2021年10月17日-20日,2021北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)(CWP 2021)在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一,這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì),再次登陸北京。
本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題,歷時(shí)四天,包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風(fēng)電市場發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國際新興風(fēng)電市場發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個(gè)分論壇。能見App全程直播本次大會(huì)。
在儲(chǔ)能與新能源融合發(fā)展論壇上,沈陽微控新能源技術(shù)有限公司陳燁發(fā)表了題為《磁懸浮飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電場頻率支撐領(lǐng)域的應(yīng)用》的主題演講。
以下為演講原文:
陳燁:各位同仁大家上午好,我主要跟大家分享的磁懸浮飛輪技術(shù)在風(fēng)電場頻率支撐領(lǐng)域的應(yīng)用情況。
大家對于化學(xué)儲(chǔ)能比較了解了,對于飛輪儲(chǔ)能很多同仁還不是很清楚,也簡單介紹一下,飛輪儲(chǔ)能是一種物理儲(chǔ)能方式,主要通過高速旋轉(zhuǎn)體的這種旋轉(zhuǎn)進(jìn)行動(dòng)能存儲(chǔ),同時(shí)進(jìn)行動(dòng)能和電能之間的轉(zhuǎn)換,我們通過飛輪的儲(chǔ)能公式可以看出來,飛輪儲(chǔ)能量跟兩個(gè)因素有關(guān)系,首先跟飛輪的質(zhì)量,另外跟飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,它本身跟飛輪轉(zhuǎn)速成正比,高速飛輪是有更好能量密度的,也是飛輪產(chǎn)品發(fā)展的方向。
最新飛輪技術(shù)采用磁懸浮飛輪,叫磁懸浮儲(chǔ)能飛輪,飛輪運(yùn)行時(shí)它是在完全真空環(huán)境里面,屬于沒有接觸的,全磁懸浮狀態(tài)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn),沒有磨損問題,同時(shí)功耗非常小,這是最新型的儲(chǔ)能技術(shù)形態(tài)。
再看一下飛輪內(nèi)部的結(jié)構(gòu),第一部分飛輪本體部分,相當(dāng)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī),也是飛輪心臟的部分。第二部分電力電子部分,做飛輪電機(jī)和直流之間變換的。第三,是控制系統(tǒng)。第四,是真空棒,包括真空運(yùn)行的環(huán)境。再看飛輪本體內(nèi)部的結(jié)構(gòu),上下兩個(gè)金色就是一對的磁懸浮軸承,通過它的支撐保證飛輪在一個(gè)懸浮狀態(tài)下高速旋轉(zhuǎn),上面是高速電機(jī)部分,現(xiàn)在電機(jī)都是雙模,飛輪充電的時(shí)候是電動(dòng)機(jī)的工況,由低速到高速旋轉(zhuǎn)。放電的時(shí)候上面切換成發(fā)電機(jī)情況,動(dòng)能向電能向外輸出,對于飛輪來說,充電的時(shí)候轉(zhuǎn)速是低速向高速的,它控制能量的輸出。
下面更寬的就是飛輪部分,通過高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行能量存儲(chǔ),外面是真空環(huán)境,保證運(yùn)行時(shí)的真空特性。剛才我們看到黑色整個(gè)飛輪的部分,看上去比較簡單,它里面結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜,從鋼廠把這種特種鋼材冶煉出來到我們形成飛輪的產(chǎn)品,它其中要經(jīng)過將近50多道的工序,里面有200多個(gè)零件,它是高速旋轉(zhuǎn)的,完全靠高精度加工工藝來制成的,對整個(gè)加工工藝來說有非常高的要求。
對于任何儲(chǔ)能技術(shù)來說安全性都是最關(guān)鍵的,飛輪作為物理儲(chǔ)能,安全性高于化學(xué),并不是說沒有安全隱患,處理不當(dāng)也是有安全問題的,對于飛輪來說比較嚴(yán)重的安全問題,是所謂飛輪的旋轉(zhuǎn)過程中解體,怎么保證飛輪的安全性,最重要或者最基礎(chǔ)的要對飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行無損檢測,也就是探傷,才能夠判斷飛輪里面內(nèi)部是否有裂紋,氣泡缺陷,如果有缺陷的話,長期運(yùn)行過程中帶來比較大隱患,這是使用的超聲波無損探傷的設(shè)備,如果說探測結(jié)果沒有缺陷,才能保證飛輪的安全性,當(dāng)然這種超聲波探測是有一定條件的,太大了,或者尺度太厚的飛輪就達(dá)不到,對于飛輪的尺寸來說是有一定要求的。
總之,飛輪的特性大體有這些。第一,它有更高的安全性,另外有更長的使用壽命,還有大功率密度,快速充放電,容易部署,退役回收環(huán)保壓力更小一些。
下面再來看一下磁懸浮飛輪在風(fēng)電場頻率支撐領(lǐng)域里面的情況,總書記提出了以新能為主體的新型電力系統(tǒng),對于新型電力系統(tǒng)來說一個(gè)比較關(guān)鍵和主要的問題,隨著新能源并網(wǎng)越來越大,電網(wǎng)穩(wěn)定性現(xiàn)在是一個(gè)逐步下降趨勢,它穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是逐步增大的,其中主要的表現(xiàn)在電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力下降是比較重要的,右下角電科院做的仿真圖,超過21%的時(shí)候,考慮到4%驅(qū)額的話,就會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)的減損的動(dòng)作,當(dāng)達(dá)到50%的時(shí)候問題就比較嚴(yán)重了,所以國家標(biāo)準(zhǔn)明確要求新能源必須要具備慣量響應(yīng),一次調(diào)頻最主要的方面,特別是國家能源局發(fā)布的兩個(gè)細(xì)則,也是把慣量第一次提出來,對于整個(gè)新能源場站調(diào)頻能力也是越來越重視。
