電力級磁懸浮儲能飛輪技術(shù)及規(guī)?；瘧?yīng)用分析報告-培訓(xùn)課件

全球能源轉(zhuǎn)型-構(gòu)建新型電力系統(tǒng)電力級磁懸浮儲能飛輪技術(shù)202

年1

月

日航天技術(shù)

及技術(shù)衍生和各個階段的發(fā)展國家電網(wǎng)內(nèi)蒙古研發(fā)高速磁懸浮

3kWh秒級電動機UPS飛輪50kWh250kW125kWh630kW寧夏靈武全球首套飛輪耦合火電機組系統(tǒng)100kg級磁懸浮轉(zhuǎn)子，1-3kWh儲電的起步階段航天衛(wèi)星領(lǐng)域；衛(wèi)星新型姿控儲能兩用飛輪3噸級本質(zhì)安全磁懸浮轉(zhuǎn)子10噸級本質(zhì)安全磁懸浮轉(zhuǎn)子世界首次突破100kWh4MW飛輪研制成功（全球最大功率）全球最大電力級規(guī)模集群應(yīng)用199

-2007200

-2014

201

2017

2018-2019

2020-20212021.52023.8華馳動能創(chuàng)立于2019年11月，研發(fā)新型儲能技術(shù)電力級儲能飛輪，解決電力新能源系統(tǒng)“不穩(wěn)定”卡核心技術(shù)發(fā)明專利70余項，軟件著作權(quán)8項。磁懸浮儲能飛輪產(chǎn)品：125kWh/630kW、7.5kWh/630kW、2.2kWh/500kW和2.2kWh/30kW，1000kWh/4MW，單體儲電量達到國際領(lǐng)先水平。應(yīng)用領(lǐng)域：電力能源領(lǐng)域，新能源，火電儲能一次和二次輔助調(diào)頻，機組靈活性，新能源場站一次調(diào)頻、兩小時級調(diào)峰儲能。2全球能源革命的大背景-新型能源系統(tǒng)的推進國家技術(shù)發(fā)明一等獎

軍工核心技術(shù)升級轉(zhuǎn)化突破了低功耗混合磁懸浮軸承及其控制技術(shù)和高速高效電機及其高精度控制技術(shù)，研制成功國內(nèi)首臺磁懸浮姿控儲能兩用飛輪；實現(xiàn)大功率大電量磁懸浮電力級飛輪儲能裝備工業(yè)化。突破關(guān)鍵技術(shù)升級磁懸浮支承技術(shù)低功耗磁懸浮軸承系統(tǒng)本質(zhì)穩(wěn)定控制大功率低溫升高速高效電機高速高效驅(qū)動技術(shù)42000rpm高精度長壽命11噸重型轉(zhuǎn)子大功率電力級飛輪：單體：大功率重型轉(zhuǎn)子：500KW/125kwh/15分鐘及單體4MW和1000kWh飛輪高轉(zhuǎn)速、低功耗航天系統(tǒng)大電量第三代全磁懸浮-電力級-儲能飛輪

磁懸浮儲能飛輪結(jié)構(gòu)、組成和工作原理?

儲能飛輪?

磁懸浮軸承控制系統(tǒng)徑向磁軸承?

充放電變流器系統(tǒng)?

飛輪監(jiān)測運行控制系統(tǒng)?

真空維持系統(tǒng)發(fā)電/電動機?

冷卻系統(tǒng)儲能飛輪密充放電變流器系統(tǒng)真空維持系統(tǒng)飛輪轉(zhuǎn)子輔助電源系統(tǒng)?封殼體(儲存動能)軸向磁軸承備用軸承磁懸浮軸承控制系統(tǒng)飛輪監(jiān)測運行控制系統(tǒng)充電：轉(zhuǎn)子加速，電能轉(zhuǎn)動能儲存；放電：轉(zhuǎn)子降速，動能轉(zhuǎn)電能供給負荷；電能—動能—電能高效率機電能量轉(zhuǎn)換。發(fā)展：機械軸承技術(shù)→

機械結(jié)合磁懸浮的混合軸承技術(shù)

→

全磁懸浮技術(shù)8磁懸浮儲能飛輪關(guān)鍵技術(shù)?

