2022年中国飞轮储能行业研究：应用场景分析-头豹.pdf

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风电与光伏发电并网、电动汽车充电桩等 场景中。 飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转 时所具有的动能来存储和释放电能。电机在电动 机运行状态下，使飞轮转子升速，将输入电能转 化为动能存储；电机在发电机运行状态下，使飞 轮转子降速，将动能转化为电能输出，电机的升 速和降速由电机控制器控制实现。从飞轮特性上 分类可分为功率型飞轮和能量型飞轮，从飞轮材 质上可分为钢质飞轮和复合材料飞轮。2019年 开始，中国飞轮储能项目开始装机，2021年累 计装机规模达到5.7MW，规模较小。从占全球 飞轮储能装机规模的比重来看，中国飞轮储能技 术在2021年开始爆发，占比增长较快，发展速 度加快。2018年至2021年，全球飞轮储能累计 装机规模由362MW增长至457.2MW，增速同时 上涨，由2%上涨至19.6%。这体现出了飞轮储能 在全球范围内，市场热度的不断增高。中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 3 u 名词解释 ----------------------------------------- 07 u 飞轮储能行业综述 ----------------------------------------- 09 • 定义与分类 ----------------------------------------- 10 • 发展历程及性能对比 ----------------------------------------- 11 • 中国市场现状 ----------------------------------------- 12 • 全球市场现状 ----------------------------------------- 14 u 飞轮储能应用场景分析 ----------------------------------------- 16 • 电网调频 ----------------------------------------- 17 • 城轨交通 ----------------------------------------- 18 • 风电与光伏发电并网 ----------------------------------------- 19 • 电动汽车充电桩 ----------------------------------------- 20 u 飞轮储能企业推荐 ----------------------------------------- 21 • 沈阳微控 ----------------------------------------- 22 • 奇峰聚能 ----------------------------------------- 22 u 方法论 ----------------------------------------- 24 u 法律声明 ----------------------------------------- 25 目录中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 4 u Terms ----------------------------------------- 07 u Overview of FESS Industry ----------------------------------------- 09 • Definition and Classification ----------------------------------------- 10 • Development History and Performance Comparison ----------------------------------------- 11 • China Market Status ----------------------------------------- 12 • Global Market Status ----------------------------------------- 14 u Application Scenario Analysis of FESS Industry ----------------------------------------- 16 • Grid Frequency Modulation ----------------------------------------- 