飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)頻中的應(yīng)用
來源：泓慧能源
發(fā)展背景
在電力系統(tǒng)中，頻率質(zhì)量是電能質(zhì)量中的重要指標(biāo),頻率超出允許范圍會(huì)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性,影響電網(wǎng)運(yùn)行安全，因此,頻率控制是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。隨著人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾日益凸顯，能源轉(zhuǎn)型的速度逐漸加快，越來越多的間歇式清潔能源大規(guī)模并網(wǎng),綠色電力能源的占比不斷提高，但與此同時(shí)，也給電網(wǎng)頻率控制帶來了新的難題,由于傳統(tǒng)調(diào)頻能力有限，已不能很好的滿足現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)頻的需求。在此背景下，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)開始進(jìn)入人們的視野，并逐漸被人們所認(rèn)可。
性能對(duì)比
傳統(tǒng)調(diào)頻手段主要集中在火電機(jī)組及水電機(jī)組，對(duì)水電機(jī)組來說，其調(diào)節(jié)特性較好，但水電機(jī)組的建設(shè)受地理位置的限制較大，其運(yùn)行方面又受豐水期和枯水期的影響，故而水電機(jī)組的調(diào)頻容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足；對(duì)于火電機(jī)組來說，其調(diào)節(jié)速率有限，要想達(dá)到更好的調(diào)節(jié)效果，就必須有一定的旋轉(zhuǎn)備用容量且多臺(tái)機(jī)組同時(shí)參與調(diào)節(jié)，這樣一來，一方面火電機(jī)組無法工作在最經(jīng)濟(jì)的工況，煤耗增加；另一方面由于旋轉(zhuǎn)備用容量的增加，機(jī)組利用率下降，造成閑置資本增加，提高了電力企業(yè)的供電成本。而飛輪儲(chǔ)能，就可以彌補(bǔ)上面說到的傳統(tǒng)調(diào)頻手段的不足，具體的優(yōu)勢(shì)如下：
功率密度大、快速充放電：泓慧能源具有300kW/2kWh的飛輪成熟產(chǎn)品，意味著 “充放電倍率”可達(dá)150C，毫秒級(jí)響應(yīng)速度；
使用壽命長(zhǎng)：循環(huán)充放電次數(shù)可達(dá)上千萬次，理論壽命超過20年，并且儲(chǔ)能容量不會(huì)隨充放電次數(shù)的增加而衰減；
工作范圍寬：對(duì)環(huán)境溫度沒有嚴(yán)格要求，對(duì)飛輪本體無需建設(shè)空調(diào)機(jī)房；
能量轉(zhuǎn)換效率高：電能動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換效率高于95%，儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合效 率約90%；
低損耗、低維護(hù)：磁懸浮和真空環(huán)境使機(jī)械損耗可以被忽略，飛輪本體無需維護(hù)，系統(tǒng)整體維護(hù)周期長(zhǎng)；
可精確測(cè)量和控制：飛輪儲(chǔ)能可精確測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)亩_推算出“剩 余電量”，實(shí)現(xiàn)精確控制；
安全環(huán)保：飛輪儲(chǔ)能98%以上的材料都是鋼材，無化學(xué)物質(zhì)釋放，無化學(xué)爆炸等安全隱患，從生產(chǎn)到應(yīng)用的整個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境友好；
大規(guī)模制造成本大幅下降：飛輪主要材質(zhì)為鋼材，大規(guī)模制造后成本急 劇下降，無限接近鋼材成本；
殘值高：“廢舊飛輪電池”可直接回收利用，回收工藝簡(jiǎn)單，殘值高。
目前，電網(wǎng)調(diào)度中心下發(fā)的AGC調(diào)頻指令持續(xù)時(shí)間基本在10秒至10分鐘區(qū)間內(nèi)，而泓慧能源生產(chǎn)的250kW/45kWh飛輪產(chǎn)品，滿充滿放時(shí)間為10.8分鐘，完全覆蓋AGC調(diào)頻指令持續(xù)時(shí)間，儲(chǔ)能容量利用率高。由于飛輪儲(chǔ)能具有快速充放電、毫秒級(jí)響應(yīng)速度的特點(diǎn)，在調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間和調(diào)頻速率上，遠(yuǎn)優(yōu)于“兩個(gè)細(xì)則”中對(duì)火電機(jī)組及水電機(jī)組規(guī)定的指標(biāo)，故而調(diào)頻性能優(yōu)于現(xiàn)有的調(diào)頻手段。在電力系統(tǒng)中，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全要求很高，這就要求儲(chǔ)能系統(tǒng)自身無安全隱患，而飛輪儲(chǔ)能98%以上的材料都是鋼材，無化學(xué)物質(zhì)釋放，無化學(xué)爆炸等安全隱患，完全滿足電網(wǎng)運(yùn)行的安全要求。此外，飛輪儲(chǔ)能對(duì)外界環(huán)境溫度要求低，更方便于儲(chǔ)能系統(tǒng)在變電站的接入；由于飛輪本體無需維護(hù)，系統(tǒng)整體維護(hù)周期長(zhǎng)，節(jié)省了儲(chǔ)能系統(tǒng)后期的運(yùn)維成本，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性。
