2020年10月14日-16日，2020北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2020）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，本屆大會以“引領綠色復蘇，構筑更好未來”為主題，聚焦中國能源革命的未來。能見App全程直播本次大會。
在15日召開的CWP2020創新劇場上，沈陽微控新能源技術有限公司副總裁陳燁發表《 飛輪儲能技術在風電場站一次調頻中的應用》主題演講。
以下為發言實錄：陳燁：謝謝大家，今天下午我們是第一個演講，也由我來給我們下午的報告做一個暖場。我跟大家交流的主要是《磁懸浮飛輪儲能技術在風電場站一次調頻中的應用》情況，現在整個風電發展趨勢大家都已經很清楚了，我們現在有2.1億裝機量，現在整個光伏、風電加起來有20%的裝機比例，他帶來的一個問題就是現在這么多的新能源裝機，我們的電網完全具備了高比例新能源接入的特征，所以整個結構跟我們傳統的常規電網絡來源說已經有很大的區別了。那我們看其實高比例新能源介入的電力系統有兩個比較重要，一個是新能源消納問題，第二個安全穩定運行風險的問題，關于新能源消納的問題我們今天在這里不更多贅述，主要討論安全風險。電力系統安全風險的增加達到對于新能源高發的地區來說主要因為我們新能源波動性和它的不可預見性帶來的調整頻率和抗干擾能力不斷下降，這是我們背靠電科院做的測試，如果按20%新能源接入的比例，有的地方超過40%，下面這個圖藍色是常規機組的當考慮4%缺額的情況下的情況，紅色的線是參考新能源的情況。比較明顯的變化是如果我們有20%的新能源接入的話，我們整個頻率變化其實已經進入到我們的低頻減載區了，就會造成一些動作，如果新能源比例越來越高就會惡化，這個對我們的新能源接入，如果不具備調頻能力對我們電網帶來的很大的挑戰。
當然國家隊整個電網特別新能源的能力也有深刻認識，2018年開始特別今年7月的《導則》事實要求我們必須具備一次調頻能力，現在江西、陜西、遼寧、江蘇很多的中心也發了相關要求，新能源場站必須具備一次調頻才可以并網，現在在改造。這些是整個一次調頻和新能源對接的方面。當然我們今天主要聚焦在風電，傳統風機來說，我們現在聲饋的風機跟我們的電網頻率結耦，不能像傳統機組具備調頻響應應能力，不是說不具備，我們從兩個方面來說現在的風機可以實現部分調頻功能，第一個就是我們通過轉速度控制，本身我們的轉子帶一定動能，可以提供一定能量。左邊的圖可以看到電力系統的頻率調節過程，一次調頻大概覆蓋從頻率變化到60秒之間的變化，右邊這個圖是我們一個典型兩兆瓦風機的轉子動能，如果按照10%的國標要求調節動能情況，我們看到雖然它有一定能力但是跟風機當時運轉狀態直接相關，如果轉速高能力就更強一些，轉速低就更弱一些。所以在低轉速的情況下希望通過轉子轉速度控制完全實現和滿足一次調頻的指標這個比較有困難。我們另外一方面可以通過機的夾角控制來控制，當然這里面一個大的能力他向上調節不足，因為現在風機還是空曠的情況運行，不能有向上調節的額外功率，除非讓我們的風機在日常中通過減載方式運行，語流出容量完成我們的一次調頻工作。
當然會帶來兩個問題，一個是我們整個風機控制是機械的，所以響應速度來說是有一定的困難的，另外一個很重要的云梯是我們長期的風機在10%的的備用容量減載方式運行的話，對我們風電場長期帶來的經濟損失比較大。這些都是我們風機本身由它承擔一次調頻的特輕和能力還有相關不足的地方。
怎么去解決這個問題呢？很多人提到儲能，儲能作為能量源由它配套做調頻。一次調頻的儲能跟我們常規接觸到的調峰儲能有很大差別，很多地方政策不管是10%、20%、5%是按照調峰頂德國問題，調峰調頻對儲能技術來說有兩個主要點有很大區別，第一個就是充放電拼刺，對于一次調頻來說，每天充放電頻次幾十次、上百次或者擊敗次，那這個對于我們現在以化學電池、鋰電池為代表的儲能電池來說使用壽命有很大壓力，第二個持續時間并不長，我們剛才看到單次調頻一分鐘，所以這種頻繁充放電短時間的特性并不特別適合于化學電視的適用，我們現在基于集中儲能的方式解決新能源一次調頻的問題還有很多需要摸索。還有另外路徑就是通過儲能跟分機機組配合的協同方式來做事先調頻的功能。它的基本邏輯是我們既然知道剛才我們看到風機轉子本身具備一定能量，只不過是在有些情況下他不能夠滿足于調頻要求，這這樣我們通過一個儲能裝置提供一個功率支撐或者能量源，當不能滿足要求的時候由我們儲能系統支撐，這樣可以使我們的風機在更多時候有個東風況的短時調節能力。