重型轉(zhuǎn)子及磁懸浮及本質(zhì)穩(wěn)定控制技術(shù)?

40kW/40kWh飛輪轉(zhuǎn)子

重2.6噸?

200kW/50kWh飛輪轉(zhuǎn)子

重3.3噸?

500kW/125kWh飛輪轉(zhuǎn)子

重11噸?

500kW/1000KWh/2小時

轉(zhuǎn)子75噸?

4MW/1000kWh/15分鐘

轉(zhuǎn)子75噸?

低溫升大功率低耗電機及控制技術(shù)?

采用電勵磁同步磁阻電機；本質(zhì)穩(wěn)定軸向磁懸浮軸承徑向磁懸浮軸承充放電控制系統(tǒng)軸向最大懸浮力40000N電勵磁同步磁阻電機?

充電：動態(tài)解耦矢量控制?

放電：直接功率控制/PWM整流控制?

系統(tǒng)集成技術(shù)?

飛輪本體/電機充放電控制/磁軸承控制/主控/陣列控制40kVA/40kWh200kVA/50kWh飛輪電池控制系統(tǒng)飛輪電池9技術(shù)特性—飛輪電池VS鋰電池戰(zhàn)略定位-國家能源轉(zhuǎn)型重大裝備需求11戰(zhàn)略定位-國家能源轉(zhuǎn)型重大裝備需求12華北電力大學(xué)先進儲能與控制聯(lián)合實驗室新能源國家重點實驗室13生產(chǎn)制造全流程閉環(huán)

---

安徽銅陵制造基地/沈陽制造基地

制造與測試基地——安徽華馳動能科技有限公司（安徽銅陵）2020年啟動的制造基地：組裝、試驗和測試基地、生產(chǎn)基地14完成的產(chǎn)品——航天衛(wèi)星姿控動量輪?

2015年9月20日上午7時01分，中國長征六號新型運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心。?

中國首個儲能動量飛輪航天天運行；?

打破了國內(nèi)空白，國際封鎖；?

戰(zhàn)略衛(wèi)星壽命提高5倍，對地拍攝精度提高一個數(shù)量級?

3個動量輪型號產(chǎn)品，已在軌運行4年2020年8月23日：航天東方紅衛(wèi)星公司研制的高分九號05衛(wèi)星于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，衛(wèi)星進入預(yù)定軌道。搭載華馳公司研制的航天動飛輪量4顆。高分辨率對地觀測衛(wèi)星2020.8.23

高分九號05衛(wèi)星15完成的產(chǎn)品——國防儲能飛輪2018年額定功率：40kVA儲

電

量：40kWh額定功率持續(xù)放電時間：60分鐘額定功率：200kVA儲

電

量：50kWh額定功率持續(xù)放電時間：15分鐘2018年底應(yīng)用于某國防工程15分鐘級飛輪UPS系統(tǒng)16主營業(yè)務(wù)：新型電力儲能產(chǎn)品全球唯一一家：秒級-分鐘級-小時級飛輪

三級跨度產(chǎn)品

秒級儲能飛輪額定儲電量：2kWh額定儲能量：7.2MJ額定功率：500kW峰值功率：630kW轉(zhuǎn)子支承：全磁懸浮設(shè)計壽命：20年體

積：直徑0.7米、高0.7米重

量：1.2噸應(yīng)用領(lǐng)域：飛輪UPS額定儲電量：7.5kWh額定儲能量：27MJ額定功率：500kW額定儲電量：9kWh額定儲能量：32.4MJ額定功率：300kW、600kW轉(zhuǎn)子支承：全磁懸浮設(shè)計壽命：20年峰值功率：630kW轉(zhuǎn)子支承：全磁懸浮設(shè)計壽命：20年體

積：直徑1.05米、高0.73米重

量：2.5噸應(yīng)用領(lǐng)域：一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)體

積：直徑0.8米、高1.4米重

量：3.3噸應(yīng)用領(lǐng)域：一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)17主營業(yè)務(wù)：新型電力儲能產(chǎn)品

