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飞轮储能在电网调频中的工程应用华北电力大学先进飞轮储能技术研究中心贝肯新能源（天津）有限公司张 强 2010年4月25日全球商业化单体容量最大的储能飞轮生产、研发及工程应用解决方案 报告内容我国电网调频的技术现状飞轮储能电网调频技术飞轮储能电网调频工程应用贝肯新能源技术优势电网调频的必要性 1 电 网 调 频 的 必 要 性u提高电能质量是电网的主要任务l任 何 时 刻 ， 发 电 供 电 负 荷 需 保 持 平 衡 ， 频 率 需 保 持 一 定 值 ；l电 网 频 率 偏 差～供 应 与 需 求 间 的 不 平 衡l频 率 偏 差 对 用 户 设 备 、 发 电 厂 设 备 、 经 济 及 社 会 活 动 都 将 产 生 不利 影 响 。 1 电 网 调 频 的 必 要 性u环境污染、气候变化、能源安全使得发展新能源成为 必然趋势；u随着大规模新能源比例的提高，系统惯量降低，系统频 率调节能力显著下降，电网频率稳定性问题日益突出。u电力系统不仅面临送出、消纳和调峰的问题，同时面临 着调频能力不足的挑战；u新能源电动汽车充电负荷也加重了电网的调节难度。u急需优质的调频资源（储能）参与电网，维持电网的 安全与稳定。 2 我 国 电 网 调 频 的 技 术 现 状u调频市场需求大u目前 （ 1 ） 水 电 、 抽 水 蓄 能 等 优 质 调 频 容 量 缺 乏 【 2 0 1 8 年 底 , 水 电 装 机 达 到 总 容 量 将 达 3 .6 6 亿 千 瓦 ， 占 约 2 0 ， 但 受 季 节 性 影 响 ； 抽 水 蓄 能 占 总 装 机 容 量 的 1 .6 ， 存 在 着 建 设 周 期 长 （ 6 -7 年 ） ， 选 址 及 成 本 疏 导 的 问 题 。 】 （ 2 ） 供 热 、 空 冷 机 组 等 调 频 能 力 不 足 ； （ 3 ） 主 要 依 靠 火 电 机 组 实 现 电 网 调 频 ， 存 在 着 1） 火 电 机 组 运 行 在 额 定 出 力 附 近 正 常 运 行 时 的 效 率 最 高 ， 相 应 的 煤 耗 最 低 。2） 火 电 机 组 运 行 在 50额 定 负 荷 时 ， 煤 耗 是 额 定 负 荷 时 的 1.09～ 1.16倍 。3） 当 火 电 机 组 运 行 在 50负 荷 或 以 下 时 ， 影 响 环 保 设 施 的 投 入 ， SCR因 温 度 低 而 停 运 。u调 节 延 迟u调 节 偏 差 （ 超 调 、 欠 调 ）u调 节 反 向 、 单 向 调 节u增 加 机 组 的 磨 损 和 故 障 率 ， 降 低 机 组的 寿 命 和 性 能2 我 国 电 网 调 频 的 技 术 现 状 2 我 国 电 网 调 频 的 技 术 现 状u近1-2来，国家密集出台了一系列调频辅助服务 政策，山西、内蒙、广东及其它一些地区出现 了化学电池储能调频项目，已建和在建项目近 30多个。 容量依然很小u经过一段时间运行，存在 电池安全性问题； 国家政策的不确定及不连续问题； 市场运营模式的问题。（ 4 ） 化 学 电 池 储 能 调 频 电 站 3 飞 轮 储 能 电 网 调 频 技 术3.1 飞 轮 储 能 原 理 及 系 统 组 成u飞 轮 储 能 是 一 种 物 理 储 能 方 式 ， 利 用 高 速旋 转 的 飞 轮 将 电 能 以 动 能 形 式 储 存 起 来 。 ● 充 电 模 式 电 机 工 作 在 电 动 机 状 态 ， 驱 动 飞 轮 高速 旋 转 , 电 能 转 换 为 动 能 储 存  ● 放 电 模 式 电 机 工 作 在 发 电 机 状 态 ， 利 用 飞 轮 高速 旋 转 的 惯 性 带 动 转 子 旋 转 ， 通 过 发 电 机 将 飞 轮 存 储 的 动 能 转 换 成 电 能 输 出u飞 轮 储 能 系 统 的 基 本 结 构 主 要 由 5 部 分组 成 飞 轮 转 子 、 支 撑 轴 承 、 高 速 电 机 、 双向 变 流 器 、 真 空 室 。 3 飞 轮 储 能 电 网 调 频 技 术飞轮动能与质量成正比； 与速度平方成正比。磁悬浮技术真空技术动平衡技术 冷却技术控制技术3.1 飞 轮 储 能 原 理 及 系 统 组 成质量越大，转速越高，储能量越大 3.2飞轮储能电网调频优势 飞轮储能具有高频次瞬间精准放电的能力 （1）安全性好没有燃烧和爆炸的风险，在电网应用中将其放置于地下； （2）环保性好没有危险化学物的处理与回收问题； （3）寿命长具有长达20多年的使用寿命； （4）深度充放电能力几乎可达到100的充放电能力； （5）充放电次数大可以达到100万次的充放电次数； （6）调频性能高当需要时，只需数毫秒就能达到精确的放电要求； （7）宽温域运行温度范围宽，无需空气调节； （8） 成本低全生命周期运行成本低。飞轮储能电网调频技术3 当前20年每千瓦投资 飞轮 锂电池 附加平衡费用维护电池替换投资 （1）电池存在能量衰减；（2）电池寿命是飞轮的大约20；（3）飞轮无衰减无需替换。