“飛輪儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，在城市軌道地鐵交通里面采用變頻變壓的驅(qū)動(dòng)方式，在地鐵制動(dòng)的時(shí)候首先進(jìn)行電制動(dòng)，把動(dòng)能變成電能，能量一部分被相鄰的車輛吸收之外。能量如果不能夠被有效的吸收，就導(dǎo)致?tīng)恳W(wǎng)直流電的升高，影響系統(tǒng)的運(yùn)行，所以傳統(tǒng)的解決方案采用制動(dòng)電阻，這種方法把電能白白浪費(fèi)掉，不節(jié)能環(huán)保。如果采用飛輪儲(chǔ)能裝置把能量回收利用，可以節(jié)約電能大概可以占到牽引電力的15%-17%左右。”

——沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司物理儲(chǔ)能技術(shù)研究院院長(zhǎng) 江衛(wèi)良

聚焦“技術(shù)應(yīng)用雙創(chuàng)新，規(guī)模儲(chǔ)能新起點(diǎn)”，通過(guò)組織主題演講、展覽展示、創(chuàng)新大賽、專題研討、項(xiàng)目考察、新品發(fā)布、技術(shù)交流等多種活動(dòng)，多維度精準(zhǔn)對(duì)接全球儲(chǔ)能市場(chǎng)與應(yīng)用，助力中國(guó)儲(chǔ)能企業(yè)與國(guó)際接軌，為儲(chǔ)能企業(yè)搭建與政策制定者、規(guī)劃者、電網(wǎng)管理者、電力公司、能源服務(wù)商的交流互動(dòng)平臺(tái)。2019年5月18-20日，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲(chǔ)能國(guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)”，北極星儲(chǔ)能網(wǎng)、電力頭條APP全程直播。

沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司物理儲(chǔ)能技術(shù)研究院院長(zhǎng) 江衛(wèi)良

尊敬的各位嘉賓大家下午好！我是來(lái)自微控新能源的江衛(wèi)良，非常榮幸能夠在本次大會(huì)上發(fā)言，我的匯報(bào)分四個(gè)方面：

第一部分公司簡(jiǎn)介。首先介紹一下VYCON公司，成立于2003年，公司總部位于美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯。沈陽(yáng)微控新能源公司與VYCON達(dá)成了全面排他性的戰(zhàn)略合作關(guān)系，并擁有全部技術(shù)能力和VYCON的品牌使用權(quán)，總部位于沈陽(yáng)中德產(chǎn)業(yè)園，園區(qū)面積100畝，深圳建有研發(fā)中心，具備獨(dú)立自主的研發(fā)能力和生產(chǎn)能力。現(xiàn)在已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專利16項(xiàng)，實(shí)用新型兩項(xiàng)，外觀設(shè)計(jì)兩項(xiàng)，軟件著作權(quán)6項(xiàng)。這是磁懸浮飛輪儲(chǔ)能生產(chǎn)線，這是相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

第二部分介紹一下磁懸浮飛輪儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)，這是飛輪儲(chǔ)能的剖面圖，主要部分包括永磁同步電極技術(shù)，既可以作為發(fā)電機(jī)也可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能和動(dòng)能的雙向轉(zhuǎn)換。飛輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)能的主要存儲(chǔ)，軸承系統(tǒng)起到支撐和保護(hù)的作用。

飛輪電極發(fā)出地是一個(gè)三向變頻的交流電，通過(guò)功率變換器實(shí)現(xiàn)直流和交流的雙向轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)變頻驅(qū)動(dòng)。工作原理：充電模式下外部輸入的電能經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)。把電能變成動(dòng)能存儲(chǔ)起來(lái)，放電的過(guò)程是相反的。飛輪儲(chǔ)能的技術(shù)正在朝不斷提高能量密度、減少自身?yè)p耗的方向發(fā)展。

現(xiàn)代飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科融合的綜合性技術(shù)。提高能量密度的主要途徑：

第一提高飛輪質(zhì)量，第二提高飛輪轉(zhuǎn)速，第三降低自身?yè)p耗。

現(xiàn)在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科融合的綜合性技術(shù)：包括飛輪材料技術(shù)、軸承技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)以及電力電子等相關(guān)技術(shù)。

