中國儲能網(wǎng)訊：隨著在“雙碳”目標引導下的電力能源結構轉型，可再生能源的大規(guī)模接入和電力電子設備的快速發(fā)展，電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。根據(jù)國家能源局發(fā)布的2023年1-8月份全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國發(fā)電總裝機容量276153萬千瓦，其中風電39537萬千瓦、光伏50541萬千瓦，占總裝機容量32.62%。因此，如何有效地進行電力調頻，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，成為了當前新型電力系統(tǒng)建設的重要課題。
電力調頻是指在電力系統(tǒng)中通過調整發(fā)電機出力或負載需求，使得系統(tǒng)中的瞬時功率平衡得以維持，從而保持系統(tǒng)頻率在一定范圍內的穩(wěn)定。飛輪儲能技術是一種新興的電力儲存技術，其主要原理是通過電機驅動飛輪旋轉，將電能轉化為機械能儲存起來；當需要時，再釋放出機械能以響應系統(tǒng)需求。這種系統(tǒng)響應時間快、充放電循環(huán)次數(shù)多、以及潛在的慣量響應等特性，在電網(wǎng)功頻調控方面，飛輪儲能技術表現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。
與其他儲能方式相比，飛輪儲能在系統(tǒng)功頻調節(jié)方面具有顯著優(yōu)勢。首先，飛輪儲能設備的響應速度快、臨界阻尼和欠阻尼狀況下響應速度均達到毫秒級別，能夠更及時地調整出力，抑制頻率波動；其次，飛輪儲能充放電次數(shù)達到百萬級別、設備系統(tǒng)整體壽命較長可達25年以上，能夠長期穩(wěn)定運行，全生命周期單次充放電度電成本相對更低；第三，飛輪儲能有的型號單體設備容量已經(jīng)能夠儲存更多的能量，可適應電網(wǎng)規(guī)?；枨?；第四，飛輪儲能設備不受外界環(huán)境影響，即使在惡劣天氣條件下也能穩(wěn)定工作，有些特殊領域的應用是其他儲能技術無可替代的儲能形式。相比之下，超級電容雖然具有同類型優(yōu)點，但現(xiàn)階段還不具備完全替代飛輪儲能的條件；電化學儲能雖然現(xiàn)階段單位造價相對較低、單位時間容量較大，但壽命較短降低了在電網(wǎng)功頻調節(jié)方面的競爭力；壓縮空氣等儲能雖然單位造價較低、規(guī)模較大，但響應速度慢限制了在電網(wǎng)功頻方面的調節(jié)需求。因此，從整體上看，飛輪儲能在電力調頻方面的性能優(yōu)于其他儲能方式。
山西省作為我國重要的能源基地和電力負荷中心，其電力系統(tǒng)的調頻問題尤為突出。近年來，山西省電力系統(tǒng)的頻率波動范圍不斷擴大，頻率穩(wěn)定性問題日益凸顯。尤其是在風力發(fā)電占比較高的地區(qū)，電網(wǎng)頻率的波動更加劇烈，這種情況嚴重影響了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和電力用戶的正常用電，但采用儲能技術后、特別是飛輪儲能技術后，對電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性具有明顯改善。據(jù)某火力發(fā)電廠的應用數(shù)據(jù)，采用了飛輪儲能技術后，飛輪火電機組聯(lián)合系統(tǒng)等效調速系統(tǒng)速度不等率可減小50%，調頻響應速度提高20倍以上，一次調頻合格率由70%提升到92%以上，系統(tǒng)響應時間減少至1秒內，各時段的綜合性能指標Kp值均達到了省調的準入門檻，且Kp及調節(jié)深度、精度等指標得到明顯改善，甚至某些統(tǒng)計時段Kp值達到未改善之前的2倍多。
隨著技術的不斷進步和成本的逐步降低，飛輪儲能技術應用場景越來越廣、性能發(fā)揮越來越深，特別在電力領域構網(wǎng)型儲能將發(fā)揮獨特作用。首先，空天衛(wèi)星、軌道交通、油田鉆井等特殊領域的應用是現(xiàn)階段其他儲能技術無可替代的儲能形式。其次，在風電、光伏發(fā)電等可再生能源接入的場景中，對電網(wǎng)調度靈活性和穩(wěn)定性也是較好的選擇，特別在傳統(tǒng)火電靈活性調節(jié)方面，相對優(yōu)勢正在逐步顯現(xiàn)。第三，在微電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)中，飛輪儲能技術的協(xié)同控制、保證電壓質量、防止微電網(wǎng)系統(tǒng)宕機坍塌等功能和能力的重要作用，正在被驗證。第四，未來在新型電力系統(tǒng)建設中，與抽蓄、壓縮CO2、金屬離子、液流等其他儲能形式復合發(fā)揮作用時，特別是飛輪儲能對構建電網(wǎng)虛擬同步系統(tǒng)、發(fā)揮對電網(wǎng)的慣量支撐作用將更加突出。
綜上所述，飛輪儲能技術在電力調頻領域具有巨大的潛力和廣闊的應用前景，是現(xiàn)階段電力調頻技術的最優(yōu)選擇，在保證響應速度及精度前提下，飛輪儲能將全生命周期單次充放電度電成本的價格優(yōu)勢轉化為調度優(yōu)先，能夠為構建清潔、高效、可靠的中國式現(xiàn)代能源體系做出重要貢獻。（華電山西王舜）