分鐘級儲能飛輪—電力調(diào)頻飛輪產(chǎn)品額定儲電量：50kWh額定儲能量：180MJ額

定

功

率：600kW轉(zhuǎn)

子

支

承：全磁懸浮設(shè)

計

壽

命：20年體

積：直徑1.3米、高1.8米重

量：9.4噸額定儲電量：125kWh額定儲能量：450MJ額

定

功

率：630kW轉(zhuǎn)

子

支

承：全磁懸浮設(shè)

計

壽

命：20年體

積：直徑1.9米、高1.9米重

量：18噸額定儲電量：139kWh額定儲能量：500MJ額定功率：1200kW轉(zhuǎn)子支承：全磁懸浮設(shè)計壽命：20年體

積：直徑1.9米、高3.1米重

量：22.2噸應(yīng)用領(lǐng)域：調(diào)頻額定儲電量：139kWh額定儲能量：450MJ額定功率：4000kW轉(zhuǎn)子支承：全磁懸浮設(shè)計壽命：20年體

積：直徑1.9米、高3.8米重

量：32噸應(yīng)用領(lǐng)域：調(diào)頻應(yīng)用領(lǐng)域：調(diào)頻應(yīng)用領(lǐng)域：調(diào)頻18主營業(yè)務(wù)：新型電力儲能產(chǎn)品

小時級儲能飛輪

500KW/

2小時—電力頂峰支撐飛輪

-2小時全球最大參數(shù)額定儲電量：1000kWh額定儲能量：3600MJ額定功率：500kW轉(zhuǎn)子支承：五自由度全磁懸浮軸承設(shè)計壽命：20年體重積：直徑3.2米、高5米量：125噸應(yīng)用領(lǐng)域：二次調(diào)頻、調(diào)峰頂峰儲能19主營業(yè)務(wù)：電力級-大型特大型儲能飛輪“哪吒飛輪”

4MW/15分鐘飛輪--單體1000kWh電力調(diào)峰儲能飛輪產(chǎn)品全球最大參數(shù)哪吒B型號：額定功率：4000kW

連續(xù)輸出15分鐘額定儲電量：1000kWh額定儲能量：3600MJ額

定

功

率：4000kW轉(zhuǎn)

子

支

承：五自由度全磁懸浮軸承設(shè)

計

壽

命：20年體重積：直徑3.2米、高3.4米量：128噸應(yīng)用領(lǐng)域：二次調(diào)頻、調(diào)峰儲能20應(yīng)用場景-高精度快速調(diào)頻?

新能源場站一次調(diào)頻：配儲6~10%?

火電、核電一、二次調(diào)頻：配儲3%、7.5~15分鐘?

火電靈活性升級：十四五兩億千瓦改造，配儲10~20%，半小時或更長?

獨立儲能調(diào)頻：一次調(diào)頻1~3分鐘、二次調(diào)頻15分鐘?

混合儲能調(diào)頻：一次調(diào)頻1~3分鐘、二次調(diào)頻15分鐘21單體630KW/125KWh磁懸浮飛輪儲能電池?

國家能源寧夏靈武60萬火電機組調(diào)頻項目應(yīng)用2021年11月啟動?

安徽銅陵制造工廠現(xiàn)場測試?

山西華電朔州火30萬機組電調(diào)頻2022年7月啟動22工信部科技成果23飛輪儲能技術(shù)優(yōu)勢與調(diào)頻需求的匹配關(guān)系調(diào)頻應(yīng)用的需求特征：磁懸浮飛輪儲能特性：?

充放電次數(shù)極高1000萬次?

毫秒級響應(yīng)?

充放電次數(shù)非常密集，500-1000次/天?

響應(yīng)速度越快越好?

電能調(diào)度精準?

電能精準?

放電倍率高?

快速功率變化能力?

提供系統(tǒng)慣量（重要的系統(tǒng)穩(wěn)定性）?

占地面積小?

充放電能量要求小?

