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飞轮储能,来自航天领域的储能技术

来源:华阳科技  编辑:  时间:2021-04-12 15:22:36   点击:

更名以来,华阳集团紧紧瞄准打造世界一流“火箭级”新材料产业集团这一目标,跑出了加速度。在新能源蓄能新材料方面,与北京奇峰聚能科技有限企业强强联手,合资成立专注于国内领先的飞轮储能技术研究、产品开发、生产、销售及服务于一体的高科技企业——阳泉奇峰聚能科技有限企业。目前,已完成国家863计划和工信部重大科技创新计划项目,开发出具有完全自主常识产权的大功率飞轮UPS、飞轮储能调频电站、储能式电动汽车快充桩、大功率脉冲电源等产品。产品广泛用于大型IDC、钻井平台能量回收、轨道交通、电网调频、微网及新能源电站并网、电力储能等领域。除此之外,企业利用技术领先优势,针对客户行业的实际需求,提供节能改造、合同能源管理、微电网开发等系统性解决方案和衍生服务……

今天,大家就一起了解飞轮储能相关常识。

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飞轮储能是一种源于航天领域的先进物理储能技术,是指利用电能驱动飞轮高速旋转,将电能转换为机械能,在需要的时候通过飞轮惯性拖动电机发电,将储存的机械能变为电能输出(即所谓的飞轮放电)的一种储能方式。

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飞轮储能的优点

  功率特性好,响应速度快:毫秒级大功率充放电、可靠性高;

  高效率、免维护:磁悬浮支撑无摩擦损耗,系统维护周期长;

  使用寿命长:不受重复深度放电次数影响,使用寿命一般在20年以上;

  适用温度宽泛:容量特性不受高低温影响,工作温度一般在-10至+40°C;

  绿色环保、无污染:物理储能,无化学物质,无电池后期回收压力。


产品应用


电力系统调频

现有火电机组在功率跟踪与电网调度要求之间的差距逐渐加大,成为各大电厂亟需解决的痛点。具有间歇和波动特性的新能源电站面临同样的问题。

现阶段国内的调频电源主要为火电机组,由于其存在响应速度慢、爬坡速率低的缺点,同时其动态特性受调频死区、调频上下限及机组迟滞率等非线性因素影响,调频质量与灵活性难以满足电网要求,甚至出现功率反调现象,这一情形在孤立运行的区域电网中表现得尤为明显。

飞轮储能系统具有响应迅速、跟踪精确的特点,能够有效提升以火电为主的电力系统整体调频能力,保证电力系统频率稳定,改善电力系统的运行效率,提升电网运行的可靠性及安全性。 


飞轮储能调频电站

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储能电站由兆瓦级储能飞轮单元组成,每个储能飞轮单元由10套储能飞轮组成,同时配套完善的充放电调度管理系统,以合理控制单元内各储能飞轮的充电和放电。根据功率需求不同,以储能单元为基础进行扩展。

储能电站主要应用于光伏及风电微网系统,抑制新能源电站功率输出的随机性和波动性,储能电站还可以用于电网的调峰、调频,确保微网系统的稳定。

技术特点:平抑微网系统内频繁的发电及负荷波动;提供短时大功率支撑,确保微网系统的稳定;抑制电网的低频振动,为电网故障重合闸期间提供大功率支撑,缓解负荷大幅度突变对电网造成的压力,抑制电压波动及电压跌落。

同时,飞轮+化学电池混合储能应用于新能源场站调频。飞轮+化学电池混合储能方式是指由功率型飞轮储能装置与能量型化学电池储能装置按一定比例组成的混合储能系统。实现风光电源协调互补,使新能源场站具备一次调频能力,满足电网调峰、调频、应急响应等要求。

在电网频率频繁扰动时,由飞轮储能装置承担大部分出力,在飞轮储能装置不能满足要求时,化学电池储能在功率或能量上进行补充。这样可以最大限度减少化学电池装置的动作次数,提高整体系统使用寿命,降低事故(着火、爆炸)概率。同时,还能实现双细则下储能装置的经济利用。