17 • Urban Rail Transit ----------------------------------------- 18 • Grid Connection of Wind and Photovoltaic Power Generation ----------------------------------------- 19 • Electric Vehicle Charging Pile ----------------------------------------- 20 u Recommendation of FESS Company ----------------------------------------- 21 • VYCON ----------------------------------------- 22 • QIFENG ENERGY ----------------------------------------- 22 u Methodology ----------------------------------------- 24 u Legal Statement ----------------------------------------- 25 Contents中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 5 u 图表1：飞轮储能定义和设备结构 ----------------------------------------- 10 u 图表2：飞轮储能技术分类 ----------------------------------------- 11 u 图表3：飞轮储能发展历程及性能对比 ----------------------------------------- 11 u 图表4：中国市场现状分析 ----------------------------------------- 12 u 图表5：中国部分飞轮储能项目信息，2021- 2022年 ----------------------------------------- 12 u 图表6：全球市场现状分析 ----------------------------------------- 12 u 图表7：主要国家飞轮储能代表公司及项目 ----------------------------------------- 13 u 图表8：电网调频应用场景分析 ----------------------------------------- 13 u 图表9：城轨交通应用场景分析 ----------------------------------------- 13 u 图表10：风电与光伏发电并网应用场景分析 ----------------------------------------- 14 u 图表11：电动汽车充电桩应用场景分析 ----------------------------------------- 14 u 图表12：沈阳微控企业介绍 ----------------------------------------- 14 u 图表13：奇峰聚能企业介绍 ----------------------------------------- 14 图表目录中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 ©2021 LeadLeo www.leadleo.com 6 名词解释 u 飞轮储能：飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转时所具有的动能来存储和释放电能，由飞轮 转子、轴承、电动发电机、真空室等部分组成，可按飞轮特性和飞轮材质进行分类。 u 压缩空气储能：是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮 机发电的储能方式。 u 能量密度：指单位体积内的包含的能量，单位通常为瓦时/千克。适合用来衡量电池，比较单位体积的电 池所储存的电量。 u 功率密度：重量比功率又称为“功率密度”，是指电池输出的功率与其重量之比。 u 响应时间：当输入控制信号后，分级式可控并联电抗器瞬时无功电流达到目标值的90%所用的时间。 u MW：兆瓦，英文为megawatt，是一种表示功率的单位，常用来指发电机组在额定情况下单位时间内能 发出来的电量。 u UPS：UPS即不间断电源(Uninterruptible Power Supply)，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于 给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。 