张强 贝肯新能源-

飞轮储能在电网调频中的工程应用 Application of Flywheel Energy Storage in Frequency Modulation of Power Grid 贝肯新能源（天津）有限公司 张 强 2019年5月18日 全球商业化单体容量最大的 储能飞轮生产、研发及工程应用服务商 Contents 报告内容 1 我国电网调频的技术现状 飞轮储能电网调频的优势 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 Necessity of Frequency Modulation 电网调频的必要性 1.1 提高电能质量是电网的主要任务  任何时刻，发电供电负荷需保持平衡， 频率需保持一定值；  电网频率偏差～供应与需求间的不平衡  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。 2 50.0Hz 49.8 50.2 发电用电 Necessity of Frequency Modulation 电网调频的必要性 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； 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。 电力系统不仅面临送出、消纳和调峰的挑战，同时面临着调频能力的 不足； 新能源电动汽车充电负荷也加重了电网的调节难度。 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。 3 1.2 新能源发展需要优质的储能资源 Technical Status in China s Power Grid 我国电网调频的技术现状 2.1 调频市场需求大优质调频资源缺乏 4 1）水电、抽水蓄能等优质调频容量缺乏： 2018年底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； Technical Status in China s Power Grid 我国电网调频的技术现状 5 我国目前主要依靠火电机组实现电网调频，存在着：  调节延迟  调节偏差（超调、欠调）  调节反向、单向调节  增加机组的磨损和故障率，降低机组的寿命和性能 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。 2.2 电网调频技术现状 Technical Status in China s Power Grid 我国电网调频的技术现状 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。 相对电网容量依然很小！ 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。 化学电池储能调频电站 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 6  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。 ① 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 ② 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  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 。 3.1 飞轮储能原理及系统组成 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 7 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 质量越大，转速越高，储能量越大 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 8 飞轮储能具有高频次瞬间精准放电的能力。 ● 安全性好：没有燃烧和爆炸的风险，在工程应用中将其放置于地下； ● 环保性好：没有危险化学物的处理与回收问题； ● 寿命长：具有长达 20多年的使用寿命； ● 深度充放电能力：几乎可达到 100%的充放电能力； ● 充放电次数大：可以达到 100万次的充放电次数； ● 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； ● 宽温域：运行温度范围宽，无需空气调节； ● 成本低：全生命周期运行成本低。 3.2 飞轮储能电网调频优势 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 9 （ 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） 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 $ $ Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 10  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；  化学电池的固有特性，锂电池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；  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；  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）；  我国也发生过不同程度的火灾。 3.4 飞轮储能技术特色—安全性 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 12  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。 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 13  由加拿大 Temporal Power ，（ 1） 2014年 有投运项目，建于加拿大多伦多地区 Minto 镇的项目容量为 2MW的独立调频飞轮储能 项目； Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 14  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： 系统响应时间小于 1s； 爬坡速率为每秒 100MW-200MW； 巅峰功率输出大于 6.5MW； 交直流转换效率为 88.4% Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 15  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 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 16 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 17 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 18 5.1 技术优势  贝肯新能源技术依托于华北电力大学先进飞轮储能研 究中心。  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。  拥有原 Temporal Power 公司核心技术、核心团队成 员及工程实践经验。  通过消化吸收再创新，形成了适合中国电网需求的飞 轮储能技术产品及工程应用团队。 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  充电容量： 50kWh  放电时间： 6-15分钟  使用寿命：大于 20年 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 19 充电容量： 50kWh 额定功率： 100kW、 250kW、 500kW 全电能响应时间： 小于 1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 污染排放：无 100%深度放电：无限次 设计寿命：大于 20年。 5.2 技术参数 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 20  飞轮储能电网独立调频  火电机组 +飞轮储能联合调频  太阳能发电 + 飞轮储能联合调频  风力发电 + 飞轮储能联合调频  飞轮储能 + 电池储能 联合调频调峰 5.3 应用场景 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 22 混合储能解决方案 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，低频需求及 长时间充放电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。 飞轮电池 混合 储能 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 23 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 我们 投资 方 工程 方 业主 方 Conclusion 结论 24  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。  飞轮储能具有优良的安全性、环保性及调频性能。  飞轮寿命长达 20多年，具有较好的经济性。  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。 25  贝肯新能源（天津）有限公司：张强， 18509229633  网址： www.bne-fess.com www.bc-fess.com  Email: zhangq@bne-fess.com zqzjhzyt@188.com 合作 共赢 谢谢大家！ Thanks for Your Time