產(chǎn)業(yè)行進在“更上層樓”的道路上

“儲能技術(shù)的創(chuàng)新突破將成為帶動全球能源格局革命性、顛覆性調(diào)整的重要引領(lǐng)技術(shù)。儲能設(shè)施的加快建設(shè)將成為國家構(gòu)建更加清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系的重要基礎(chǔ)設(shè)施。”《行動計劃》如是說。儲能產(chǎn)業(yè)正行進在技術(shù)創(chuàng)新突破、努力拓展市場應(yīng)用的道路上。

飛輪儲能應(yīng)用初露鋒芒

飛輪儲能裝置已被列入國家首臺套和數(shù)據(jù)中心綠色推薦產(chǎn)品，同時被列入《中國制造2025—能源裝備實施方案》。據(jù)汪大春介紹，飛輪儲能是一種物理儲能技術(shù)，通過真空磁懸浮條件下高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子來儲存能量。磁懸浮飛輪儲能裝置是一套可以實現(xiàn)電能和動能之間高效相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。充電時，相當于電動機，將電能轉(zhuǎn)換為動能，轉(zhuǎn)速每分鐘幾萬轉(zhuǎn)，儲存能量；放電時，相當于發(fā)電機，轉(zhuǎn)速下降，將動能轉(zhuǎn)化為電能，向負載釋放電能。飛輪轉(zhuǎn)子在真空室內(nèi)、磁懸浮狀態(tài)下工作，沒有空氣阻力，減少了運行中的能量損耗，提高了飛輪轉(zhuǎn)速。“我們突破了低功耗混合磁懸浮軸承及控制技術(shù)、高速高效電機及高精度控制技術(shù)，研制成功國內(nèi)首臺磁懸浮姿控儲能兩用飛輪。2019年11月，公司開發(fā)的國內(nèi)首臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的飛輪UPS移動電源車完成驗收。”汪大春說。據(jù)了解，汪大春所在的北京泓慧國際能源技術(shù)發(fā)展有限公司，是軍民融合、航天技術(shù)轉(zhuǎn)民用的高新技術(shù)企業(yè)。該公司核心技術(shù)源自北京航空航天大學磁懸浮飛輪重點實驗室，該實驗室專注于航天衛(wèi)星磁懸浮儲能飛輪研發(fā)十余年。2007年，技術(shù)團隊研制的我國首臺磁懸浮慣性飛輪獲得“國家技術(shù)發(fā)明一等獎”，該技術(shù)使我國衛(wèi)星壽命由幾年提高到十幾年，姿態(tài)穩(wěn)定控制精度提高一至二個數(shù)量級，成功應(yīng)用于2012年實踐九號衛(wèi)星和2015年一箭二十星上。2017年，公司中標成都格羅方德半導體公司近億元大訂單，這是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的飛輪儲能技術(shù)第一次在半導體行業(yè)內(nèi)獲得訂單，打破了國外壟斷。

汪大春介紹說，飛輪儲能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如數(shù)據(jù)中心的UPS；高層建筑和智能建筑電源保護；微型電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰；高科技工廠不間斷電源；地鐵和高鐵的剎車制動能回收應(yīng)用；風能和太陽能儲能，削峰填谷，平滑波動，以及電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰。在軍事領(lǐng)域，飛輪儲能應(yīng)用于航母電磁彈射、激光炮和電磁軌道炮；用于醫(yī)療行業(yè)CT，MRI，及其他高端醫(yī)療儀器電源保護。還可應(yīng)用于移動電源車保障重大會議、活動和比賽的緊急保電，在石油天然氣領(lǐng)域，飛輪儲能應(yīng)用于石油鉆井平臺的能量回收、天然氣發(fā)電削峰填谷。

光伏電站綜合儲能應(yīng)用

“風光”電的不穩(wěn)定性是制約風光發(fā)展的重要因素。儲能技術(shù)的進步與應(yīng)用可以解決這個問題，從而可以進一步為風光行業(yè)發(fā)展清除障礙。汪大春給記者介紹了光伏電站綜合儲能應(yīng)用的方案。“這個方案的技術(shù)路線包括兩方面。一是配套建設(shè)高效的能量型、功率型混合儲能站。在新能源場站建設(shè)儲能電站，能夠依據(jù)電網(wǎng)需求實時調(diào)整功率輸出；平抑由風光資源波動性、間歇性導致的功率波動；進行大容量電能遷移，調(diào)整新能源發(fā)電的反調(diào)峰性。因此，儲能電池需要同時具備響應(yīng)速度快，充放電循環(huán)次數(shù)多、倍率高、容量大等特性，需要采用飛輪儲能與能量型儲能相結(jié)合的方式。二是采用智能、穩(wěn)定的新型并網(wǎng)接口技術(shù)。在儲能電站配置具有虛擬同步機功能的雙向變流器，同時改造光伏逆變器使其具有同步發(fā)電機特性。這樣可使光伏電站不僅能為電網(wǎng)提供一次調(diào)頻調(diào)壓服務(wù)，還能夠為電網(wǎng)提供頻率電壓支撐，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。”

