飞轮储能技术在电网调频中的应用
飞轮储能应用
能量储存技术是一个世界性的研究课题，为了更有效地利用现有的能源就需要发展先进节能技术和储能技术。
长期以来，电能的储存一般采用化学蓄电池，而近十几年，飞轮储能技术得到了迅速的发展。
由于其具有使用寿命长、功率密度高、储能密度大、基本不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境无危害等优点，比使用蓄电池储能具有更大的优越性。
飞轮储能技术在电网调峰、电动汽车、航空航天、不间断供电备用电源UPS等诸多领域都有广泛的应用前景。
近年来，与飞轮储能技术密切相关的三项技术取得了重要突破；一是磁悬浮技术的研究进展很快，磁悬浮配合真空技术，可把轴系的摩擦损耗和风损降低到人们所期望的限度；二是高强度碳素纤维和玻璃纤维的出现，允许飞轮边缘速度达到l 000 m／s以上，大大增加了单位质量的动能储存量；三是现代电力电子技术的发展给飞轮电机与配电网系统之间的能量交换提供了灵活的桥梁。
这三项技术的新进展，使飞轮储能技术取得了突破性的进展，并在许多领域中获得成功应用，其潜在价值和优越性逐渐体现出来。
在实际应用中，经常要使飞轮储能系统运行于发电运行状态单独给负荷供电，如飞轮储能系统应用于太阳能发电时，需要在无光照的条件下独立向负荷供电，而当飞轮储能系统用作UPS时，需要在电网供电中断或供电不正常的情况下独立向重要负荷供电。
然而，由于电机运行于发电状态时，其绕组电动势的大小与飞轮的转速成正比，而飞轮转速会随着电能的释放而逐渐降低，这样将不能满足向负荷供电的要求。
负荷的波动也会引起电机定子绕组端电压的变化。
因此，有必要设计合理的电路和控制方法使飞轮储能系统发出的电能能够满足负荷的要求。
在合理选择飞轮电机的基础上，设计了飞轮储能系统运行于减速发电状态并向负荷供电时的主电路结构，建立了飞轮储能系统的数学模型，重点对如何实现飞轮储能系统对负荷恒电压供电的控制策略进行了研究。
飞轮储能系统的构成飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。
飞轮储能关键技术及其发展现状
飞轮储能关键技术及其发展现状一、本文概述飞轮储能技术，作为一种高效、环保的储能方式，近年来在全球范围内引起了广泛关注。
本文旨在全面解析飞轮储能的关键技术及其发展现状。
我们将深入探讨飞轮储能的基本原理、关键技术要素、应用领域以及当前的发展状况，同时展望其未来的发展趋势。
通过对飞轮储能技术的系统研究，我们期望能够为相关领域的研究者、从业者以及投资者提供有价值的参考信息，推动飞轮储能技术的进一步发展与应用。
文章将首先概述飞轮储能技术的基本概念和工作原理，为读者建立基础理解。
随后，将重点分析飞轮储能技术的关键技术，包括飞轮设计、材料选择、能量转换与存储等方面，揭示这些技术在推动飞轮储能技术发展中的核心作用。
紧接着，文章将讨论飞轮储能技术在不同领域的应用现状，如电力储能、轨道交通、航空航天等，展示其广泛的应用前景。
我们将对飞轮储能技术的发展趋势进行展望，分析当前面临的挑战与机遇，并提出相应的建议与策略。
通过本文的阐述，我们期望能够加深读者对飞轮储能技术的认识，为推动该技术的创新与发展贡献力量。
二、飞轮储能关键技术飞轮储能技术是一种利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式存储起来的储能技术。
其关键技术主要包括飞轮设计、轴承技术、真空技术、磁悬浮技术、能量转换与控制技术等。
飞轮设计是飞轮储能技术的核心，它直接决定了储能密度和储能效率。
飞轮设计需要解决的关键问题包括飞轮材料的选择、飞轮形状的优化、飞轮强度的保证以及飞轮转动的稳定性等。
目前，常用的飞轮材料包括高强度钢、碳纤维复合材料等，而飞轮形状则多为圆柱形或盘形。
轴承技术是飞轮储能技术中的重要环节，它决定了飞轮转动的平稳性和效率。