（4）全生命周期飞轮投资低 3.3 飞 轮 储 能 技 术 特 色 投 资 与 性 能 （ 20年 ） 3.4 飞 轮 储 能 技 术 特 色 安 全 性u 物 理 储 能 的 固 有 特 性 ， 飞 轮 的 安 全 性 好 ;10年 连 续 安 全 运 行 验 证 ；u 化 学 电 池 的 固 有 特 性 ， 存 在 高 温 起 火 和 爆 炸 的 风 险 ， 且 随 着 运 行 时 间 的 增加 ， 发 生 安 全 问 题 会 变 的 更 加 突 出 ；u 截 至 2019年 2月 ， 仅 在 韩 国 储 能 电 站 发 生 火 灾 就 高 达 21起 ， 其 中 2018年 6-7月 韩 国 庆 山 、 灵 验 两 座 ESS储 能 电 站 ， 损 失 惨 重 ；u 美 国 夏 威 夷 Kahuku岛 30兆 瓦 风 电 场 的 15兆 瓦 电 池 储 能 电 站 ， 发 生 三 次 着 火引 发 火 灾 （ 2011年 4月 、 2012年 5月 及 8月 ） ；u 我 国 也 发 生 过 不 同 程 度 的 火 灾 。 3.4 飞 轮 储 能 技 术 特 色 使 用 寿 命 及 调 频 性 能 u放 电 深 度 从 20-40电 池 储 能 寿 命 从10年 降 为 2.25年 ； 而对 飞 轮 储 能 影 响 不 大 。u同 样 功 率 装 机 ， 飞轮 储 能 调 频 作 用 是 锂电 池 储 能 的 2-4倍 。 充 、 放 电 深 度 4飞轮储能电网调频工程应用项目由美国Beacon Power（1） 建于美国纽约州；（2）宾夕法尼亚州的两个20MW飞轮储能独立调频电站连续运行近十年。 4飞轮储能电网调频工程应用项目由加拿大Temporal Power ，2014年有投运项目，建于（1）加拿大多伦多地区Minto镇的项目容量为2MW的独立调频飞轮储能项目； 4飞轮储能电网调频工程应用项目由加拿大Temporal Power 建于（2）安大略省圭尔夫设计容量5MW，服务于当地电网调频；根据18年3月最新的检测 系统相应时间小于1s；爬坡速率为每分钟6500MW-12000MW之间；巅峰功率输出大于6.5MW；交直流转换效率为88.4 4飞轮储能电网调频工程应用项目由加拿大Temporal Power 建于（3）位于加勒比海阿鲁巴岛，设计容量为10MW飞轮储能项目，与可再生能源联合使用，提供全岛的电力供应 5贝肯新能源的技术优势● 华北电力大学先进飞轮储能研究中心为贝肯新能源技术依托。● 贝肯新能源独家100收购了加拿大temporal power飞轮储能公司，拥有世界先进飞轮储能技术，能够实现加工制造国产化。● 拥有原Temporal Power 公司核心技术及核心团队成员。● 具有国内外强大的技术团队，形成了适合中国电网需求的工程应用技术。 技术参数电 能 容 量 50kWh额 定 模 块 100kW、 250kW、 500kW全 电 能 响 应 时 间 小 于 10毫 秒输 入 电 压 三 相 480Vac输 出 频 率 50Hz-60Hz运 行 温 度 -40℃- 50℃升 降 轴 承 磁 悬 浮全 程 效 率 大 于 85飞 轮 材 料 特 种 材 料有 害 元 件 无100深 度 放 电 无 限 次设 计 寿 命 大 于 25年 。BNE用于电网调频规格的储能飞轮，具体参数如下输 出 功 率 250kW/500KW/1MW 充 电 容 量 50kWh放 电 时 间 6-15分 钟使 用 寿 命 大 于 25年 。 5贝肯新能源的技术优势-技术参数 5.1 飞轮储能电网独立调频5.2 火电机组飞轮储能联合调频5.3 太阳能发电 飞轮储能联合调频5.4 风力发电 飞轮储能联合调频5.5 飞轮储能 电池储能 联合调频5贝肯新能源的技术优势-应用场景 5贝肯新能源的技术优势-应用场景 飞轮 电池 混合储能调频应用将调频拆解，有高频需求和低频需求，高频需求由飞轮储能承担，低频需求由化学电池系统承担，充分发挥储能各自的优势，提高系统的安全性和经济性。调峰调频对于长时间充放电调峰由化学电池承担，调频由飞轮承担。5贝肯新能源的技术优势-解决方案 5贝肯新能源技术优势-飞轮储能电网调频我们投资方 工程 方业主方 提供项目的解决方案是我们的主要任务 技术支持； 主要设备； 后期运行与维护 结论 1 飞轮储能电网调频是目前电网调频效率最高和最灵活的方式。2飞轮储能具有优良的安全性、环保性及调频性能。3 飞轮寿命长达20多年，具有较好的经济性。4 随着贝肯新能源（天津）有限公司飞轮储能世界先进技术的收购，能够 快速实现国产化，可大大降低成本造价。 推动我国飞轮储能电网应用进程， 提升我国企业自主创新能力和国际竞争力。 华 北 电 力 大 学 先 进 储 能 技 术 研 究 中 心 秦 立 军 ， 18519248033贝 肯 新 能 源 （ 天 津 ） 有 限 公 司 张 强 ， 18509229633网 址 www.bne-fess.com www.bc-fess.comEmailqinljbne-fess.com zhangqbne-fess.com