首套全自主知识产权商业化飞轮储能系统投运 未来抢占电网调频市场？

近日，由二重德阳储能科技有限公司自主研制的首台套100kW飞轮储能不间断供电系统在二重重型装备有限公司数据中心安装调试完毕并开始正式投入运行。

一、首套完全自主知识产权的商业化飞轮储能系统投运

由二重德阳储能科技有限公司自主研制的的核心设备“100kW飞轮储能装置”于2018年11月15日通过了由中国机械工业联合会组织的产品鉴定。近日，首台套100kW飞轮储能不间断供电系统在二重重型装备有限公司数据中心安装调试完毕并开始正式投入运行。该系统的建成投运，标志着我国首台（套）具有完全自主知识产权的飞轮储能系统商业化应用的诞生，是我国飞轮储能装置成功应用的里程碑事件，将对我国的飞轮储能行业发展产生积极重要的影响。

二、飞轮储能主要原理

指利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能系统主要包括转子系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还有一些支持系统，如真空、深冷、外壳和控制系统。基本结构如图所示。

飞轮储能系统的工作模式有三种：充电、放电和能量保持。通常给飞轮充电的能量有电能和机械能两种。目前电能充电方式应用较多，机械能充电在汽车制动能量回收、孤岛风能储存等领域都可以应用。放电时，飞轮带动发电机使发电机发电，输出的电能经过电力电子设备变成可用的电能。能量保持阶段，飞轮储能系统既不充电也不放电，保持额定转速运行。

三、飞轮储能系统的优点

飞轮储能技术是目前最有发展前途的储能技术之一。相比锂电池、铅酸电池，飞轮储能具有诸多优点：

1、储能密度大。储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～10000w/kg

2、效率高。工作效率高达百分之95

3、维护成本低。运行的时候损耗很小，基本上不用维护

4、寿命长。不受重复深度放电影响，设计寿命20年以上，磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长

5、无噪声。

6、环境污染小，对周围环境几乎没有影响。

四、飞轮储能系统的应用

由于飞轮储能系统具有能量密度大、效率高、无污染等优点，技术水平也日益完善，已经在越来越多的领域中得到应用。

4.1 在电力系统中的应用

4.1.1 电力调峰调频

飞轮储能系统用于电力调峰具有储能、释能速度快，效率高，同时不受地理环境影响的优点。当用电低谷时，将产生的多余电力用于驱动飞轮储能;当用电高峰时，飞轮带动发电机运行，通过电力电力设备将机械能转化为与电网匹配的电能。2008年，美国Beacon Power公司在马萨诸塞州的Tyngsboro建设的一座5MW飞轮储能调峰、调频电厂投入商业使用，电厂总效率达到85%,该系统响应时间为4s,相比较于需要5min响应时间的传统发电机调节来说优势很明显.

此外，调频是飞轮储能系统在电网中最主要的应用，无论是北美洲还是欧洲，都有飞轮储能电站投入建设运营。飞轮储能作为快速调节资源已经开始获得各国电网运营商的青睐。

4.1.2 不间断供电

为了避免政府重要部门、军事指挥中心、医院手术楼、计算中心等重要用电场合停电或者电能质量不稳定，都会使用不间断供电系统(UPS)。过去常使用化学电池，虽然其技术成熟，但使用寿命较短，不支持频繁的开关操作，据业界统计，UPS系统的故障70%都是由化学电池引起的。美国Active Power公司于2007年将飞轮储能技术运用在中国网通山西省通信公司太原第二枢纽楼的UPS中。在市电正常时，飞轮相当于一台低耗空载电动机，转速维持在7700r/min;当市电异常或停电时，飞轮系统能够瞬间供电。

4.2 在交通工具中的应用

4.2.1 车载飞轮电池

随着能源日益短缺和对环境保护的重视，世界各地都在研究汽车的新动力，而用飞轮储能系统代替内燃机具有很好的前景，称之为车载飞轮电池。车载飞轮电池具有清洁无污染、充电快捷等优点。上世纪80年代，瑞士研究出第一辆飞轮电池汽车的充电时间控制在2min中内;90年代末，美国Texas大学将飞轮储能系统应用于军用车辆中，该系统可以间歇性的提供5MW的输出脉冲，连续输出功率为350kW,最小的空载损耗小于1000W,可以满足14-ton的军用侦查车辆的脉冲电力需求.