飛輪的軸承技術(shù)是一個(gè)非常核心的技術(shù)，經(jīng)歷了幾個(gè)不同的發(fā)展階段：早期是純粹的機(jī)械軸承進(jìn)行支撐，能量和轉(zhuǎn)速的平方成正比，通過(guò)增大飛輪質(zhì)量提高能量。因此相應(yīng)的這種飛輪能量密度較低，效率低，軸承壽命比較短。

隨著磁懸浮技術(shù)的發(fā)展，又發(fā)展出來(lái)磁力卸載機(jī)械軸承，正常運(yùn)行的時(shí)候機(jī)械軸承運(yùn)行，通過(guò)磁力卸載部分重力，減輕機(jī)械軸承的承載力，可以提高飛輪的轉(zhuǎn)速，延長(zhǎng)壽命。

現(xiàn)在最新的技術(shù)是完全磁懸浮軸承，飛輪在運(yùn)行的時(shí)候是完全磁懸浮的，是和軸承之間沒(méi)有任何的摩擦和接觸的。通過(guò)備用機(jī)械軸承做保護(hù)，這種飛輪具有轉(zhuǎn)速高、能量密度高、能量效率高，軸承壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，這也是現(xiàn)代飛輪儲(chǔ)能發(fā)展的方向。

這是飛輪儲(chǔ)能效果圖，主要包括以下的核心技術(shù)：

第一，五軸主動(dòng)磁懸浮軸承及控制技術(shù)。通過(guò)上下兩個(gè)軸承使得整個(gè)飛輪的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，運(yùn)行的時(shí)候飛輪轉(zhuǎn)子和軸承之間是沒(méi)有接觸，軸承是沒(méi)有磨損的，

第二，高速運(yùn)行，壽命大于20年，轉(zhuǎn)速每分鐘37000轉(zhuǎn)。

第三，合金鋼飛輪材料及工藝技術(shù)，采用航天級(jí)合金鋼飛輪材料，具有密度大、強(qiáng)度高、抗疲勞特性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠同時(shí)提高飛輪的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速，綜合性能好，每臺(tái)飛流均經(jīng)過(guò)超聲無(wú)損。

第四，無(wú)刷式永磁同步電機(jī)技術(shù)。采用無(wú)刷設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子采用稀土永慈材料，密度大、效率高。

第五，雙向功率變換及變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過(guò)IGBT進(jìn)行驅(qū)動(dòng)變換，自適應(yīng)的調(diào)整交流電的頻率，采取實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)。

第六，采用真空腔體及散熱技術(shù)采用全封閉合金外殼，起到密封、散熱、電池評(píng)比及防護(hù)的作用，采用真空泵抽真空，實(shí)時(shí)檢測(cè)并維持所需的真空度，采用獨(dú)特的散熱結(jié)構(gòu)+風(fēng)冷散熱技術(shù)，維持系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。

安全性是儲(chǔ)能技術(shù)最核心的部分，采用多重化安全保障技術(shù)。

第一，采用飛輪自供電技術(shù)，這也是我們的專利技術(shù)，在運(yùn)行的過(guò)程中向磁懸浮軸承的控制器需要不間斷的供電，采用兩路電源供電設(shè)計(jì)：一路為外部輔助電源，一路為內(nèi)部自供電電源。好處是飛輪在高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)永磁同步電機(jī)給磁懸浮控制器自供電，在外部斷電的情況下，也能夠維持供電不間斷。

第二，采用備用機(jī)械軸承保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)地停機(jī)。采用全方位的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和保護(hù)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)電氣量、轉(zhuǎn)速、位置、真空度、溫度、各部件運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，整個(gè)狀態(tài)是透明的，有任何異常情況，能夠自動(dòng)告警，停機(jī)。我們的產(chǎn)品非常成熟，全球超過(guò)1700臺(tái)的裝置實(shí)際運(yùn)行，全部安全可靠的運(yùn)行。

第三，磁懸浮飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品與特點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)柜式的設(shè)計(jì)，包括幾個(gè)部分，第一飛輪模塊部分，第二圖形用戶界面，第三部分飛輪控制單元，第四部分磁懸浮軸承控制單元，第五部分雙向變流器。