飞轮轴承需要承受高速旋转带来的巨大离心力，同时还需要保证飞轮的转动精度和稳定性。
目前，常用的轴承技术包括滚动轴承和磁悬浮轴承，其中磁悬浮轴承具有无接触、无磨损、低噪音等优点，因此在飞轮储能技术中得到了广泛应用。
为了减小空气阻力，提高飞轮储能效率，飞轮储能系统需要在高真空环境下运行。
飞轮储能技术及其应用场景探讨
1飞轮储能技术的构成分析飞轮储能装置作为核心组成部分,承担着能量转换和储存的重要任务,其构成涉及多个关键组件,每个组件都发挥着特定的功能,共同实现飞轮储能系统的高效运行目标。
1.1飞轮飞轮是飞轮储能装置的核心部件,负责储存和释放机械能。
通常采用高强度材料制成,如碳纤维复合材料或高强度金属合金,以承受高速旋转时产生的离心力和应力。
飞轮的设计应考虑质量、形状和平衡性等因素,以确保在旋转过程中的稳定性和安全性。
1.2轴承系统轴承系统是飞轮与储能装置之间的连接和支撑结构,用于支持飞轮的旋转,并降低能量损失。
通常采用高精度轴承,如磁悬浮轴承或气体轴承,以减少摩擦和能量损耗。
轴承系统还具备抗震、抗振和冷却等功能,以提高系统的稳定性和效率。
1.3驱动系统驱动系统负责为飞轮提供动力,将电能转化为机械能。
通常包括电机、传动装置等组件。
电机通过电能输入,将轴承系统与飞轮连接起来,并通过传动装置将电机的旋转动力传递给飞轮,使其开始高速旋转。
1.4真空容器真空容器用于将整个飞轮储能装置封闭在一个低压环境中,以减少空气阻力和能量损失。
它不仅具有优良的隔热性能,能防止热量的传递和损失,同时还能提供必要的机械支撑和保护,确保飞轮在旋转过程中的稳定性和安全性。
1.5控制与监测系统控制与监测系统是飞轮储能装置的智能化核心,用于实时监测飞轮储能装置的状态和性能,并对其进行控制和管理。
该系统包括传感器、数据采集单元、控制器和监测软件等组件。
传感器负责测量飞轮的转速、温度、压力等参数,并将数据飞轮储能技术及其应用场景探讨Discussion on Flywheel Energy Storage Technology and Its Application Scenarios仝雨鑫，王春雷，刘新宇，于爱滨（中建中环新能源有限公司，南京210000）TONG Yu-xin,WANG Chun-lei,LIU Xin-yu,YU Ai-bin(China Construction Zhonghuan New Energy Co.Ltd.,Nanjing210000,China)【摘要】介绍了飞轮储能技术的构成，分析了飞轮储能技术在电力系统、交通运输和可再生能源领域的应用。
飞轮物理储能系统分析及应用
飞轮物理储能系统分析及应用随着人们生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，随着储能技术日趋成熟和成本快速下降，中国储能产业快速发展，逐步从研发示范向商业化阶段过渡，但整体来看储能产业还处于发展初期阶段，仍存在发展前景不明晰、技术标准不完善、商业模式和市场机制不清晰等问题。
从发展规模、技术经济性、产业链等方面总结中国储能发展现状，基于“源-网-荷-储”协调规划理论，从宏观层面展望新能源大规模发展形势下中长期储能发展前景，研究储能在电力系统中的合理运行方式、与新能源消纳关系等重要问题;从微观层面对储能在电源侧、电网侧和用户侧等场景的应用关键问题及发展对策进行分析，并提出相关建议，为推动中国储能产业健康发展提供参考。
标签：飞轮储能系统;交流侧储能;直流侧储能;储能前景分析1、引言通过对相关一系列储能技术进行分析和研究，就能对我国电力系统在实际运行过程中的状况进行全面的了解。
通过运用新能源，能科学有效的处理能源大规模缺乏这一问题。
在对系统自身稳定性进行加强的基础上，还能对其全面性给予保证，进一步提高功率在波动过程中的指令，加强电能质量，对出现的问题进行科学处理。
现阶段无论是储能系统的前期规划，还是中期进行推动的过程，都能加强经济性，对资源配置进行不断优化的基础上，还能保证不同场合的储能系统都能得到科学有效的运用。
