中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在碳中和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為必然之選。但新能源發(fā)電的波動(dòng)性、消納困境以及棄風(fēng)棄光問(wèn)題仍然存在，而儲(chǔ)能將在發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)擊破以上新能源行業(yè)痛點(diǎn)，被認(rèn)為會(huì)形成一個(gè)“萬(wàn)億級(jí)”的市場(chǎng)風(fēng)口。
9月16日，在清華五道口“碳中和經(jīng)濟(jì)”論壇上，中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)化學(xué)科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)金涌在演講中指出，可再生能源加上儲(chǔ)電技術(shù)將是人類未來(lái)能源的解決方案。金涌還指出，要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，必須要?jiǎng)?chuàng)新，要顛覆原有思想?！坝泻芏鄸|西都是可以想象的，原來(lái)不可能做的事、絕對(duì)想象不到的事，現(xiàn)在都變成可能了。我們一定要開(kāi)動(dòng)腦筋，把不可能的事變成可能。”
在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，集合了綠色和安全等諸多優(yōu)點(diǎn)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)將成為“顛覆原有思想”“把不可能的事變成可能”的重要選項(xiàng)，必將在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中承擔(dān)更大責(zé)任。
從航天到地鐵，飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用不斷開(kāi)疆拓土
飛輪儲(chǔ)能的歷史可以追溯到50多年前，彼時(shí)美國(guó)國(guó)家航空航天局開(kāi)始研究磁懸浮動(dòng)量輪。之后的幾十年間，在進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用之前，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)主要應(yīng)用于飛船、衛(wèi)星等航天器或者軍工及核燃料分離等領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代以來(lái)，飛輪儲(chǔ)能的技術(shù)瓶頸逐漸得到突破，發(fā)展速度加快，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，在電網(wǎng)儲(chǔ)能及調(diào)頻、分布式電網(wǎng)、新能源發(fā)電、UPS電源、地鐵軌道交通等領(lǐng)域不斷得到認(rèn)可。
據(jù)了解，全球范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)是飛輪儲(chǔ)能的重要下游市場(chǎng)，電網(wǎng)調(diào)頻是其主要應(yīng)用領(lǐng)域，項(xiàng)目數(shù)量占比達(dá)到55%以上，其次是分布式電網(wǎng)，項(xiàng)目數(shù)量占比在25%左右。隨著技術(shù)進(jìn)步，飛輪儲(chǔ)能在軌道交通能量回收領(lǐng)域的需求也在快速上升。
“飛輪儲(chǔ)能作為一種電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能方式，利用磁懸浮技術(shù)和電磁感應(yīng)原理帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將能量存儲(chǔ)在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子中，通過(guò)電力電子技術(shù)控制飛輪隨時(shí)充放電，是一種安全綠色環(huán)保，全生命周期無(wú)污染的物理儲(chǔ)能方式?！北本┿勰茉醇夹g(shù)發(fā)展有限公司（以下簡(jiǎn)稱“泓慧能源”）董事長(zhǎng)王佳良向筆者解釋了飛輪儲(chǔ)能的基本原理和優(yōu)勢(shì)，“飛輪儲(chǔ)能具有高功率密度、充放電次數(shù)無(wú)限制、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)污染、工作效率高、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用范圍廣?！?
據(jù)介紹，泓慧能源成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了磁懸浮飛輪的大規(guī)模商業(yè)化制造，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域和項(xiàng)目最多的企業(yè)。
圖為泓慧能源董事長(zhǎng)王佳良在接受《能源高質(zhì)量發(fā)展》雜志專訪
從追隨到超越，到得到廣泛認(rèn)可
對(duì)于為什么進(jìn)入相對(duì)小眾的飛輪儲(chǔ)能領(lǐng)域，王佳良坦言，他和團(tuán)隊(duì)專門(mén)調(diào)研過(guò)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這種儲(chǔ)能技術(shù)與抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能等方式相比具有眾多優(yōu)點(diǎn)?！帮w輪儲(chǔ)能作為一種具備高頻次瞬間精準(zhǔn)放電能力的儲(chǔ)能技術(shù)，具備安全性高、使用壽命長(zhǎng)、整個(gè)生命周期無(wú)污染、回收殘值高等特點(diǎn)，不僅可以用于數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體生產(chǎn)線、機(jī)場(chǎng)、移動(dòng)電源車等領(lǐng)域的應(yīng)急電源保障，更可以用于風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電的調(diào)峰調(diào)頻、石油鉆井、頁(yè)巖氣壓裂車和軌道交通的能量回收等多個(gè)領(lǐng)域。”
談及緣起，王佳良講起自己的“入行”故事：“2007年時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)始應(yīng)用飛輪技術(shù)來(lái)保電。那時(shí)候，配有飛輪儲(chǔ)能的電源車是從美國(guó)進(jìn)口的，一臺(tái)車售價(jià)一千五六百萬(wàn)元，各種維護(hù)都需要請(qǐng)美國(guó)的工程團(tuán)隊(duì)，整個(gè)過(guò)程繁瑣且昂貴。我就此判斷這種技術(shù)的市場(chǎng)空間非常巨大。于是2015年，我組建了以北京航空航天大學(xué)飛輪儲(chǔ)能科研人員為核心的全球化團(tuán)隊(duì)?！?