對于特性來說大家比較熟悉了,本身我們轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟電網(wǎng)頻率是結(jié)耦的,并不是說我們風(fēng)電機(jī)組不具備這種調(diào)頻能力,其實(shí)剛才龐總提到了我們可以有一定的調(diào)頻能力,但是它的能力跟風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是緊密跌到,同時(shí)在頻率恢復(fù)的時(shí)候比較容易造成頻率二次勞動(dòng),通過快頻裝置,通過快槳控制,可以通過一次調(diào)頻能力的提升,也有弊端,它的問題是,現(xiàn)在風(fēng)機(jī)都是最大功率跟隨工況下運(yùn)行,如果你讓它具備向上調(diào)節(jié)能力,必須要有線上的容量??匆幌聲r(shí)間維度是30秒之內(nèi),通過儲(chǔ)能方式彌補(bǔ)一些風(fēng)電場的調(diào)頻能力不足的問題。
當(dāng)然不同儲(chǔ)能技術(shù),應(yīng)用在新能源場站不一樣,我們對于參數(shù)要求也有很大區(qū)別,以一次調(diào)頻為例,有幾個(gè)特點(diǎn)。第一充放電頻次非常高,如果調(diào)頻設(shè)在0.4赫茲,每天1600次的充放電次數(shù)。第二響應(yīng)次數(shù)比較快,國家要求不大于3秒的。慣量響應(yīng)要求不大于5秒,使用壽命希望跟全生命周期配套,這些特性跟飛輪的技術(shù)特性契合度比較高,也是大家比較關(guān)注于飛輪技術(shù)運(yùn)用到新能源一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)里面的主要出發(fā)點(diǎn)。
下面分享幾個(gè)我們已經(jīng)實(shí)施過的應(yīng)用案例,這是去年在國家能源集團(tuán)山西風(fēng)電場實(shí)施的混合儲(chǔ)能一次調(diào)頻示范項(xiàng)目,也是全國第一個(gè)完成35KV并網(wǎng)試驗(yàn)的兆瓦級飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng),也是首個(gè)飛輪+鋰電池混合儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
當(dāng)時(shí)測試的工況跟大家講一下,紅色這條線是整個(gè)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的指令,紫色白色是飛輪系統(tǒng)的指令和電量,黃色和紅色是鋰電池系統(tǒng)的電量和指令,橢圓形區(qū)間風(fēng)電場經(jīng)歷了一次比較小的波動(dòng),這時(shí)候優(yōu)先由飛輪系統(tǒng)進(jìn)行處理,在矩形的區(qū)間,這次風(fēng)電場遇到比較大的頻率波動(dòng),依然由飛輪系統(tǒng)進(jìn)行支撐,當(dāng)飛輪電量不足的時(shí)候,再由鋰電池進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)償,這是一個(gè)整個(gè)測試過程,這里面也體現(xiàn)了混合儲(chǔ)能主要的控制策略,基本上就是優(yōu)先使用飛輪處理,鋰電池作為補(bǔ)充,這套混合儲(chǔ)能系統(tǒng)臟活累活都由飛輪系統(tǒng)干,鋰電池是它在一個(gè)更適合于鋰電池工作情況下去運(yùn)行。
這個(gè)案例是在大唐遼寧風(fēng)電場實(shí)施的,風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻和慣量的示范項(xiàng)目,應(yīng)用飛輪系統(tǒng)和單風(fēng)機(jī)參與場站的一次調(diào)頻和慣量響應(yīng)的示范項(xiàng)目,這個(gè)系統(tǒng)跟剛才系統(tǒng)不太一樣的地方,它部署在單風(fēng)機(jī)當(dāng)中,實(shí)現(xiàn)一個(gè)整個(gè)風(fēng)機(jī)的一次調(diào)頻慣量的支撐。
這是電科院做的實(shí)際測試情況,一次調(diào)頻響應(yīng)速度160毫秒,這個(gè)響應(yīng)速度是當(dāng)頻率脫離一次調(diào)頻死區(qū)開始,當(dāng)有情況發(fā)生的時(shí)候,到下放到整個(gè)風(fēng)電場控制指令到出列到完全支撐,整個(gè)全過程在160毫秒,對于虛擬慣量響應(yīng)來說是280毫秒,它需要測量頻率變化率,需要多幾個(gè)采樣點(diǎn),相對來說時(shí)間更長一些,這些指標(biāo)是完全優(yōu)于現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)的一些相關(guān)要求的。
最后簡單向大家再介紹一下微控新能源公司,我們2017年收購了飛輪企業(yè),2018年成立了微控新能源,微控新能源總部位于中德沈陽高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園,也承擔(dān)了省部級的項(xiàng)目,支撐我們產(chǎn)能每年達(dá)到1000臺(tái),現(xiàn)在全球部署3000臺(tái),在電力行業(yè),軌道交通,數(shù)據(jù)中心各個(gè)行業(yè)都有比較多的應(yīng)用。
最后感謝大家對于微控的關(guān)注,我們展臺(tái)在E4館E3展位,希望各位同仁指導(dǎo)考察,謝謝大家。
(根據(jù)速記整理,未經(jīng)本人審核)
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