u 牵引变电所：牵引变电所是指将发电厂经电力传输线送来的电能变换成适合机车车辆所需的电压，并分 送到接触网或接触轨（第三轨）的场所。 u GTR飞轮储能装置：GTR飞轮是属于一种功率型的飞轮，靠提升转速来提高储能量，目前GTR飞轮最高转 速是36,000转每分钟。www.leadleo.com 400-072-5588 Chapter 1 行业综述 q 飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转时所具有的 动能来存储和释放电能，由飞轮转子、轴承、电动发电机、 真空室等部分组成，可按飞轮特性和飞轮材质进行分类 q 中国飞轮储能行业起步较晚，2022年拥有首台自主知识产 权的兆瓦级飞轮储能装置；飞轮储能具有充放电效率高、能 量密度及功率密度大、响应速度快、使用寿命长的优势 q 2021年，中国飞轮储能累计装机规模为5.7MW，仅占新型 储能比重的0.1%，仍处于发展阶段，市场规模较小；预计 2026年中国新型储能累计装机规模将达到48.5GW至 79.5GW q 政策鼓励飞轮储能技术发展，中国飞轮储能示范项目规模提 升；目前飞轮储能技术在中国仍处于示范应用前期阶段，但 开始出现具有完全自主知识产权的项目 q 2021年全球新增投运新型储能项目地区中，美国、中国和 欧洲合计占全球市场比重的80%；2021年全球飞轮储能累计 装机规模为457.2MW，增速达到19.6% q 全球飞轮储能技术的研发力量主要集中在美国、欧洲和日本， 这些国家和地区拥有深厚的技术积累、大量资金支持，已在 多个应用领域实现飞轮储能的商业化落地 行业研究 | 2022/10中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 中国飞轮储能行业综述——定义与分类 飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转时所具有的动 能来存储和释放电能，由飞轮转子、轴承、电动发电机、真空 室等部分组成，可按飞轮特性和飞轮材质进行分类 飞轮储能定义和设备结构 来源：国际科技创新中心，文献综述，头豹研究院 n 飞轮储能是一种物理储能方式，利用旋转体旋转时 所具有的动能来存储和释放电能。电机在电动机运 行状态下，使飞轮转子升速，将输入电能转化为动 能存储；电机在发电机运行状态下，使飞轮转子降 速，将动能转化为电能输出，电机的升速和降速由 电机控制器控制实现。 n 飞轮储能设备分为以下几个结构： n 飞轮转子：由高强度复合纤维材料组成的，通过一 定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毂上； n 轴承：利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或 其他低摩擦功耗轴承支承飞轮，采用机械保护轴承； n 电动发电机、电力转换器：是输入电能转化为直流 电供给电机，输出电能进行调频、整流后供给负载 的关键部件； n 真空室：减小风损、防止高速旋转的飞轮发生安全 事故，飞轮系统放置于高真空密封保护套筒内。 飞轮储能技术分类 飞 轮 储 能 技 术 分类依据 n 功率型飞轮 n 能量型飞轮 n 钢质飞轮 n 复合材料飞轮 细分品类 介绍 应用领域 n 指存储能量较小、单体功率较大、充 电速度快、响应迅速，且可以频繁充 放电的飞轮 n 指存储能量较大、充放电时间较长 的飞轮 n 指使用钢材作为制作材料的飞轮，目 前应用成熟，但工作时一旦发生事故， 飞轮会击碎容器飞出，危险性较大 n 指使用多种材料的飞轮，无转子解体 后击穿壳体的风险，可频繁深度充放 电、生命周期内基本免维护 n 电网调频、功 率波动较大且 频繁的场景 n 电网调峰、功 率短期波动小 的场景 n 不间断电源、 动力汽车等 n 航空航天、核 工业、军事、 轨道交通等中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 9 中国飞轮储能行业综述——发展历程及性能对比 中国飞轮储能行业起步较晚，2022年拥有首台自主知识产权的 兆瓦级飞轮储能装置；飞轮储能具有充放电效率高、能量密度 及功率密度大、响应速度快、使用寿命长的优势 飞轮储能发展历程 来源：CNESA，头豹研究院 n 20世纪50年代，学术界就开始了飞轮储能的研究，但进展缓慢。70至80年代，石油危机爆发，美国开始 大力发展能源项目。随着技术的不断突破，飞轮储能在欧美等发达国家和地区逐渐实现商业化应用。中 国飞轮储能起步晚于欧美，2022年拥有首台自主知识产权的兆瓦级飞轮储能装置。 