幾年前，在美國(guó)、加拿大考察時(shí)，泓慧能源團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們的飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻電站效果非常好，但造價(jià)昂貴，且單體飛輪功率只有一兩百千瓦。王佳良信心滿滿地表示，經(jīng)過(guò)幾年追趕，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超越，單體就可以做到5兆瓦，160千瓦時(shí)的量級(jí)，在電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰方面的應(yīng)用空間非常大。
“中國(guó)擁有強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)基礎(chǔ)，就如同當(dāng)初風(fēng)電和光伏在中國(guó)得到規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用并快速發(fā)展一樣，飛輪儲(chǔ)能在完成技術(shù)突破后，也可以在中國(guó)憑借健全的產(chǎn)業(yè)鏈、良好的政策優(yōu)勢(shì)，來(lái)降低成本和得到更廣泛的應(yīng)用?！蓖跫蚜颊J(rèn)為，風(fēng)電和光伏在我國(guó)的發(fā)展路徑就是飛輪儲(chǔ)能的未來(lái)之路。
方向已定，但得到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的認(rèn)可也并非一帆風(fēng)順。王佳良透露，作為新興創(chuàng)業(yè)公司，在參與項(xiàng)目招標(biāo)過(guò)程中，難免會(huì)面臨招標(biāo)方的刁難。“此前參與的一次招標(biāo)中，招標(biāo)方是美國(guó)的芯片公司，他們用有色眼鏡來(lái)審視中國(guó)企業(yè)。當(dāng)他們看到我們的投標(biāo)方案后，發(fā)現(xiàn)泓慧能源的報(bào)價(jià)比美國(guó)的飛輪儲(chǔ)能公司低不少，整個(gè)方案設(shè)計(jì)卻沒(méi)有任何瑕疵。如果泓慧能源也是一家外企，或許他們會(huì)痛快地簽下標(biāo)書(shū)，但正因?yàn)槲覀兪且患抑袊?guó)的創(chuàng)業(yè)公司，他們請(qǐng)來(lái)了外國(guó)的專家對(duì)我們的飛輪技術(shù)進(jìn)行多輪‘拷問(wèn)’。當(dāng)時(shí)我們準(zhǔn)備了厚厚的英文資料，要展示我們的科研實(shí)力，但外國(guó)專家甚至聽(tīng)的意思都沒(méi)有，想直接否定我們。是我一個(gè)巴掌拍在桌子上鎮(zhèn)住了他們，然后闡述了我們的誠(chéng)意和后發(fā)優(yōu)勢(shì)，才把外國(guó)專家留下來(lái)聽(tīng)完?！蓖跫蚜颊f(shuō)到此處，再次把手拍在了桌子上，“聽(tīng)完我們的闡述后，他們服了，最后合同也簽了?！?