這是一方面，另外一方面我們知道轉子的轉素控制有另外一個就是恢復期品此跌落的問題，這個對電網影響比較大，因為我們的儲能裝置在恢復期可以提供一個支撐，所以可以比較好的解決這個問題，比較容易能夠使我們的機組恢復更快的MPPT的運行模式。
剛才提到了我們說高使用頻次短時間的儲能對儲能期限會提出很多要求，當然儲能方式有很多種，化學儲能、物理儲能很多方式，這里飛輪儲能工利性的儲能技術比較適合在這個工況下使用。
這個圖是我們看到現在做過一些相關仿真工作，我們看左上角的圖，這個圖藍色的線不做控制，綠色是轉組的控制，最后一個是轉組協調的。這個我們可以看到，如果通過組協同，他頻率下降的最低點有一個很好的提升，第二點我們可以看到低于整個二次跌落可以很好的解決，所以我們看仿真，實踐的數據來看，鳳儲協同的方式可以完成我們風電一次調頻的國家的要求，同時我們通過轉組控制和儲能方式結合，我們的機組就不需要進行控制，這樣也可以在很大程度上避免風電場經濟上的長期損失，另外我們也可以幫助機組更快恢復他的使用狀態。另外我們說飛輪儲能壽命非常長，它的壽命和便利性在很多工況下來說跟我們風電機組的十用來說有很強的契合性。
這是一個我們飛輪儲能技術簡單介紹，有很多專家對飛輪儲能比較了解，有很多朋友接觸的也不多，飛輪儲能是一種物理儲能的方式，通過動能和電能之間的轉換進行能量存儲，跟我們傳統機組非常像，傳電發電機組就可以看成一個巨大的飛輪，也是通過能量轉換來實施。對于飛輪來說充電放電主要控制它的轉速，我們知道當充電的狀態等于說由電機電能變動能能，那我們飛輪由低到高就完成充電的過程，相反就可以把動能向外輸出，是一個放電的過程。
中間的圖是基于飛輪磁懸浮的結構，有四部分，一個永四磁四電機部分，這個跟下面是同抽的，因為要做雙向轉換，沖向是通過電動機來運行由高速到低速的運轉形成充電，放點就會切換把動能向外輸出。里二第二是飛輪儲體，高強度的合金剛才，非常重轉速非常高，比如我們現在可以做到37000轉每分鐘，通過這么高轉速的儲存體可以達到一個很好的存儲過程。
本身我們是一個高速的所以我們需要一個軸承支撐，最先進的叫磁懸浮的軸承，所以在運行過程中在一個巡撫過程中高速旋轉，同時看到外面是一個真空腔體，在真空環境高速旋轉所以損耗非常低，這是我們的一個飛輪產品的主要部件。當然我們需要一個功率變換器把我們電機輸出的交流變頻作為指出，所以它的應用跟我們的非常像都是在直流側進行相關接入。
給大家說微控新能源公司，我們是國家高新企業，在中德（沈陽）高端裝備園在2018年收購美國VYCON公司，包括一系列核心技術，另外我們現在全球唯一一條生產線，因為大家原來對他的理解都是非常有特點，技術很先進，但是造價非常貴用起來很困難，但是現在隨著國產化逐步推薦，現在整個飛輪產品造價應該降到非常有競爭力的區間了。現在在全球部署量也超過2000臺，在軌道交通、電力、工業、醫療各個領域都有很成熟的業務。
這個是我們一個產品的基本形態，右邊就是我們產品的一個圖，標準柜體方式，這一臺飛輪最高可以做到4500千瓦輸出功率，長寬高大概是56×56×180，占地面積0.5的平方，所以大家可以看到這是一個跟我們家冰箱差不多的，是一個集成度非常高的產品，這個可能跟大家傳統對于飛輪比較笨重、龐大的認知還是有一些不一樣的地方。我們的這個轉速非常高，37000（），另外一個本身飛輪是一個純物理儲能方式，也不存在任何火災、爆炸的安全風險，所以安全性比傳統的化學儲能有自己的優勢，我們也提供了很多CNAS、UL、CR等第三方認證，里面有多少能量、能存多少電放多少電我們可以精確到秒，這個是我們傳統的化學電池不具備的，所以這點也是對我們控制來說更優勢的一點。
這是我們在今年去做的一個我們儲能系統用于新能源一次調頻的示范項目，這是國網的規模化風機調頻性能關鍵技術研究的一個項目，在國電龍源風電發力有限迥四右玉老千殺風電廠，混合儲能的技術，應用于整個新能源場站調頻的項目，這個項目我們一期使用1兆瓦的飛輪加4兆瓦鋰電池，同時解決一次調頻輸出的問題，這個還是采用集中式的儲能部署方式。我們想如果說我們跟風機的結合這種儲能加風機的分布式部署，因為它可以更好的發揮整個我們機組已有的動能條件，這樣其實我們的儲能的配置的比例就可以大幅下降，這個來說對于整個從我們不管是對于風電場還是對于風機廠商來說，從產品的競爭力，從他的成本可接受程度上來說都是可以符合大家的要求的。
今天我要跟大家交流的就是這些內容，我們在E2-C21有設備模型，各位專家朋友如果有興趣的話歡迎大家參觀考察，謝謝大家。
（根據演講速記整理，未經演講人審核）
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