2、飞轮物理储能系统简介飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理的方式实现储能，通过电动机/发电机互逆式双向电机，实现电能与高速旋转的飞轮的机械动能之间的相互转换与存储，并通过电力电子设备实现与不同系统之间的接入与控制。
当充电时，采用电动机工作模式，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电动机带动飞轮加速旋转，将电能转变为机械能存储，完成充电过程;当放电时，采用发电机工作模式，利用发电机将飞轮高速旋转的动能转变为电能，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成放电过程。
飞轮储能应用场景
飞轮储能应用场景
1 飞轮简介
飞轮储能技术可以实现飞轮（flywheel）被转换成和能量的储存
形式，又称转换式飞轮储能技术。
这一技术的特点是可以快速高效地
实现存储能量和放出能量，对电力系统具有重要作用。
该技术可以用
来存储能源，用来保证持续供电，同时还可以调节电网的频率和电压，用来及时应对外界环境的变化。
2 飞轮储能应用场景
（1）飞轮可以用在电力系统中，可以有助于电网的稳定，提高电
源的可靠性。
（2）飞轮储能也可以降低电网的能量计算和应急储能的投资。
（3）飞轮储能能够提供额外的储能，以满足由于能源交易范围和
环境约束而相应的峰值需求。
（4）飞轮储能可以用来支撑负载，提高电网的运行安全性。
3 优势
（1）具有低成本和长寿命：飞轮储能设备的成本较低，且不存在
太多磨损，能够达到多年以上的寿命，而且可以很方便地维护和更换。
（2）具有高度可靠性：飞轮储能设备采用的是完全机械控制技术，结构简单，不易受到环境极端天气的影响，具有良好的可靠性。
（3）有环保性：无污染，对环境没有伤害，是一种绿色能源。
通过以上分析，我们可以明确的看到，飞轮储能技术在电力系统中具有重要作用，可以有效提高电力系统能源利用率，满足电力用户与环境双赢的需求。
飞轮储能在电网调频中的工程应用 27页
飞轮储能在电网调频中的工程应用
全球商业化单体容量最大的
储能飞轮生产、研发及工程应用解决方案
报告内容我国电网调频的技术现状飞轮储能电网调频技术飞轮储能电网调频工程应用贝肯新能源技术优势
电网调频的必要性
u提高电能质量是电网的主要任务
l任何时刻，发电供电负荷需保持平衡，频率需保持一定值；
l电网频率偏差～供应与需求间的不平衡
l频率偏差对用户设备、发电厂设备、经济及社会活动都将产生不
利影响。
u随着大规模新能源比例的提高，系统惯量降低，系统频
着调频能力不足的挑战；
u急需优质的调频资源（储能）参与电网，维持电网的
安全与稳定。
2 我国电网调频的技术现状
u调频市场需求大
u目前：
（ 1）水电、抽水蓄能等优质调频容量缺乏：【2018年底, 水电装机达到总容量将达3.66亿千瓦，占约
20%，但受季节性影响；
抽水蓄能占总装机容量的1.6%，存在着建设周期长
（6-7年），选址及成本疏导的问题。
】
（2）供热、空冷机组等调频能力不足；
（3）主要依靠火电机组实现电网调频，存在着：。
电网对新能源的接纳中飞轮储能技术的应用研究
电网对新能源的接纳中飞轮储能技术的应用研究摘要：随着社会不断进步，科技飞速发展，飞轮储能技术应运而生，逐渐被应用到电网对新能源接纳中，极大地提高了电网接纳新能源能力以及整体运营效益。
因此，本文从不同角度入手客观分析了电网对新能源的接纳中飞轮储能技术的应用。
关键词：电网新能源接纳飞轮储能技术应用一、飞轮储能技术在21世纪，随着不同行业、领域迅猛发展，能源需求大幅度增加，能源日渐紧张，能源问题已成为不可忽视的关键性课题之一，急需要大力发展先进的“节能、储能”技术。
就飞轮储能技术而言，属于当下新型的高效机械储能技术，将太阳能、风能等科学转化为飞轮旋转动能并进行储存，具有多样化的优势，比如，较高的储能效率、对环境零污染，较大的储能密度。