项目 电化学储能技术 物理储能 铅碳电池 磷酸铁锂电池 抽水蓄能 压缩空气储能 飞轮储能 充放电效率 70%-90% 90% 71%-80% 40%-75% 85%-95% 能量密度 （Wh/kg） 40-80 80-170 0.5-2Wh/L 3-6Wh/L 20-80 功率密度 （W/Kg) 150-500 1,500-2,500 0.1-0.3W/L 0.5-2.0W/L 4,000 循环次数 500-3,000 2,000-10,000 10,000 10,000 百万次 使用寿命 5-8年 10年 40-60年 30年 20年 响应时间 ms ms min min ms 单位投资成本 （元/KWh） 800-1,300 800-2,200 500-2,000 1,000-1,500 5,000-15,000 n 与抽水蓄能、压缩空气储能等物理储能技术相比，飞轮储能充放电效率高、能量密度及功率密度大，响 应速度快，循环次数多；与电化学储能技术相比，飞轮储能使用寿命更长，不会产生爆炸等危险，安全 性高，且对环境污染小。 2020 CNESA发布国内首个 飞轮储能系统团体标 准《飞轮储能系统通 用技术条件》 中 国 国 外 2014 中国第一台 200KW工业化磁 飞轮调试成功 2022 我国轨道交通行业首台具有完全 自主知识产权的兆瓦级飞轮储能 装置在青岛地铁3号线完成安装 调试，并顺利并网应用 2007 德国建设出 250kW/5k Wh 磁悬浮 飞轮系统 2001 英国、美国、 法国、德国陆 续采用飞轮吸 收制动动能 2004 美国第二代磁 悬浮飞轮系统 成功运行 2011 纽约斯蒂芬 敦20MW储 能电站 2014 美国研发集 成飞轮UPS 电源的模块 化电源系统 2016 德国Piller 公司推出双 变换式飞轮 UPS 2014 中国第一台 200KW工业化磁 飞轮调试成功中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 3.2 3.6 5.7 0.88% 0.93% 1.25% 0.7% 1.4% 0 3 6 2019 2020 2021 规模 占全球飞轮储能装机规模比重 10 中国飞轮储能行业综述——中国市场现状（1/2） 2021年，中国飞轮储能累计装机规模为5.7MW，仅占新型储能 比重的0.1%，仍处于发展阶段，市场规模较小；预计2026年中 国新型储能累计装机规模将达到48.5GW至79.5GW 中国市场现状分析 来源：CNESA，头豹研究院 中国各储能项目累计装机规模占比，2021年 n 2021年，中国各储能项目装机规模中，抽水蓄能仍然占据最大比重，为86.3%；新型储能占比为12.5%， 同比上涨35.9%，发展速度快，市场较为火热。新型储能装机规模中，锂离子电池占据最大比重，为 89.7%，锂离子电池储能技术发展成熟，已得到大规模商业化应用；飞轮储能占比小，仅为0.1%，中国飞 轮储能技术仍处于发展阶段，目前有十家左右的公司进行飞轮储能设备的研发，市场应用规模小。 中国飞轮储能累计装机规模，2019-2021年 单位：MW 单位：% 86.3% 12.5% 1.2% 抽水蓄能 新型储能 熔融盐储热 中国新型储能各项目累计装机规模占比，2021年 单位：% 89.7% 5.9% 3.2% 0.1% 1.1% 锂离子电池 铅蓄电池 压缩空气 飞轮储能 其他 单位：% 9.5 48.5 11.2 79.5 0 40 80 2022 2026 保守场景 理想场景 中国新型储能累计装机规模预测，2022-2026年 单位：GW n 2019年开始，中国飞轮储能的项目开始装机，2021年累计装机规模达到5.7MW，规模较小。从占全球飞 轮储能装机规模的比重来看，中国飞轮储能技术在2021年开始爆发，占比增长较快，发展速度加快。中 国新型储能目前发展状况良好，预计未来增量大，保守估计2026年新型储能装机量将达到48.5GW，乐 观估计将达到79.5GW。飞轮储能作为新型储能方式的一种，受到国家政策鼓励，各企业及高校不断进 行技术研发及创新，未来发展前景广阔。中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 11 中国飞轮储能行业综述——中国市场现状（2/2） 政策鼓励飞轮储能技术发展，中国飞轮储能示范项目规模提升； 目前飞轮储能技术在中国仍处于示范应用前期阶段，但开始出 现具有完全自主知识产权的项目 来源：北极星储能网，中国政府网，头豹研究院 n 政策鼓励飞轮储能技术发展，中国飞轮储能示范项目规模提升，开始出现具有完全自主知识产权的项目 2022年1月，国家能源局和发改委联合印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，提出到2025年，新型储能由 商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件；2030年新型储能全面市场化发展。