飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在新能源一次調(diào)頻上的應(yīng)用分析報(bào)告

Part參數(shù)名最大功率最大存儲(chǔ)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是一種物理儲(chǔ)能方式，利用旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)所具有的動(dòng)能來(lái)存儲(chǔ)和釋放電能。飛輪儲(chǔ)

能采用磁懸浮軸承技術(shù)，飛輪運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)體處于狀態(tài)，具備無(wú)磨損、功耗低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。磁懸浮儲(chǔ)能飛輪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(chǔ)能公式五自由度主動(dòng)磁懸浮上軸承高速永磁同步電機(jī)真空腔1234航天級(jí)合金鋼飛輪轉(zhuǎn)子五自由度主動(dòng)磁懸浮下軸承飛輪使用壽命的計(jì)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(dòng)幅度大，在材料中會(huì)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(shí)，會(huì)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：假定材料沒(méi)有缺陷，從產(chǎn)生裂紋到發(fā)展至破壞性裂紋所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一般采用實(shí)驗(yàn)獲得的SN曲線計(jì)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）的情況下，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(zhǎng)到極值時(shí)，所需的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。一般通過(guò)Foreman

關(guān)系式求解。百萬(wàn)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(jì)算會(huì)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(jì)算參數(shù)是確定飛輪使用壽命、確保安全運(yùn)行的核心。通過(guò)無(wú)損檢測(cè)確定飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部的裂紋/氣泡/沙眼等缺陷的位置及大小，以最小檢測(cè)精度為基準(zhǔn)計(jì)算飛輪使用壽命。無(wú)損檢測(cè)需考慮方法/設(shè)備、飛輪材質(zhì)、飛輪的尺寸大小。飛輪安全性的基礎(chǔ)

-飛輪轉(zhuǎn)子無(wú)損檢測(cè)微控AAA級(jí)C法無(wú)損探傷超音波（UT）標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備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(jì)

飛輪轉(zhuǎn)子跌落試驗(yàn)飛輪運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)

飛輪設(shè)備的加工生產(chǎn)/測(cè)試環(huán)境飛輪的被動(dòng)防護(hù)/碎片遏制高速磁懸浮儲(chǔ)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(jí)精密加工中心飛輪高速電機(jī)加工中心飛輪老化試驗(yàn)環(huán)境飛輪集成測(cè)試中心無(wú)衰減易部署高安全大功率無(wú)污染長(zhǎng)壽命核心優(yōu)勢(shì)物理儲(chǔ)能過(guò)程，無(wú)化學(xué)反應(yīng)，全方位參數(shù)監(jiān)測(cè)，狀態(tài)透明，安全可控高安全綠色無(wú)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(wú)污染無(wú)機(jī)械摩擦，核心部件長(zhǎng)達(dá)20年使用壽命，>100萬(wàn)次循環(huán)充放電壽命長(zhǎng)壽命轉(zhuǎn)速即能量，全生命期儲(chǔ)能量不衰減且可精確度量無(wú)衰減模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，運(yùn)輸和施工方便，容易選址，建設(shè)周期短易部署更高的功率密度，超過(guò)200C的充放電倍率大功率Part在中央財(cái)經(jīng)委第九次會(huì)議上， 強(qiáng)調(diào)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題：新能源消納受限以及安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增大。安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)作，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。2020年7月，國(guó)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(chǎng)站需具備一次調(diào)頻能力。2021年12月21日，國(guó)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(gè)文件中明確將一次調(diào)頻、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量單獨(dú)列出，通過(guò)義務(wù)提供、固定補(bǔ)償、市場(chǎng)化方式等補(bǔ)償機(jī)制，成為新能源場(chǎng)站并網(wǎng)義務(wù)項(xiàng)或收益項(xiàng)?！恫⒕W(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗(yàn)導(dǎo)則》

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已發(fā)布，2022年5月1日正式實(shí)施大型風(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(dòng)慣量等頻率響應(yīng)能力。風(fēng)電機(jī)組

Vs

同步發(fā)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組自身調(diào)頻能力風(fēng)電機(jī)組通過(guò)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(dòng)。風(fēng)電機(jī)組槳距角控制通過(guò)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(duì)系統(tǒng)頻率波動(dòng)而提供短期功率支持的備用容量，減載運(yùn)行會(huì)使風(fēng)電場(chǎng)站經(jīng)濟(jì)效益受到較大影響。100MW風(fēng)電場(chǎng)采用預(yù)留備用模式的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù) ：國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院某2.0MW雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制調(diào)頻能力數(shù)據(jù) ：中國(guó)電力科學(xué)研究院新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)冀北電科院對(duì)華北電網(wǎng)的分析，以某35

kV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(dòng)范圍在±0.04

Hz以內(nèi)，頻率日越過(guò)調(diào)頻死區(qū)的總次數(shù)為1670次，其中越上限720次，越下限950次。充放電頻次高自系統(tǒng)頻率超出死區(qū)開始，響應(yīng)時(shí)間風(fēng)電不大于2s，光伏不大于1s，慣量響應(yīng)不超過(guò)500ms。響應(yīng)速度快《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗(yàn)導(dǎo)則》（

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）要求單次調(diào)頻保持20秒。持續(xù)時(shí)間短滿足部署地區(qū)季節(jié)溫差大的需求，儲(chǔ)能系統(tǒng)安全可靠。安全性高、可靠性強(qiáng)使用壽命與新能源場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)周期匹配，避免重復(fù)性投資。使用壽命長(zhǎng)風(fēng)電場(chǎng)參與電網(wǎng)一次調(diào)頻最優(yōu)方案選擇與風(fēng)儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制策略研究-

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院項(xiàng)目名稱：風(fēng)電場(chǎng)混合儲(chǔ)能一次調(diào)頻示范項(xiàng)目部署地點(diǎn)：國(guó)家能源集團(tuán)山西龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目名稱：風(fēng)電場(chǎng)混合儲(chǔ)能一次調(diào)頻示范項(xiàng)目部署地點(diǎn)：國(guó)家能源集團(tuán)山西龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目名稱：風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)示范項(xiàng)目部署地點(diǎn)：遼寧大唐國(guó)際阜新風(fēng)電有限責(zé)任公司阜新查臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目名稱：風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻及虛擬慣量響應(yīng)示范項(xiàng)目部署地點(diǎn)：遼寧大唐國(guó)際阜新風(fēng)電有限責(zé)任公司阜新查臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目名稱：三峽集團(tuán)烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用項(xiàng)目部署地點(diǎn)：內(nèi)蒙古烏蘭察布市“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”試驗(yàn)基地2022年5月13日，國(guó)家能源局公布了2021年度能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備（項(xiàng)目）名單，共75項(xiàng)技術(shù)裝備，其中，包括“適用于新能源電站慣量和調(diào)頻支 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)”8項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)入圍2021年度能源領(lǐng)域首臺(tái)重大技術(shù)裝備（項(xiàng)目）。沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司2

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源國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，

總部位于中德（

沈陽(yáng)）

高端裝備