-2019開始實(shí)施后。各地能監(jiān)局均已發(fā)文明確要求新并網(wǎng)新能源場站需具備一次調(diào)頻能力。2021年12月21日，國家能源局發(fā)布《并網(wǎng)主體并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》、《電力系統(tǒng)輔助服務(wù)管理辦法》。兩個文件中明確將一次調(diào)頻、轉(zhuǎn)動慣量單獨(dú)列出，通過義務(wù)提供、固定補(bǔ)償、市場化方式等補(bǔ)償機(jī)制，成為新能源場站并網(wǎng)義務(wù)項或收益項。40595-2021已發(fā)布，2022年5月1日正式實(shí)施風(fēng)電機(jī)組自身調(diào)頻能力風(fēng)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制可提供一定的調(diào)頻能力，但其能力運(yùn)行狀態(tài)直接相關(guān)，易造成系統(tǒng)頻率的二次波動。風(fēng)電機(jī)組槳距角控制通過降低風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能捕獲效率，使機(jī)組工作在減載運(yùn)行狀態(tài)，以預(yù)留為應(yīng)對系統(tǒng)頻率波動而提供短期功率支持的備用容量，減載運(yùn)行會使風(fēng)電場站經(jīng)濟(jì)效益受到較大影響。 風(fēng)電機(jī)組自身調(diào)頻能力風(fēng)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制可提供一定的調(diào)頻能力，但其能力運(yùn)行狀態(tài)直接相關(guān)，易造成系統(tǒng)頻率的二次波動。風(fēng)電機(jī)組槳距角控制通過降低風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能捕獲效率，使機(jī)組工作在減載運(yùn)行狀態(tài)，以預(yù)留為應(yīng)對系統(tǒng)頻率波動而提供短期功率支持的備用容量，減載運(yùn)行會使風(fēng)電場站經(jīng)濟(jì)效益受到較大影響。同步發(fā)電機(jī)組大型風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦，不具備同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量等頻率響應(yīng)能力。某2.0MW雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動能控制調(diào)頻能力數(shù)據(jù)來源：中國電力科學(xué)研究院新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室100MW風(fēng)電場采用預(yù)留備用模式的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù)來源：國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院 充放電頻次高根據(jù)冀北電科院對華北電網(wǎng)的分析，以某35母線為例，2018年9月10日15∶00到9月11日15∶00該地區(qū)電網(wǎng)正常運(yùn)行工況下頻率波動范圍在±0.04Hz，其中越上限次，越下限次。響應(yīng)速度快 持續(xù)時間短響應(yīng)不超過。

導(dǎo)則》（40595-2021）要求單次調(diào)頻保持20秒。安全性高、可靠性強(qiáng) 使用壽命長滿足部署地區(qū)季節(jié)溫差大的需求，儲能系統(tǒng)安全可靠。

使用壽命與新能源場站運(yùn)營周期匹配，避免重復(fù)性投資。

風(fēng)電場參與電網(wǎng)一次調(diào)頻最優(yōu)方案選擇與風(fēng)儲協(xié)調(diào)控制策略研究-國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院 項目名稱：風(fēng)電場混合儲能一次調(diào)頻示范項目部署地點(diǎn)：國家能源集團(tuán)山西龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場 項目名稱：風(fēng)電場混合儲能一次調(diào)頻示范項目部署地點(diǎn)：國家能源集團(tuán)山西龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場 項目名稱：風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)示范項目部署地點(diǎn)：遼寧大唐國際阜新風(fēng)電有限責(zé)任公司阜新查臺風(fēng)電場 項目名稱：風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)示范項目部署地點(diǎn)：遼寧大唐國際阜新風(fēng)電有限責(zé)任公司阜新查臺風(fēng)電場 項目名稱：三峽集團(tuán)烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲一體化”關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用項目部署地點(diǎn)：內(nèi)蒙古烏蘭察布市“源網(wǎng)荷儲一體化”試驗