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飞轮储能在电网调频中的工程应用 Application of Flywheel Energy Storage in Frequency Modulation of Power Grid 贝肯新能源（天津）有限公司张强 2019年5月18日全球商业化单体容量最大的储能飞轮生产、研发及工程应用服务商 Contents 报告内容 1 我国电网调频的技术现状飞轮储能电网调频的优势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 Necessity of Frequency Modulation 电网调频的必要性 1.1 提高电能质量是电网的主要任务  任何时刻，发电供电负荷需保持平衡，频率需保持一定值；  电网频率偏差～供应与需求间的不平衡  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。 2 50.0Hz 49.8 50.2 发电用电 Necessity of Frequency Modulation 电网调频的必要性 环境污染、气候变化、能源安全使得发展新能源成为必然趋势； 随着大规模新能源比例的提高，系统惯量降低，系统频率调节能力显著下降，电网频率稳定性问题日益突出。 电力系统不仅面临送出、消纳和调峰的挑战，同时面临着调频能力的不足； 新能源电动汽车充电负荷也加重了电网的调节难度。 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。 3 1.2 新能源发展需要优质的储能资源 Technical Status in China s Power Grid 我国电网调频的技术现状 2.1 调频市场需求大优质调频资源缺乏 4 1）水电、抽水蓄能等优质调频容量缺乏 2018年底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； Technical Status in China s Power Grid 我国电网调频的技术现状 5 我国目前主要依靠火电机组实现电网调频，存在着  调节延迟  调节偏差（超调、欠调）  调节反向、单向调节  增加机组的磨损和故障率，降低机组的寿命和性能 ① 火电机组运行在额定出力附近正常运行时的效率最高，相应的煤耗最低。 ② 火电机组运行在 50额定负荷时，煤耗是额定负荷时的 1.09～ 1.16倍。 2.2 电网调频技术现状 Technical Status in China s Power Grid 我国电网调频的技术现状 近1-2来，国家密集出台了一系列调频辅助服务政策，山西、内蒙、广东及其它一些地区出现了化学电池储能调频项目，已建和在建项目近 30多个。相对电网容量依然很小 经过一段时间运行，存在电池安全性问题；国家政策的不确定及不连续问题；市场运营模式的问题。化学电池储能调频电站 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 6  飞轮储能是一种物理储能方式，利用高速旋转的飞轮将电能以动能形式储存起来。 ① 充电模式电机工作在电动机状态，驱动飞轮高速旋转 , 电能转换为动能储存 ② 放电模式电机工作在发电机状态，利用飞轮高速旋转的惯性带动转子旋转，通过发电机将飞轮存储的动能转换成电能输出  飞轮储能系统的基本结构主要由 5 部分组成飞轮转子、支撑轴承、高速电机、双向变流器、真空室。 3.1 飞轮储能原理及系统组成 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 7 飞轮动能与质量成正比；与速度平方成正比。磁悬浮技术真空技术动平衡技术冷却技术控制技术质量越大，转速越高，储能量越大 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 8 飞轮储能具有高频次瞬间精准放电的能力。 ● 安全性好没有燃烧和爆炸的风险，在工程应用中将其放置于地下； ● 环保性好没有危险化学物的处理与回收问题； ● 寿命长具有长达 20多年的使用寿命； ● 深度充放电能力几乎可达到 100的充放电能力； ● 充放电次数大可以达到 100万次的充放电次数； ● 调频性能高当需要时，只需数毫秒就能达到精确的放电要求； ● 宽温域运行温度范围宽，无需空气调节； ● 成本低全生命周期运行成本低。 3.2 飞轮储能电网调频优势 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 9 （ 1）电池存在能量衰减；（ 2）电池寿命是飞轮的大约 20；（ 3）飞轮无衰减无需替换。