大功率不间断电源

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飞轮UPS是数据中心不间断供电的新型设备,用以替代传统UPS及铅酸蓄电池组,能够显著简化通信电源系统,节省电力机房面积、空调配套以及相关运行支出等。

飞轮储能大功率不间断电源优势:消除了传统UPS中的蓄电池部分,磁悬浮飞轮的可靠性高,维护工作量小,成本低,可扩展性好,抗过载能力强;超大功率输出:单系统200kVA-500kVA,效率高达98%;工作寿命长:充放电次数无限制,产品使用寿命超过20年;对环境温度要求低,工作温度一般在-10至+40°C;占地面积仅为蓄电池型UPS的1/4,功率特性好,无污染,绿色环保。


轨道交通能量回收系统

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城市轨道交通的主要能源消耗是电能,电能费用庞大,不完全统计,城市轨道交通系统每年的用电量约为150亿度,约占全国总用电量的3‰。随着各城市线网规模的扩大,客流量的攀升,2019年城市轨道交通总电能耗和牵引能耗比上年整体都有上升,总电能耗152.6亿千瓦时,同比增长15.5%,牵引能耗79亿千瓦时,同比增长17.3%。

有效回收再生制动能量,既可减少大量能耗,节约能源,降低运营电力费用成本,产生显著的经济效益。同时,可以提升列车运行安全稳定性,对城市轨道运营商具有重要的现实意义。

飞轮储能轨道能量回收系统,即把飞轮储能应用于存储轨道机车产生的制动能量(由于机车制动导致牵引网电压升高,通过飞轮吸取平抑网压),并在下一个机车启动环节补充机车的能量消耗(机车启动导致网压下降,飞轮放电平抑网压下降)。


储能式大功率电动汽车快速充电桩

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储能式大功率电动汽车快速充电桩的创新之处为在现有充电设备与电网之间设置一级储能环节,可有效减少充电桩对电网增容的压力。以磁悬浮储能飞轮为储能装置,充分利用储能飞轮慢充快放,即小功率充电、大功率输出的典型运行特征,满足电动汽车快速充电对大功率的要求,又可规避电网增容的制约,特别适用于受限于电网容量的地区,是发展和推广城市电动汽车的理想解决方案之一。

储能式大功率充电桩与常规充电桩相比具有以下特点:小功率充电、大功率输出,减少大功率充电设备对电网造成的短时干扰和冲击,快充时间不大于15min,最大输出电能可根据实际需要进行配置,可满足快速充电需求;可规避电网增容的制约,不需要大规模改造电网,能够很好地规避来自电网的电压闪变、谐波干扰、频率波动等问题,保护后级充电设备;储能飞轮功率密度高,体积小,布置灵活,可埋于地下,绿色环保,无污染。


石油钻机动力回收系统

目前,柴油机作为我国石油钻井施工的主要动力,存在能耗大、污染重、下钻时产生的势能无法回收利用、钻井施工中突变负载对柴油机组产生冲击会缩短柴油机使用寿命等问题。

飞轮储能石油钻机动力回收系统能及时回收利用钻机机械能,将机械能转变为电能存储,充放电循环效率为86%至88%。经过环境、经济评价和专家检测,一台兆瓦级飞轮储能石油钻机动力回收系统可为钻机每月节约柴油40吨,节能30%以上,能量回收利用效率高,同时可减少40%的二氧化碳等污染物排放。


大功率脉冲电源

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在电磁发射领域,大功率脉冲电源属于国家重点科技创新项目,民口支撑,军需背景。

基于磁悬浮飞轮储能技术的大功率脉冲电源的核心技术是磁悬浮飞轮储能。在此脉冲电源系统中飞轮储能装置利用互逆式双向电机(电动/发电机)实现电能与机械能之间的相互转换。在我国,军工项目的研制进度往往快于民用项目。

(内容由新能源蓄能新材料事业部提供)


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