高低溫適應(yīng)24全球儲能飛輪

秒級→電力級（分鐘到小時級別）的跨越小時級指標美國Amber中國華馳動能秒級飛輪：全球絕大部分的飛輪都是秒級的，額定放電

60秒內(nèi)，主要是UPS全球廣泛應(yīng)用。儲電量kWh321000分鐘級電池：（屬于電力級儲能電池）額定功率放電15分鐘，全球只有美國BEACON、加拿大Temporal等少數(shù)幾家公司。功率8500-4000分鐘級kW華馳動能在單體參數(shù)上位居全球第一?？蛇M行火電調(diào)頻的全覆蓋能力，風(fēng)光電的一次調(diào)頻精準長久運行。加拿大美國指標

Beacon中國華馳動能法國Tem

LiveSysporal小時級飛輪：哪吒飛輪2小時Power儲電量kWh秒

級25501040125500功率100250德國kW美國VYCON中國

中國

中國盾石

泓慧

華馳磁能

能源

動能PillerActivePower指標儲電量kWh0.833001.212501.537.5單體儲電量全球第一功率kW33525050019全球類型與國內(nèi)外重大區(qū)別：研發(fā)15分鐘-120分鐘的磁懸浮電池技術(shù)，對應(yīng)1000倍數(shù)以上的能源市場，該領(lǐng)域獨具優(yōu)勢；區(qū)別于95%的其他飛輪技術(shù)?秒級飛輪應(yīng)用：飛輪UPS、脈沖能量緩沖器?分鐘級飛輪應(yīng)用：火電調(diào)頻、風(fēng)電調(diào)頻、電網(wǎng)調(diào)頻、尖峰保障響應(yīng)、UPS飛輪電池?小時級飛輪應(yīng)用：新能源發(fā)電調(diào)整、新能源優(yōu)化并網(wǎng)、電網(wǎng)靈活性26技術(shù)指標—單體飛輪630kW/125kWh?

大功率?

大電量?

15分鐘級別?

全球關(guān)鍵參數(shù)最大540027飛輪充放電曲線-恒功率段28低系統(tǒng)慣量趨勢29新型電力系統(tǒng)中，三大關(guān)鍵問題30電力系統(tǒng)穩(wěn)定性31飛輪儲能-火電機組聯(lián)合調(diào)頻32某600MW燃煤機組一次調(diào)頻動作圖中藍線為機組實時出力（AGC出力與一次調(diào)頻

動作量疊加）綠線為機組一次調(diào)頻動作曲線。一天

3000次以上，5秒以上的300多次33應(yīng)用領(lǐng)域-電力電網(wǎng)調(diào)頻（1）

核心領(lǐng)域飛輪儲能電網(wǎng)調(diào)頻技術(shù)優(yōu)勢及其明顯電網(wǎng)應(yīng)用調(diào)頻，必須具備以下基本特征（區(qū)別調(diào)峰）?

安全性好：沒有燃燒和爆炸的風(fēng)險?壽命長：20年?

充放電次數(shù)足夠：電網(wǎng)調(diào)頻需求500-2000次/天?

可控調(diào)用性：精確調(diào)度；?

快速放電、快速充電?

響應(yīng)快，毫秒級調(diào)峰：大能量跨時間搬移

（上圖）?

寬溫域：運行溫度范圍寬，無需空氣調(diào)節(jié)；●

成本低：全生命周期運行成本低?！?/p>

單次充放電成本是鋰電的1/250調(diào)頻：安全性必要必備要求調(diào)峰：經(jīng)濟性允許下的要求火電機組的調(diào)頻儲能調(diào)頻要求：快速、精確、充放電頻率極高、單次充放電能量小34火電機組調(diào)頻控制體系35具體：火電機組AGC/一次調(diào)頻輔助調(diào)頻—系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖36飛輪儲能群組多模態(tài)優(yōu)化控制

實現(xiàn)100MW級別集群面向調(diào)頻的大容量飛輪儲能群組優(yōu)化控制技術(shù)群組結(jié)構(gòu)關(guān)鍵問題：分析不同陣列拓撲下的飛輪儲能群組的運行特性，優(yōu)化飛輪儲能陣列控制系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)飛輪儲能群組的多模態(tài)自治控制。37國外：獨立儲能飛輪調(diào)頻電站國外案例：電網(wǎng)側(cè)獨立儲能飛輪調(diào)頻電站38美國BeaconPower位于紐約和賓夕法尼亞的兩個20MW飛輪儲能調(diào)頻電站案例一：國能寧夏靈武發(fā)電廠22.68MW飛輪儲能調(diào)頻項目儲能規(guī)模：22.68MW飛輪儲能系統(tǒng)單體指標：630kW/125kWh/15分鐘級階段：2021年9月份啟動；??全球最大規(guī)模飛輪儲能項目22MW一次調(diào)頻、AGC調(diào)頻?