如今，認(rèn)可泓慧能源產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外企業(yè)越來(lái)越多了。泓慧能源合作伙伴名單也在不斷延長(zhǎng)：平高集團(tuán)有限公司、中國(guó)石油集團(tuán)、西門(mén)子能源集團(tuán)……
圖為泓慧能源飛輪儲(chǔ)能交付平高儲(chǔ)能項(xiàng)目
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)為飛輪儲(chǔ)能再創(chuàng)良機(jī)
當(dāng)前，我國(guó)在構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性是其主要局限性，這對(duì)電力系統(tǒng)快速靈活調(diào)節(jié)提出新的挑戰(zhàn)，需要大力發(fā)展各種類型的儲(chǔ)能資源，全面提升電力系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)控能力。對(duì)此，飛輪儲(chǔ)能具體該如何有效應(yīng)對(duì)？
據(jù)介紹，飛輪儲(chǔ)能由于可以實(shí)現(xiàn)大功率快速充放電，在電力系統(tǒng)快速負(fù)荷調(diào)節(jié)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)獨(dú)立調(diào)頻、火電+儲(chǔ)能、新能源（風(fēng)光）+儲(chǔ)能、微電網(wǎng)及綜合能源等，具有廣闊發(fā)展前景。除了電力系統(tǒng)，大容量功率型飛輪儲(chǔ)能也可以在其他電能快充快放領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和儲(chǔ)能量成精確關(guān)系，因此，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速精確測(cè)量和控制，還可以通過(guò)將多個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元組成陣列，實(shí)現(xiàn)較大容量的能量快速精確充放。
事實(shí)上，相較于電化學(xué)儲(chǔ)能，飛輪儲(chǔ)能具有諸多獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，尤其是物理儲(chǔ)能的良好安全性能引人關(guān)注，不會(huì)有燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)。盡管因?yàn)槠浼夹g(shù)難度大，國(guó)內(nèi)外個(gè)別科研機(jī)構(gòu)在研發(fā)環(huán)節(jié)曾發(fā)生過(guò)意外，但商業(yè)化應(yīng)用的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)罕有安全事故發(fā)生。作為高端裝備制造產(chǎn)品，和汽車、高鐵、飛機(jī)等產(chǎn)業(yè)一樣，只要做到科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的質(zhì)量控制、規(guī)范的運(yùn)行操作，飛輪儲(chǔ)能的安全性是非常好的。
不僅如此，飛輪儲(chǔ)能還具有很高功率密度和快速響應(yīng)能力，額定功率響應(yīng)時(shí)間低于0.1秒。同時(shí)，具有超多循環(huán)充放次數(shù)和超長(zhǎng)使用壽命，充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)100萬(wàn)次，使用壽命超過(guò)20年。
圖為泓慧能源16MVA飛輪成都半導(dǎo)體晶圓廠大規(guī)模應(yīng)用
增長(zhǎng)勢(shì)頭良好并不等于行業(yè)發(fā)展是一片坦途。我國(guó)飛輪儲(chǔ)能行業(yè)還有一些待突破的瓶頸。比如，當(dāng)前成熟運(yùn)行的飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品還較少，運(yùn)行功率較低，后備時(shí)間短，部分技術(shù)性能需要進(jìn)一步完善。現(xiàn)階段飛輪儲(chǔ)能商業(yè)化應(yīng)用還存在成本偏高、缺少價(jià)格激勵(lì)政策、技術(shù)路線不夠成熟、技術(shù)規(guī)范、接入標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)規(guī)程不完備等問(wèn)題。
談及飛輪儲(chǔ)能行業(yè)科研的艱辛，王佳良感慨良多，基礎(chǔ)科學(xué)硬科技領(lǐng)域的點(diǎn)滴突破都來(lái)之不易，行業(yè)內(nèi)有的技術(shù)路線在實(shí)驗(yàn)室階段就被驗(yàn)證行不通，甚至是付出了沉重的代價(jià)。
好在，泓慧能源的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)正在不斷實(shí)現(xiàn)自我突破。據(jù)介紹，該公司已經(jīng)具備了功率型和能量型不同的產(chǎn)品類型，能量型飛輪儲(chǔ)能單機(jī)可以存儲(chǔ)160度電，功率型飛輪單機(jī)可提供5兆瓦的額定功率，通過(guò)不同的串并聯(lián)，飛輪儲(chǔ)能也可以做到長(zhǎng)時(shí)間、大功率儲(chǔ)能。
“同時(shí)，為進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，最近，泓慧能源與全球領(lǐng)先的高端裝備先進(jìn)基礎(chǔ)材料制造商、科創(chuàng)板上市公司廣大特材達(dá)成了全面戰(zhàn)略合作，結(jié)合廣大特材在裝備制造、先進(jìn)材料、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制等多方面的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在清潔能源領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、裝備研制、成果轉(zhuǎn)化、平臺(tái)建設(shè)等方面展開(kāi)全方位的合作?！蓖跫蚜急硎?。
“飛輪儲(chǔ)能能夠有效降低化學(xué)電池消耗和因化學(xué)電池帶來(lái)的材料大幅上漲、起火爆炸等問(wèn)題的發(fā)生概率，是實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的支撐技術(shù)之一?！辈稍L最后，王佳良呼吁，當(dāng)前對(duì)飛輪儲(chǔ)能行業(yè)來(lái)說(shuō)，最重要的是要盡快從政策鼓勵(lì)、科技示范、相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂等不同層面予以支持和完善。其次，產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，一個(gè)環(huán)節(jié)阻滯，上下游企業(yè)都無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。要凝心聚力，加快飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同創(chuàng)新，促進(jìn)飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。