在20世纪50年代，飞轮储能技术已被提出，但受到相关条件限制，比如，硬件设备、技术水平，飞轮储能技术发展速度较慢。
在20世纪80年代初期，相关技术研究进一步加深，比如，高温超导磁悬浮技术、现代电力电子技术，在一定程度上推动了飞轮储能技术的发展。
随后，新能源发电技术不断发展，智能电网建设力度不断加大，飞轮储能技术已成为世界范围内关注的焦点，已成为研究的热点之一。
简单来说，飞轮储能系统就是机械电池，采用动能形式储存能量，由多种元素组合而成，比如，高速飞轮、轴承、控制设备，各具特点，各自发挥着不同作业。
在飞轮系统储能过程中，工频电网所提供的电能会在功率电子变换器作用下，驱动电机，迅速带动飞轮高速旋转，将能量以动能形式储存到飞轮中，实现电能、机械能二者间的转换，顺利完成能量储存全过程。
相应地，下面便是飞轮储能装置结构图。
飞轮储能装置结构图二、电网对新能源的接纳在经济发展的浪潮中，可持续发展战略的提出尤为重要，大力发展新能源项目已成为其必不可少的关键性组成部分。
当下，我国根据能源使用情况，出台了关于新能源的相关政策，这也是我国实施“节能、减排”绿色能源方针的有效途径。
随之，我国对有着丰富太阳能以及风能的地区提出了针对性要求，借助多样化政策，大力支持这些地区建设大规模的风电基地、光伏基地，也就是说，在电网接纳能力允许情况下，尽量全额收购绿色能源所发电力，在一定程度上降低一次能源方面的具体消耗，最大化增加清洁能源比重，达到“节能、降耗”的目的，有效缓解当下日益加重的能源危机，有效满足地区不同行业以及领域在能源方面的客观需求，促进其健康稳定发展。
飞轮储能调频原理
飞轮储能调频原理飞轮储能调频技术被广泛应用于电力系统调节，是现代电力系统传统的调频方式之一。
它利用物理学中角动量守恒定律，通过将电能转化为机械能并存储于旋转质量——减速器带动的离心式或陀螺式飞轮，然后再将机械能转化为电能输出，来保证电力系统调频所需的电能平衡。
在运行过程中，飞轮储能调频系统需要通过控制传感器对负载变化进行快速响应，在负载上升时输出电能，而在负载下降时接收电能进行储存，以保持电力系统的平衡运行。
与市面上占主导地位的电池储能技术相比，飞轮储能调频技术具备快速响应、高效稳定、无污染、长寿命等优点，不仅能为电力系统提供调节的快速响应能力，而且能通过动态平衡控制和无级变速控制器应对复杂电网的调频问题，以完成对电力系统的全面调节。
另外，飞轮储能调频技术也具备较好的可靠性和适应性。
在电力系统出现故障或紧急情况下，飞轮储能调频系统可以快速响应，迅速控制负载的变化，确保电力系统的稳定性。
此外，飞轮储能调频系统还可以与其他电力调节技术相结合，如无限容量逆变器技术和超导储能技术，以提高电力系统的稳定性和安全性。
值得注意的是，目前飞轮储能调频技术面临着一些挑战。
首先，在飞轮储能调频系统中，由于飞轮速度的限制和机械传动部件的磨损和故障等因素的影响，系统的使用寿命受到了限制。
其次，飞轮储能调频系统的成本相对较高，需要进行更多的研究和创新，以实现更高效、更低成本的设计。
综上所述，飞轮储能调频技术作为一种传统电力系统调节方法，具备快速响应、高效稳定、无污染、长寿命、可靠性和适应性等优点，但还需要进一步发展创新以满足不断发展的电力系统的需求，促进电力系统的可持续发展。
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飞轮储能技术在电网调频中的应用
在电力系统中，频率质量是电能质量中的重要指标,频率超出允许范围会破坏系统稳定性,影响电网运行安全，因此,频率控制是保证电网安全稳定运行的重要环节。
随着人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾日益凸显，能源转型的速度逐渐加快，越来越多的间歇式清洁能源大规模并网,绿色电力能源的占比不断提高，但与此同时，也给电网频率控制带来了新的难题,由于传统调频能力有限，已不能很好的满足现有电网调频的需求。