2022年8月， 工信部等五部门联合《印发加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，要求加快飞轮储能装备的研制，推 动兆瓦级飞轮储能系统应用。近年来，中国政府重视新型储能技术的发展和应用，不断出台相关鼓励措施， 飞轮储能迎来了广阔的发展空间。 目前飞轮储能技术在中国仍处于示范应用前期阶段，但2021年至2022年，中国飞轮储能项目不断升级，开始 出现具有完全自主知识产权的项目。例如，河南MW级先进飞轮储能系统建设项目，是全球首个采用全容量飞 轮储能系统完成新能源一次调频改造的项目，建成后将成为国内新能源一次调频改造装机功率最高、容量最 大的飞轮储能项目。四川德阳二氧化碳+飞轮储能示范项目能在2小时内存满2万度电，是全球单机功率最大， 储能容量最大的二氧化碳储能项目，也是全球首个二氧化碳+飞轮储能综合能源站。随着不断增多的飞轮储能 项目开展施工、竣工投运，中国飞轮储能技术将越来越成熟。 中国部分飞轮储能项目信息，2021-2022年 项目名称 时间 参与主体 项目规模 状态 内蒙古霍林河“源-网-荷-储-用”多能互补关 键技术研究及应用创新项目示范 2021.12 北京和瑞储能 1MW/ 200kWh 一期 交付 山西省玖方古交（磷酸铁锂+飞轮储能） 共享储能示范一期项目 2022.03 山西盛弘玖方 50MW 施工 山西鼎轮独立飞轮储能调频电站项目 2022.05 鼎轮能源、华北电 力大学 30MW 省示范 项目 华能莱芜电厂飞轮储能联合调频智能协调 控制关键技术研究与示范应用 2022.08 奇峰聚能/ 山东城电 6MW/ 50kWh 候选人 公示 山西朔州大功率磁悬浮飞轮电池储能AGC 调频项目 2022.06 —— 2MW/ 0.5MWh 招标 国家能源集团宁夏电力灵武公司光火储耦 合飞轮储能工程项目 2022.07 华驰动能 22MW/ 4.5MWh 调试 完成 河南三门峡狮子坪风电场MW级先进飞轮 储能系统示范项目 2022.08 国电投坎德拉 5MW/ 175kWh 中标 四川德阳二氧化碳+飞轮储能示范项目 2022.08 东方电气、百穰新 能源、西安交通大 学、泓慧国际能源 10MW/ 20MWh 竣工中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 12 中国飞轮储能行业综述——全球市场现状（1/2） 2021年全球新增投运新型储能项目地区中，美国、中国和欧洲 合计占全球市场比重的80%；2021年全球飞轮储能累计装机规模 为457.2MW，增速达到19.6% 全球市场现状分析 来源：CNESA，头豹研究院 全球新增投运新型储能项目地区分布，2021年 n 2021年全球新增投运新型储能项目地区中， 美国、中国和欧洲仍然引领全球储能市场 的发展，三者合计占全球市场比重的80%， 其中，美国占比最高，为34%。美国、欧 洲作为发达国家，长久以来电价较高，且 近年来电价不断上涨，储能市场需求较大。 但美国电源侧、电网测大型储能占比高， 欧洲户用储能占比更高。美国大力发展光 储等新型储能项目，在储能领域发展速度 快。欧洲能源资源匮乏，长期依赖进口， 能源自给率低，储能问题越来越迫切。因 此，储能在欧美市场火爆。 n 2021年全球储能项目累计装机规模中，抽 水蓄能占比86.2%，锂离子电池占比11.1%， 飞轮储能占比0.2%。飞轮储能在世界范围 内，发展规模都较小。与全球飞轮储能装 机规模相比较，中国飞轮储能仅占新型储 能的0.1%，远落后于世界水平。欧美国家 发展飞轮储能技术较早，已有多家公司实 现飞轮储能的商业化应用。近年来，中国 部分企业采取购买进口飞轮储能设备或收 购外国公司的形式，快速吸收国外先进技 术，以实现飞轮储能领域的弯道超车。 n 2018年至2021年，全球飞轮储能累计装 机规模由362MW增长至457.2MW，增速 同时上涨，由2%上涨至19.6%。这体现出 了飞轮储能在全球范围内，市场热度的不 断增高。飞轮储能清洁无污染、安全性高， 且使用寿命长，能量密度高，逐渐成为各 国重点发展的新型储能技术。随着欧美国 家企业在飞轮储能应用场景上的商业化越 来越广泛，飞轮储能装机规模将持续上涨。 