價(jià)值體現(xiàn)
有效提升大規(guī)模新能源消納
光伏、風(fēng)力等新能源發(fā)電波動(dòng)性、間歇性及發(fā)電能力難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)給電網(wǎng)調(diào)控、安全控制及電網(wǎng)備用容量等諸多方面帶來了不利的影響，極大的限制了新能源消納能力和資源利用率。飛輪儲(chǔ)能裝置具有響應(yīng)速度快、控制精準(zhǔn)及調(diào)節(jié)范圍可知等特點(diǎn)，可以有效的平抑新能源發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性，很好的解決了大規(guī)模新能源并網(wǎng)問題及消納問題。
提供優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)輔助服務(wù)
由于飛輪儲(chǔ)能具有快速響應(yīng)及控制精準(zhǔn)等特點(diǎn)，所以其比常規(guī)電源系統(tǒng)具 有更好的調(diào)頻特性。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可以分散式布置，多點(diǎn)接入電網(wǎng)，集中式統(tǒng)一管理，接受調(diào)度指令，參與電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)。目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻已經(jīng)具備一定的研究基礎(chǔ)和應(yīng)用示范，并逐漸成為部分發(fā)達(dá)地區(qū)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定控制的有效手段之一。此外，大規(guī)模飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以參與電網(wǎng)調(diào)峰、自動(dòng)電壓/無功控制（AVC）、提供備用等電網(wǎng)輔助服務(wù)，促進(jìn)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源優(yōu)化配置并保證電能質(zhì)量。
保障電網(wǎng)安全運(yùn)行
大規(guī)模的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的響應(yīng)，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供快速功率支援。一方面為電網(wǎng)提供快速有功支持，提高電網(wǎng)功角穩(wěn)定水平，同時(shí)做為電網(wǎng)的備用電源，提高供電可靠性；另一方面為電網(wǎng)提供快速無功支持，提高電能質(zhì)量，改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平。
延緩電網(wǎng)擴(kuò)容改造
在接近滿載的輸配電系統(tǒng)中，如果由于負(fù)荷峰谷差逐漸加大，而無法滿足短時(shí)的高峰時(shí)段負(fù)載，且高峰負(fù)荷過載容量不大時(shí)，則可以考慮在受端電網(wǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)來解決，可以有效的延緩或者避免原有輸配電系統(tǒng)的擴(kuò)容改造。
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北京泓慧國(guó)際能源技術(shù)發(fā)展有限公司的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)相關(guān)成員源自“國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)。泓慧能源經(jīng)過國(guó)內(nèi)頂尖技術(shù)團(tuán)隊(duì)多年的潛心研究和不懈努力，成功開發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大功率磁懸浮飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)用于民用領(lǐng)域，并實(shí)現(xiàn)了磁懸浮飛輪的大規(guī)模商業(yè)化制造，為客戶提供節(jié)能、儲(chǔ)能和電能質(zhì)量改善的全面解決方案。泓慧能源大功率磁懸浮飛輪儲(chǔ)能系列產(chǎn)品打破了國(guó)外壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，實(shí)現(xiàn)了飛輪儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)的自主可控。
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