（ 4）全生命周期飞轮投资低 3.3 飞轮储能技术特色投资与性能（20年）当前20年每千瓦投资飞轮锂电池附加平衡费用维护电池替换投资 Advantage of Flywheel Energy Storage 飞轮储能电网调频技术优势 10  物理储能的固有特性，飞轮的安全性好 ;10年连续安全运行验证；  化学电池的固有特性，锂电池存在高温起火和爆炸的风险，且随着运行时间的增加，发生安全问题会变的更加突出；  截至 2019年 2月，仅在韩国储能电站发生火灾就高达 21起，其中 2018年 6-7月韩国庆山、灵验两座 ESS储能电站，损失惨重；  美国夏威夷 Kahuku岛 30兆瓦风电场的 15兆瓦电池储能电站，发生三次着火引发火灾（ 2011年 4月、 2012年 5月及 8月）；  我国也发生过不同程度的火灾。 3.4 飞轮储能技术特色安全性 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 12  由美国 Beacon Power（ 1）建于美国纽约州；（ 2）宾夕法尼亚州的两个 20MW飞轮储能独立调频电站；连续运行近十年。 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 13  由加拿大 Temporal Power ，（ 1） 2014年有投运项目，建于加拿大多伦多地区 Minto 镇的项目容量为 2MW的独立调频飞轮储能项目； Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 14  由加拿大 Temporal Power 建于（ 2）安大略省圭尔夫设计容量 5MW，服务于当地电网调频；  根据 18年 3月最新的检测系统响应时间小于 1s；爬坡速率为每秒 100MW-200MW；巅峰功率输出大于 6.5MW；交直流转换效率为 88.4 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 15  由加拿大 Temporal Power 建于（ 3）位于加勒比海阿鲁巴岛，设计容量为 10MW飞轮储能项目，与可再生能源联合使用，提供全岛的电力供应 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 16 Engineering Application Project 飞轮储能电网调频工程应用项目 17 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 18 5.1 技术优势  贝肯新能源技术依托于华北电力大学先进飞轮储能研究中心。  贝肯新能源独家 100收购了加拿大 temporal power 飞轮储能公司，拥有世界先进飞轮储能技术。  拥有原 Temporal Power 公司核心技术、核心团队成员及工程实践经验。  通过消化吸收再创新，形成了适合中国电网需求的飞轮储能技术产品及工程应用团队。 BNE用于电网调频规格的储能飞轮，具体参数如下  输出功率 250kW/500KW  充电容量 50kWh  放电时间 6-15分钟  使用寿命大于 20年 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 19 充电容量 50kWh 额定功率 100kW、 250kW、 500kW 全电能响应时间小于 1秒 输入电压三相 480Vac 输出频率 50Hz-60Hz 运行温度 -40℃ - 50℃ 升降轴承磁悬浮 全程效率大于 85 飞轮材料特种材料 污染排放无 100深度放电无限次 设计寿命大于 20年。 5.2 技术参数 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 20  飞轮储能电网独立调频  火电机组飞轮储能联合调频  太阳能发电飞轮储能联合调频  风力发电飞轮储能联合调频  飞轮储能电池储能联合调频调峰 5.3 应用场景 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 22 混合储能解决方案将调频拆解，有高频需求和低频需求，高频需求由飞轮储能承担，低频需求及长时间充放电由化学电池系统承担，充分发挥储能各自的优势，提高系统的安全性和经济性。飞轮电池混合储能 Technical Advantages of BNE 贝肯新能源的技术优势 23 提供项目的解决方案是我们的主要任务  技术支持；  主要设备；  后期运行与维护我们投资方工程方业主方 Conclusion 结论 24  飞轮储能电网调频是目前电网调频效率最高和最灵活的方式。  飞轮储能具有优良的安全性、环保性及调频性能。  飞轮寿命长达 20多年，具有较好的经济性。  随着贝肯新能源（天津）有限公司飞轮储能世界先进技术的收购，能够快速实现国产化，可大大降低成本造价。推动我国飞轮储能电网应用进程，提升我国企业自主创新能力和国际竞争力。 25  贝肯新能源（天津）有限公司张强， 18509229633  网址 www.bne-fess.com www.bc-fess.com  Email zhangqbne-fess.com zqzjhzyt188.com 合作共赢谢谢大家 Thanks for Your Time