全球各储能项目累计装机规模占比，2021年 全球飞轮储能累计装机规模，2018-2021年 单位：MW 单位：% 362.0 369.2 382.2 457.2 2.0% 3.5% 19.6% 0% 5% 10% 15% 20% 0 250 500 2018 2019 2020 2021 规模 增速 单位：% 86.2% 1.6% 11.1% 0.2% 0.9% 抽水蓄能 熔融盐储热 锂离子电池 飞轮储能 其他 34.0% 22.0% 24.0% 7.0% 6.0% 7.0% 美国 欧洲 中国 日韩 澳大利亚 其他 单位：%中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 13 中国飞轮储能行业综述——全球市场现状（2/2） 全球飞轮储能技术的研发力量主要集中在美国、欧洲和日本， 这些国家和地区拥有深厚的技术积累、大量资金支持，已在多 个应用领域实现飞轮储能的商业化落地 来源：文献综述，头豹研究院 n 全球飞轮储能技术的发展主要集中于美国、欧洲、日本，商业化进展较快，已在多个应用领域实现落地 全球飞轮储能技术的研发力量主要集中在美国、欧洲和日本。 在飞轮技术基础应用研究、关键技术及制造工 艺、飞轮储能产品产业化开发与市场运作等方面，美欧日均领先于其他国家。美国研究飞轮储能技术较早， 同时，得益于DOE和NASA等机构的长期技术投入及资本市场的资金支持，美国飞轮储能技术目前全球领先， 商业化应用也较为广泛，已发展出在飞轮储能各应用领域具有代表性的企业及研发中心。 欧洲国家中，英国和德国飞轮储能商业化进程较快，1980年代德国就开始研发飞轮储能技术，英国也已发展 出了飞轮储能领导企业——Urenco集团英国公司（UPT）。日本在高强度碳纤维材料、高温超导材料等方面技 术实力雄厚，为飞轮储能技术的发展提供了有利条件。 主要国家飞轮储能代表公司及项目 国家 公司 飞轮储能项目或产品 时间 应用领域 美国 Beacon Power 纽约斯蒂芬敦20MW储能电站 2011 电网调频 宾夕法尼亚黑泽尔镇20MW飞轮 储能电站 2014 电网调频 Active Power 100KW-200KW Clean Source系 列UPS飞轮储能系统 2014 企业级UPS Amber动力学公司 瓦胡岛坎贝尔工业园发电站飞轮 储能系统 2018 可再生能源储能 加拿大 TemporalPowerLtd. 安大略省2MW飞轮储能发电厂 2014 电网调频 爱尔兰 Schwungrad Energie 罗德岛Offaly郡160KW飞轮-铅 酸混合储能示范项目 2016 电网调频 德国 Stornetic 专为风电场设计的EnWheel飞轮 储能系统 2016 平衡风电场功率 以色列 Chakratec 布拉格快速充电站 2019 电动汽车充电桩 法国 Energiestro 10KW混凝土飞轮系统 2021 住宅光伏存储 英国 Torotrak F1赛车飞轮动力系统 2014 赛车 HS2项目 伦敦尤斯顿车站200kVA发电机/ 飞轮储能系统 2022 城轨交通 日本 JR东日本、铁道综合 技术研究所 中央干线穴山变电所试验铁路电 力牵引用超导飞轮储能系统 2018 城轨交通 古河电气公司 由超导线圈定 子和超导转子组 成的超导磁轴承，飞轮储能量为 100kWh，输出功率为 300kW 2016 铁路电力网Chapter 2 应用场景分析 q 2021年中国有35%的新型储能项目接入电网侧，飞轮储能充 放电效率高、响应速度快，安全性高，可弥补传统机组在电 网调频过程中的不足，应用案例有Beacon Power纽约20MW 储能电站 q 2021年中国城市轨道交通运营里程达到8,708公里，节能减排 任务日益严峻；飞轮储能系统可在城轨交通牵引过程中实现 节能与稳定网压，目前已在北京和青岛地铁线路中实现商用 q 2021年，中国新增风光装机量超过1亿千瓦，清洁能源在中国 社会用电结构中的地位越来越重要，但风光发电具有天然的 不稳定性和间歇性，飞轮储能并网可起到调频作用 q 2017年至2021年，中国充电桩保有量由44.6万台上涨至261.7 万台，传统充电桩的建设采用电网增容的方式，但具有建设 费用高且增容困难的问题，飞轮充电桩可弥补这些不足 行业研究 | 2022/10中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 15 中国飞轮储能应用场景分析——电网调频 2021年中国有35%的新型储能项目接入电网侧，飞轮储能充放电 效率高、响应速度快，安全性高，可弥补传统机组在电网调频 过程中的不足，应用案例有Beacon Power纽约20MW储能电站 电网调频应用场景分析 来源：CNESA，泓慧能源官网，Beacon Power官网，头豹研究院 中国新增新型储能项目接入位置，2021年 单位：% 不同储能方式电网调频性能对比 电网调频应用案例 优势明显 飞 轮 储 能 飞轮储能具有快速充放电、毫 秒级响应速度的特点，在调频 响应时间和调频速率上高于传 统机组；且飞轮储能大部分使 用钢材，无化学物质释放，无 化学爆炸等安全隐患，安全性 高 效果不足 火电 机组 调节速率有限，要想达到更好的调节效果，就 必须有一定的旋转备用容量且多台机组同时参 与调节，这样一来，一方面火电机组无法工作 在最经济的工况，煤耗增加；另一方面由于旋 转备用容量的增加，机组利用率下降，造成闲 置资本增加，提高了电力企业的供电成本 水电 机组 调节特性较好，但水电机组的建设受地理位置 的限制较大，运行方面又受丰水期和枯水期的 影响，调频容量远远不足 n 纽约州斯蒂芬敦是Beacon Power首个20MW电厂 （总规模40MW）所在地。