在此背景下，飞轮储能技术开始进入人们的视野，并逐渐被人们所认可。
性能对比
传统调频手段主要集中在火电机组及水电机组，对水电机组来说，其调节特性较好，但水电机组的建设受地理位置的限制较大，其运行方面又受丰水期和枯水期的影响，故而水电机组的调频容量远远不足；对于火电机组来说，其调节速率有限，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。
而飞轮储能，就可以弥补上面说到的传统调频手段的不足，具体的优势如下：
功率密度大、快速充放电：300kW/2kWh的飞轮产品，意味着“充放电倍率”可达150C，毫秒级响应速度；
使用寿命长：循环充放电次数可达上千万次，理论寿命超过20年，并且储能容量不会随充放电次数的增加而衰减；
工作范围宽：对环境温度没有严格要求，对飞轮本体无需建设空调机房；
能量转换效率高：电能动能之间的转换效率高于95%，储能系统综合效率约90%；
低损耗、低维护：磁悬浮和真空环境使机械损耗可以被忽略，飞轮本体无需维护，系统整体维护周期长；
可精确测量和控制：飞轮储能可精确测量转子转速从而精确推算出“剩余电量”，实现精确控制；
安全环保：飞轮储能98%以上的材料都是钢材，无化学物质释放，无化学爆炸等安全隐患，从生产到应用的整个环节对环境友好；
大规模制造成本大幅下降：飞轮主要材质为钢材，大规模制造后成本急剧下降，无限接近钢材成本；
残值高：“废旧飞轮电池”可直接回收利用，回收工艺简单，残值高。
目前，电网调度中心下发的AGC调频指令持续时间基本在10秒至10分钟区间内，250kW/45kWh飞轮产品，满充满放时间为10.8分钟，完全覆盖AGC调频指令持续时间，储能容量利用率高。
由于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，远优于“两个细则”中对火电机组及水电机组规定的指标，故而调频性能优于现有的调频手段。
在电力系统中，对电网运行的安全要求很高，这就要求储能系统自身无安全隐患，而飞轮储能98%以上的材料都是钢材，无化学物质释放，无化学爆炸等安全隐患，完全满足电网运行的安全要求。
此外，飞轮储能对外界环境温度要求低，更方便于储能系统在变电站的接入；由于飞轮本体无需维护，系统整体维护周期长，节省了储能系统后期的运维成本，提高了储能系统的整体经济性。
价值体现：
有效提升大规模新能源消纳
光伏、风力等新能源发电波动性、间歇性及发电能力难以预测的特点给电网调控、安全控制及电网备用容量等诸多方面带来了不利的影响，极大的限制了新能源消纳能力和资源利用率。
飞轮储能装置具有响应速度快、控制精准及调节范围可知等特点，可以有效的平抑新能源发电的波动性和间歇性，很好的解决了大规模新能源并网问题及消纳问题。
提供优质电网辅助服务
由于飞轮储能具有快速响应及控制精准等特点，所以其比常规电源系统具有更好的调频特性。
飞轮储能系统可以分散式布置，多点接入电网，集中式统一管理，接受调度指令，参与电网调频服务。
目前，储能系统参与电网调频已经具备一定的研究基础和应用示范，并逐渐成为部分发达地区电网频率稳定控制的有效手段之一。
此外，大规模飞轮储能系统还可以参与电网调峰、自动电压/无功
控制（AVC）、提供备用等电网辅助服务，促进电网实现电网资源优化配置并保证电能质量。
保障电网安全运行
大规模的飞轮储能系统可实现毫秒级的响应，为电网的安全运行提供快速功率支援。
一方面为电网提供快速有功支持，提高电网功角稳定水平，同时做为电网的备用电源，提高供电可靠性；另一方面为电网提供快速无功支持，提高电能质量，改善电网电压稳定水平。
延缓电网扩容改造
在接近满载的输配电系统中，如果由于负荷峰谷差逐渐加大，而无法满足短时的高峰时段负载，且高峰负荷过载容量不大时，则可以考虑在受端电网配置储能系统来解决，可以有效的延缓或者避免原有输配电系统的扩容改造。