現(xiàn)在成熟量產(chǎn)的有兩個(gè)系列的產(chǎn)品，一個(gè)叫VDC系列，典型的參數(shù)額定功率450KW，最大可用能量1.74KWh。還有REGEN系列，額定輸出功率200KW，可以用750V和1500V。我們通過(guò)飛輪儲(chǔ)能設(shè)計(jì)，可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，從幾兆瓦幾十兆瓦都可以滿足，通過(guò)PCS進(jìn)行DCS變換，通過(guò)變壓器進(jìn)行升壓，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程或者本地的控制。飛輪儲(chǔ)能和電化學(xué)相比有很大的優(yōu)勢(shì)，飛輪儲(chǔ)能的能量和轉(zhuǎn)速嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，某一個(gè)轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的能量是一定的，這樣我們可以非常精確的控制每一臺(tái)飛輪進(jìn)行充電和放電，讓大家同步進(jìn)行充滿或者放空。

飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)：

1，高安全性，整個(gè)過(guò)程是物理儲(chǔ)能過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，全方位參數(shù)監(jiān)測(cè)，狀態(tài)透明，安全可控;

2，綠色環(huán)保，全生命周期綠色無(wú)污染，采用合金鋼材料，退役后可全部回收利用，處理成本低;

3，長(zhǎng)壽命：基于主動(dòng)磁懸浮軸承，無(wú)機(jī)械摩擦，核心部分長(zhǎng)達(dá)20年使用周明;

4，高功率;

5，快充放;

6，寬溫域;

7，易部署。

第四，飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景，特別適合需要高的安全性、大功率、短時(shí)間、頻繁充放電的應(yīng)用場(chǎng)景。重點(diǎn)介紹四類應(yīng)用場(chǎng)景：城市軌道交通再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)、關(guān)鍵電力保障UPS、電力調(diào)頻、新能源調(diào)節(jié)的儲(chǔ)能系統(tǒng)、解決沖擊性負(fù)荷的大功率儲(chǔ)能電源系統(tǒng)。

飛輪儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，在城市軌道地鐵交通里面采用變頻變壓的驅(qū)動(dòng)方式，在地鐵制動(dòng)的時(shí)候首先進(jìn)行電制動(dòng)，把動(dòng)能變成電能，能量一部分被相鄰的車輛吸收之外。能量如果不能夠被有效的吸收，就導(dǎo)致?tīng)恳W(wǎng)直流電的升高，影響系統(tǒng)的運(yùn)行，所以傳統(tǒng)的解決方案采用制動(dòng)電阻，這種方法把電能白白浪費(fèi)掉，不節(jié)能環(huán)保。如果采用飛輪儲(chǔ)能裝置把能量回收利用，可以節(jié)約電能大概可以占到牽引電力的15%-17%左右。

下面介紹基本的原理：采用多臺(tái)飛輪儲(chǔ)能裝置在直流側(cè)進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行，采用集中的控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行同步控制，實(shí)現(xiàn)同步充放電，連接在軌道較牽引網(wǎng)直流總線上面，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)進(jìn)入待機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。把電能變成動(dòng)能存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)列車出站的時(shí)候，飛輪儲(chǔ)能放電，把動(dòng)能變成電能釋放，主要的作用第一是節(jié)能，可以將再生制動(dòng)能力進(jìn)行回收利用，降低運(yùn)營(yíng)成本。第二能夠進(jìn)行雙向穩(wěn)壓。第三可以削峰。

這套系統(tǒng)在地鐵上面有非常成熟的應(yīng)用，這是我們?cè)诿绹?guó)洛杉磯的項(xiàng)目，投運(yùn)時(shí)間是2014年。

下面介紹關(guān)鍵電力保障，飛輪儲(chǔ)能UPS解決方案，UPS是應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域非常多的系統(tǒng)，現(xiàn)在常用的UPS是雙邊換，先經(jīng)過(guò)整流再經(jīng)過(guò)逆變。UPS配套的儲(chǔ)能傳統(tǒng)的采用鉛酸蓄電池，有一些問(wèn)題，壽命短，故障率高，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，UPS總故障率30%以上由于電池的故障引起的。占地面積大，需要單獨(dú)的房間，對(duì)溫度的要求比較高。另外牽引液具有毒性，如果使用不當(dāng)造成污染。

飛輪儲(chǔ)能可以替換鉛酸電池，可以和在線式UPS進(jìn)行無(wú)縫的兌換，現(xiàn)在我們和主流的UPS品牌都進(jìn)行了大量的應(yīng)用。采用UPS飛輪儲(chǔ)能的主要的優(yōu)勢(shì)使用壽命長(zhǎng)，20年使用周期，安全可靠、運(yùn)行為何成本低、占地面積小，對(duì)環(huán)境溫度的要求比較寬，還有全生命周期，綠色、無(wú)污染。