该电厂包括200个飞轮， 2011年1月开始投产，标志着飞轮储能在电网中正 式大规模商用，2011年6月达到满负荷生产。该电 厂飞轮每年执行3,000-5,000次完整的深度充放电 循环。该工厂在运行过程中，可达到30%的区域控 制误差校正，运行精度超过95%。 n 2021年，中国新增新型储能项目接入位置中， 电网侧占比为35%。电网侧主要应用场景有变 电站调频、削峰填谷等。 n 传统的电网调频通常采用火电机组或水电机 组，但火电机组要想达到更好地调节效果需 要增加煤耗与供电成本，水力机组建设受地 理位置限制大，因此效果都无法达到最佳。 飞轮储能充放电效率高、响应速度快，且安 全性高，可以弥补传统机组的不足。 35% 24% 41% 电网侧 用户侧 电源侧中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 4,570 5,295 6,172 7,355 8,708 0 3,000 6,000 9,000 2017 2018 2019 2020 2021 n 2022年4月，我国首台1MW飞轮储能装置在青岛 地铁3号线万年泉路站完成安装调试并顺利并网应 用。这是国内轨道交通行业首台具有完全自主知 识产权的兆瓦级飞轮储能装置。青岛地铁全面推 动飞轮储能装置的推广应用后，可实现牵引能耗 节约15%，线网每年可节电5,000万度，年减少二 氧化碳排放约5万吨。 16 中国飞轮储能应用场景分析——城轨交通 2021年中国城市轨道交通运营里程达到8,708公里，节能减排任 务日益严峻；飞轮储能系统可在城轨交通牵引过程中实现节能 与稳定网压，目前已在北京和青岛地铁线路中实现商用 城轨交通应用场景分析 来源：交通运输部，国家统计局，文献综述，青岛新闻网，河北高新区公共服务平台，头豹研究院 中国城市轨道交通运营里程，2017-2021年 单位：公里 带飞轮储能的城轨交通牵引供电系统结构 中国飞轮储能在城轨交通中的应用案例 n 2019年7月，GTR飞轮储能装置在北京地铁房山线 广阳城站正式实现商用，这是飞轮储能首次在我 国城市地铁中商用，填补了国内应用飞轮储能装 置解决城市轨道交通再生制动能量回收方式的空 白。该车站使用飞轮储能后，一趟列车制动时节 能4-5度电，一年能节省50万度电。还可减少热排 放，起到综合节能减排的效果。 n 2017年至2021年，中国城市轨道交通运营里 程数逐年上涨，由4,570公里增长至8,708公里， 开通城轨交通的城市数量及站点也越来越多， 城轨交通已成为公共交通中重要的一部分， 对居民日常出行影响范围越来广。 n 随着运营里程的延长，城轨交通耗电量也在 增加，2020年总耗电量已达到172.4亿千瓦时， 其中牵引能耗达到84亿千瓦时，城轨交通的 节能减排任务日益严峻。 n 传统的城轨交通牵引供电系统中，牵引变电所的整 流机组多为二极管整流机组，能量只能单向地从交 流电网流向直流牵引接触网。因而，当列车进行再 生制动时，多余的再生制动能量会造成牵引网电压 抬升，若使用吸收电阻消耗多余制动能量，不仅会 浪费大量能量，还会增加通风系统能耗。 n 在带飞轮储能的城轨交通牵引供电系统中，飞轮储 能系统与整流机组并联，安装在牵引变电所内，在 列车制动时吸收多余的再生制动能量并在列车牵引 时释放储存的能量，以实现节能与稳定网压的目的。中国飞轮储能系列 行业研究 | 2022/10 www.leadleo.com 400-072-5588 1503 2059 2574 7167 4757 0 4,000 8,000 2017 2018 2019 2020 2021 17 中国飞轮储能应用场景分析——风电与光伏发电并网 2021年，中国新增风光装机量超过1亿千瓦，清洁能源在中国社 会用电结构中的地位越来越重要，但风光发电具有天然的不稳 定性和间歇性，飞轮储能并网可起到调频作用 风电与光伏发电并网应用场景分析 来源：国家能源局，泓慧能源官网，头豹研究院 中国新增风电装机量，2017-2021年 单位：万千瓦 飞轮储能与蓄电池混合的储能系统 飞轮储能在风电与光伏发电并网中的应用案例 n 2021年6月，4套北京泓慧能源公司自主研制的1 MW飞轮阵列在青海省西宁市风光储能基地开展了国 内首次飞轮示范应用。期间，共开展了单日300次，连续总计2,000余次飞轮充放电测试。经过2,000 多次试验证明，飞轮在阵列充放电过程中，各自的功率分配和转速范围基本一致，体现出较好的一致 性。验证了飞轮阵列的频繁充放电特性，飞轮阵列可参与新能源发电一次、二次调频等任务。 5,306 4,426 3,011