36臺飛輪集成群組并聯(lián)耦合火電機組???全球第一個飛輪儲能在火電機組的耦合調(diào)頻應(yīng)用全球單體儲電能力參數(shù)630kW

/125kWh/15分鐘最高飛輪華馳動能總包方；

西北電力設(shè)計院設(shè)計寧夏靈武電廠飛輪儲能現(xiàn)場施工

2022年3月2022年11月第一臺飛輪運行2023年3月

36套

22MW飛輪全部運行國家能源集團

寧夏靈武火電機組飛輪儲能調(diào)頻效果一次調(diào)頻：

5秒以上的指令,

200-300次/天收益：一次調(diào)頻積分電量，按照15元/kwh補償，月收益300萬/月國家能源集團寧夏靈武發(fā)電廠中國電力科學(xué)研究院院長、電網(wǎng)安全與節(jié)能國家重點實驗室主任中國工程院郭劍波院士考察42國能靈武飛輪儲能：火電+飛輪聯(lián)合調(diào)頻靈武項目4臺飛輪接入系統(tǒng)參與AGC輔助調(diào)頻中國華電山西朔州電廠全球首個飛輪儲能耦合鋰電AGC輔助調(diào)頻重大科技創(chuàng)新示范項目2022年中國華電集團山西朔州電廠項目建設(shè)5MW/5MWh鋰電池儲能和2MW/0.4MWh/15分鐘能量型飛輪儲能，是火電機組混合儲能聯(lián)合調(diào)頻示范性工程項目，也是華電集團2022年度重點科技項目。2023.3.31投運。項目建成后將在保障常規(guī)供電、供熱、熱電聯(lián)供功能的同時，顯著提升電廠機組AGC調(diào)頻輔助服務(wù)能力，進一步提升傳統(tǒng)火電廠的靈活性和經(jīng)濟效益。已安裝飛輪

4臺，單體飛輪參數(shù)630KW/

125kWh/15分鐘；日收益

15-20萬/日；參與調(diào)頻和現(xiàn)貨交易。2022年

該項目受到山西省委書記林武視察，全國政協(xié)副主席兼秘書長李斌視察44中國華電集團山西朔州火電廠2023年3月31日投運山西華電朔州火電飛輪-鋰電耦合調(diào)頻概況：300MW火電循環(huán)流化床機組，配置飛輪2MW+6MW鋰電

聯(lián)合機組調(diào)頻案例三

內(nèi)蒙古風(fēng)電調(diào)頻

飛輪重大科技專項?

2020年8月，華馳動能聯(lián)合國家電網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力公司，獲批內(nèi)蒙古重大科技專項“單體1.2MW/139kWh/7分鐘儲能飛輪及其集成示范應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”，總?cè)萘?MW。?

解決風(fēng)電機組一次調(diào)頻問題，緩解風(fēng)電不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的負面安全擾動，極大支持風(fēng)電全面穩(wěn)定的接入高品質(zhì)國家電網(wǎng)系統(tǒng)。46案例四

金風(fēng)科技

風(fēng)機調(diào)頻?

2022年6月，金風(fēng)

訂單

“

地井

式飛

輪儲

能系統(tǒng)

”

應(yīng)

用于

單臺風(fēng)

機的

一次

調(diào)頻

，

飛輪

參數(shù)300kW/5kWh。?