工作過(guò)程：正常的時(shí)候通過(guò)整流、逆變同時(shí)給飛輪俯沖。當(dāng)由于故障斷電的時(shí)候，飛輪儲(chǔ)能瞬間放電，保證負(fù)載供電的不間斷。這種解決方案，應(yīng)用案例非常多，主要包括數(shù)據(jù)中心、電信機(jī)房、半導(dǎo)體工廠等。

下面介紹一下飛輪+電池的混合儲(chǔ)能解決方案，在電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能里面，對(duì)充放電的時(shí)間有不同尺度的要求。比如對(duì)于新能源發(fā)電，因?yàn)樾履茉窗l(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，所以跟新能源配套和微電網(wǎng)配套的儲(chǔ)能，既有毫秒、分鐘級(jí)的充放電需求，也有數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)的充放電需求，依靠現(xiàn)在單一的儲(chǔ)能方式很難做到盡善盡美。頻繁的短時(shí)間充放電對(duì)電池自壽命造成很快的衰減。所以我們結(jié)合飛輪這種功力性的電池儲(chǔ)能方式和電池這種能量型的方式組成一個(gè)混合的充電系統(tǒng)，進(jìn)行協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這是短時(shí)間頻繁充放電的方式。

新能源場(chǎng)站解決方案，我們可以通過(guò)協(xié)同控制系統(tǒng)根據(jù)需要調(diào)用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)或者電池系統(tǒng)。針對(duì)火電機(jī)組+儲(chǔ)能聯(lián)合AGC調(diào)頻，現(xiàn)在典型的配制按照鋰離子電池的配制，按照30分鐘的典型設(shè)計(jì)，前面南網(wǎng)的專家也講到，AGC調(diào)頻的電站每天充放電次數(shù)達(dá)到數(shù)百次，對(duì)于鋰離子電池來(lái)講壽命是一個(gè)天花板，所以我們提出采用飛輪+鋰電的混合系統(tǒng)，按照比例進(jìn)行搭配，協(xié)同控制。

在AGC指令剛剛下達(dá)的時(shí)候機(jī)組還沒(méi)有響應(yīng)，這時(shí)候功率最高，隨著機(jī)組的出力逐步增加，儲(chǔ)能部分的出力就會(huì)降低，這樣形成一個(gè)尖峰和平緩的部分，所以飛輪儲(chǔ)能主要承擔(dān)大功率，短時(shí)段的。電池儲(chǔ)能承擔(dān)基礎(chǔ)處理部分，減少充放電頻率，減緩壽命。

沖擊性符合的大功率飛輪儲(chǔ)能電源解決方案，這是特點(diǎn)，第一個(gè)鋸齒波，功率快速上升，突然轉(zhuǎn)符合，形成一個(gè)周期。第二個(gè)是方波，第三個(gè)是隨機(jī)性的功率的突然增加，突然降低。特點(diǎn)是功率波動(dòng)性大，變化速度快，持續(xù)時(shí)間短，頻繁使用，沖擊型負(fù)荷對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組供電系統(tǒng)、微電網(wǎng)和大電網(wǎng)均會(huì)產(chǎn)生較大影響，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，影響設(shè)備的壽命。飛輪儲(chǔ)能非常適合做沖擊性負(fù)荷的電源。我們可以減少發(fā)電機(jī)組容量的配置，延長(zhǎng)機(jī)組壽命，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外高倍率特性，特別適合大功率輸入/輸出。快速響應(yīng)，適合快速充放電，還有長(zhǎng)壽命適合頻繁充放電。

以上介紹的是飛輪儲(chǔ)能的典型應(yīng)用，飛輪儲(chǔ)能這個(gè)產(chǎn)業(yè)總體上處于起步階段，還有更多的應(yīng)用場(chǎng)景有待于我們開(kāi)放。我們微控新能源秉持開(kāi)放共享，合作共贏的理念，我們希望各位儲(chǔ)能行業(yè)的同仁，各位關(guān)心關(guān)注飛輪儲(chǔ)能的伙伴、朋友一起合作，共同推動(dòng)飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展。這是我的微信二維碼，歡迎大家加我的微信，會(huì)后我們可以進(jìn)行詳細(xì)的交流。謝謝大家！