汪大春告訴記者，光伏電站綜合儲能應(yīng)用方案中，包括3方面關(guān)鍵技術(shù)。

一是飛輪儲能。利用磁懸浮及真空技術(shù)，使飛輪轉(zhuǎn)子在近乎無阻力的環(huán)境下運行，通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機，實現(xiàn)電能與動能之間的高效率雙向轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換效率高達98%，并可通過調(diào)頻、整流、恒壓等控制方式匹配不同類型的負載。具有充放電效率高，倍率性能好，充放電次數(shù)達百萬級等優(yōu)點。

二是虛擬機同步。通過模擬同步發(fā)電機或同步電動機的機電暫態(tài)特性，使采用電力電子變流技術(shù)的裝置具有同步發(fā)電機或同步電動機的慣量、阻尼等運行外特性。不僅可根據(jù)電網(wǎng)頻率和電壓變化實時調(diào)整發(fā)電或負荷功率，滿足一次調(diào)頻和一次調(diào)壓的需求，還能以電壓源的形式為電網(wǎng)提供頻率電壓支撐，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免次同步振蕩的問題發(fā)生。

三是混合型儲能能量管理。依據(jù)調(diào)度AGC指令，協(xié)調(diào)控制飛輪儲能、能量型儲能及光伏逆變器的功率輸出，快速、精確響應(yīng)調(diào)度AGC目標指令，平抑光伏逆變器出力波動，使光伏電站并網(wǎng)點功率始終跟隨AGC計劃曲線。同時制定合理的充放電策略，滿足削峰填谷、調(diào)峰輔助服務(wù)等需求，實現(xiàn)光伏電站經(jīng)濟效益最大化。

做好智慧能源服務(wù)商

“儲能是能源革命的重要環(huán)節(jié)，是提高能源消費結(jié)構(gòu)中清潔能源占比，保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行，實現(xiàn)對能源的高效、智能、低碳利用的關(guān)鍵。儲能一定是未來能源形態(tài)中的標配。從某種意義上講，儲能資產(chǎn)在能源互聯(lián)網(wǎng)總資產(chǎn)中的占比體現(xiàn)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣和能源使用效率的高低。”陳博對記者說。據(jù)陳博介紹，北京國網(wǎng)電力技術(shù)有限公司作為智慧能源服務(wù)商，以綜合能源服務(wù)為切入點，在源、網(wǎng)、荷三個環(huán)節(jié)科學配置儲能設(shè)施，達到提高能源利用效率、降低能源使用成本的目標。該公司以儲能技術(shù)示范推動儲能商業(yè)應(yīng)用，以商業(yè)化儲能項目推動能源互聯(lián)網(wǎng)要素整合和儲能技術(shù)創(chuàng)新。儲能行業(yè)的發(fā)展必然依托于商業(yè)應(yīng)用的擴圍。

“在用戶側(cè)，我們承建的京能集團樂多港智慧園區(qū)2MW/7.96MW儲能示范項目為商業(yè)大客戶解決了用電成本高以及電網(wǎng)難以增容等問題。此外，公司在天津市靜海區(qū)投資建設(shè)清潔能源取暖項目，通過谷電儲熱、熱量計費、智能管理等技術(shù)，為800余用戶供暖，供暖面積超9萬平方米，實現(xiàn)了電網(wǎng)的削峰填谷和經(jīng)濟運行。此外，在北京大興區(qū)三間房村的微電網(wǎng)系統(tǒng)項目中，對由于個人、家庭用戶增長的能源需求對農(nóng)網(wǎng)造成的末端負荷沖擊，公司正在研究和論證采用退役動力電池作為住宅配套儲能設(shè)施的梯次利用方案。在電網(wǎng)的輸、配環(huán)節(jié)，我們投資建設(shè)的北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)（路南區(qū)）能源互聯(lián)網(wǎng)綜合試點示范項目是國家首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目，項目中的深冷液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)，較好地適應(yīng)了周邊大中規(guī)模工業(yè)企業(yè)的儲能需求，并結(jié)合冷熱電三聯(lián)供，取得了較高的綜合能量效率，為能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵的配網(wǎng)環(huán)節(jié)的市場化改革，做了充分的技術(shù)準備。”陳博說。

北京泓慧國際能源技術(shù)發(fā)展有限公司、北京國網(wǎng)電力技術(shù)有限公司、央企國機重裝僅僅是儲能推廣應(yīng)用眾多企業(yè)中的個體代表——整個行業(yè)正行進在“更上層樓”的征途中。