探索風(fēng)機優(yōu)化運行、徹底解決風(fēng)機一次調(diào)頻問題，配置比例：風(fēng)機功率10%。常規(guī)風(fēng)機升級為“高精度調(diào)頻風(fēng)機”

。2022年12月13日交付驗收。47案例五

山西原平30MW飛輪儲能獨立儲能站一次調(diào)頻服務(wù)2023年5月開工

30MW飛輪+20MW鋰電，單體4MW飛輪8臺進行調(diào)頻服務(wù)飛輪參數(shù)：單體4MW/112秒48火電機組山西調(diào)頻收益參考（2*300MW）2020-201949火電調(diào)頻收益參考（2*300MW）50山西火電機組儲能調(diào)頻收益51廣東的火電機組儲能調(diào)頻收益情況52山西獨立儲能一次調(diào)頻市場交易調(diào)頻：?

山西2022年5月18：國家能源局山西能監(jiān)辦

晉監(jiān)能市場規(guī)（2022）1號文件：《山西電力一次調(diào)頻市場交易實施細則（試行）》：電力一次調(diào)頻服務(wù)收益：R=K

x

D

x

C

(分別是

：調(diào)節(jié)性能x

調(diào)節(jié)里程x

申報價格

)5.0-10.0元/MWK=K1*K2*K3（分別是：一次調(diào)頻響應(yīng)時間*

一次調(diào)頻動作速率*

一次調(diào)頻響應(yīng)精度）?

“頻率超出一次調(diào)頻死區(qū)，市場主體進行一次調(diào)頻，至頻率回到一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi)，動作持續(xù)時間為t。t≤30秒，N=1；t＞30秒，每30秒計為一次動作有效次數(shù)。?

調(diào)節(jié)里程：D=N*

?Ps.max53山西一次調(diào)頻收益-和滿足調(diào)頻指令性能的分析?

案例:儲能100MW一次調(diào)頻R=K*D*C=6.0

*(100MW*

500次/天*

330天)*5元/MW=4.95億/年?

調(diào)頻需求特征分析：?

一次調(diào)頻動作的連續(xù)動態(tài)特性

：頻率波動的幅度（0.05%額定功率下）很小，周期又短（一般10S），具有無法預(yù)測的隨機性質(zhì)的微小變動分量，需要系統(tǒng)及時、快捷補充（吸收）相應(yīng)的有功功率，為一次調(diào)頻。根據(jù)IEEE統(tǒng)計，電力系統(tǒng)綜合的一次調(diào)節(jié)特性時間常數(shù)一般在10S左右；一次調(diào)頻縮小頻率偏差，無法維持頻率在額定值水平。?

真正有效的能夠具有實際價值和盈利的：分鐘級別的飛輪系統(tǒng)，滿足一次調(diào)頻5分鐘；AGC二次調(diào)頻也滿足

15分鐘54山西一次調(diào)頻收益-和滿足調(diào)頻指令性能的分析?

一次調(diào)頻的充放電動作要求（各地區(qū)有各自特點）：500-1000次/天→20次/h-41次/h→1次/90秒-

1次/180秒→平均

1次動作/135秒，也就是每135秒里面，要發(fā)生一次調(diào)頻動作充放電1次（10秒-30秒，平均15秒）。?

30秒持續(xù)的飛輪：實際充放電雙向?qū)嶋H能支持

15秒的放電或者吸收，也就是可用完成1個指令，第二個同方向的指令都沒辦法完成。而這種2個的緊密連續(xù)同向指令（連續(xù)充電，或者連續(xù)放電的指令）是很常見和普遍。?

112秒分飛輪：實際單向是56秒工作持續(xù)，可連續(xù)完成同向的15秒的指令接近4個，連續(xù)的4個的指令同向的情況占比大幅度下降。?

300秒飛輪：實際單向是150秒的工作持續(xù)，可連續(xù)完成同向的15秒指令10個。連續(xù)的10個同向的指令在實際中應(yīng)該占比很小了，只有極端情況下。?

所以，10

秒以上的飛輪對于一次調(diào)頻的實際動作覆蓋能力顯著要強，對于調(diào)頻的貢獻率、合格率起到實質(zhì)的支撐，反應(yīng)在投資項目的收益，投資收益能力變強。55寧夏靈武火電運行飛輪調(diào)頻數(shù)據(jù)：根據(jù)我公司靈武項目一次調(diào)頻實際運行數(shù)據(jù)顯示，11月7日00：00至17：28統(tǒng)計，共執(zhí)行一