4.2.2 飞轮混合电池

飞轮储能系统也可以与内燃机或者化学电池并用于汽车中，当汽车下坡或是刹车时，将汽车的动能转化为飞轮的机械能储存;当汽车加速、上坡等需要短时间大功率输出时，飞轮再将能量释放出来。这样可以使汽车节约大约30%的能量，也使加速度更大.由于轨道交通制动比公路汽车更有规律性，飞轮在其中能够在回收巨大能量。

4.3 在航空航天中的应用

飞轮储能系统使用寿命长，非常适合对卫星供电。同时，利用飞轮的动量矩可以有效地对卫星的姿态进行控制，代替原来的化学电池可以减少了卫星的重量。1986年2月，法国发射“SPOT”卫星，首次将飞轮技术运用于航天器，上面的3个反作用飞轮使卫星对地球的指向控制精度为0.15°，的姿态稳定达到0. 0001°/s.

五、主要飞轮储能企业

上海中以投资发展有限公司，郑州瑞能电气有限公司旗下子公司。上海中以与Chakratec合作研制开发的高效飞轮储能技术，转速25000转/分、无限制充放电周期和96%的放电深度，填补了国内外市场空白。

沈阳微控新能源技术有限公司，微控新能源与美国VYCON(VYCON,INC.)公司在全球达成了全面排他性战略合作关系，并拥有全部技术能力和VYCON 品牌使用权。其飞轮储能系列产品广泛应用于数据中心绿色储能、轨道交通制动能量回收、油田钻机/修井机储能等。

盾石磁能科技有限责任公司(GTR飞轮储能)，冀东集团投资3亿元建设的全资子公司，主要产品为功率型GTR飞轮储能系统与蓄电池结合组成复合式储能系统。该系统具备高比功率，可以在15s内实现全功率快速充放电，响应时间仅有5ms，但可实现1000万次、超过20年的循环寿命，且本体免维护，维护成本低，已广泛应用在轨道牵引动力储能、微电网系统调频调压等领域，填补了国内科技、市场的空白。

北京奇峰聚能科技有限公司，中国英利集团投资组建，专注于磁悬浮飞轮储能研究。2011年1月，英利自主研发出1千瓦时储能飞轮样机。同年9月，国内首台20千瓦时磁悬浮飞轮储能样机下线。此后，由英利投资的北京奇峰聚能科技有限公司经过国家科技部审批，在国家高技术研究发展计划(863)高性能物理储能项目中承担了磁悬浮储能飞轮技术课题研究工作。

二重德阳储能科技有限公司为二重(德阳)重型装备有限公司的控股子公司，是一家集飞轮储能产品研发、设计、推广、销售及服务于一体的高科技公司，公司产品真空磁悬浮飞轮旋转储能，零排放无污染，放电功率大，功率密度高，无限次充放电，使用年限长达20年，能效高达96%，可广泛应用于不间断电源、智能电网、交通运输、石油化工、航空航天等领域。

北京泓慧国际能源技术发展有限公司，是一家军民融合、航天技术转民用的高科技企业，可提供先进的飞轮储能技术和节能服务，已开发出了国际领先的具有完全自主知识产权的系列化飞轮储能技术和产品，可广泛应用于轨道交通制动能回收利用、UPS毫秒级不间断电源、港口码头龙门起重机节能延寿，以及微电网、人防工程、风力太阳能储能电站等领域。

贝肯新能源(天津)有限公司，于2017年成立，是一家拥有自主知识产权的企业。公司主要从事先进储能技术的开发，特别是飞轮储能技术在电网领域的开发应用。公司联合了华北电力大学先进飞轮储能技术与工程应用研发中心，斥巨资100%收购了加拿大Temporal Power飞轮储能技术公司。公司是全球单体容量最大的储能飞轮生产及工程服务商，主要应用于电网调频、搭配可再生能源的微电网电力供应等。

罗特尼克能源科技(北京)有限公司，其自主开发、拥有完全知识产权的OmniFly™ 高能碳纤维飞轮储能系统，是具领先的高功率、高能量、高效率、高强度碳纤维、磁悬浮飞轮储能系统，单机设计的最大输出功率可达1兆瓦，储能12千瓦时，占地仅0.84平方米，待机功率仅500瓦，并可模块化集成为数十至数百兆瓦电站。OmniFly™系列其产品面向能量循环系统、智能电网调频电站、数据中心UPS 等应用领域。

STORNETIC，成立于2013年的德国储能企业，2016年9月首次推出其EnWheel飞轮储能产品，2017年向法国电力集团其首套储能设备，用于平滑当地电网的风电和光伏的波动。

AmberKinetics，2009年成立于美国，开发出了世界首个商业化的四小时放电时效动力储能系统，可搭配光伏风电等可再生能源，广泛应用于微电网、备用电源、电网辅助服务、削峰填谷套利等，已在全球各地有示范应用项目。

Vycon，美国飞轮储能企业，总部位于美国加州南部的航空航天工业中心，亚洲总部位于中国沈阳工业城，产品广泛应用于数据中心、轨道交通、航空航天等领域，国内北京电信数据中心、东莞华为数据中心都有实际应用案例。

本文来源：北极星储能网综合整理