2019年GTR飛輪儲能技術及其應用.pdf

1、盾石磁能科技有限責任公司 軌道交通技術 負責人 GTR飛輪儲能技術及其應用 GTR flywheel energy storage technology and its application 2019-05-15 1 盾石磁能科技有限責任公司盾石磁能科技有限責任公司成立于2014年，公司收購源于歐洲最大鈾濃縮公司URENCO的飛輪技術公司KTSI，將先進的飛輪儲能技術引入到國內，擁有全部技術知識產權。公司掌握短時高頻次、快速響應的復合材料高速飛輪技術，在高強度復合材料飛輪、大功率高速電機設計、制造及控制、磁懸浮軸承系統、能量管理與陣列控制、飛輪技術應用等方面有核心技術優勢。公司簡介 2 GT

2、R飛輪儲能裝置介紹 3 飛輪儲能屬于一種物理儲能方式，利用旋轉體高速旋轉時所具備的動能來存儲能量，通過電動/發電一體化雙向高效電機，實現電能和動能的雙向變換。飛輪存儲能量飛輪存儲能量 飛輪釋放能量飛輪釋放能量 原原理：理：E=1/2JE=1/2J2 2 電 能 動 能 G G Grand 短時短時高頻高頻次次 T T Touring 超長超長壽命壽命 R R Racing 快速快速響應響應 產品特性 4 負荷波動頻繁的場合負荷波動頻繁的場合 動、勢、位能與電能相互轉動、勢、位能與電能相互轉換的場換的場合合 對電能質量要求高的場合對電能質量要求高的場合 應用場景 5 磁軸承系統 真空腔 針式軸承

3、 碳纖維復合轉子 高速永磁電機定子 外殼 本體結構 6 高速永磁電機高速永磁電機 結構緊湊體積小，效率高。相對于傳統電機，更高的頻繁充放動作次數。碳纖維復合轉子碳纖維復合轉子 高強度、抗拉伸，MLC加工工藝。相對鋼制轉子，無銅無鐵損耗更低，轉動慣量小，響應速度更快。被動磁軸承被動磁軸承 采用磁懸浮技術，無控制單元，不耗電，零磨損 相對于機械軸承，發熱少，損耗低。核心技術 7 模塊化設計 3000W/kg 1.58kwh 750/1500VDC 333kW*17s/臺 1ms響應，5ms全功率 40次全功率充放電/h 深度充放電1000萬次 1100mm*1550mm*2200mm/臺 1500

4、kg/臺 8 一鍵啟停 能量管理單元 一鍵起?？刂贫鄠€功率模塊，本地遠程操作模式 狀態監視 負載均衡 飛輪儲能系統通過自身的功率控制單元以及能量管理單元實現輸出功率的均衡 可以實現完整的運行狀態參數顯示，SOC狀態監控，完善的故障日志記錄。能量管理單元 9 中國鐵道科學院認證 中國電力科學院認證 ISO9001體系認證 公司飛輪產品提供中國人民保險公司3年保險 GTR飛輪行業認證及質量認證 10 GTR飛輪在地鐵領域應用方向介紹 11 再生制動能量回收與再利用 牽引網壓支撐 應急支撐電源 制動能量即收即用，不影響交流電網，節約總牽引電能的15%-30%。穩定牽引網壓，保障列車穩定進行電制動，降

5、低閘瓦磨耗。降低通風系統的能耗。在地鐵領域應用方向：再生制動能量回收與再利用 12 在長大區間或地形較復雜的區段，運量提升會造成線路中段網壓跌落嚴重，危及列車運行安全，在此處安裝飛輪儲能裝置，在列車經過時輔助供電系統為列車提供電能，支撐牽引網壓，減少了另建變電所的投資和后期運營維護的高額支出。在地鐵領域應用方向：牽引網壓支撐 13 當牽引供電系統出現故障時，飛輪儲能系統根據需要按照調度指令向牽引網釋放電能，幫助列車行駛至前方最近站臺，便于疏散乘客！在地鐵領域應用方向：應急支撐電源 14 GTR飛輪在北京地鐵應用介紹 15 GTR飛輪在北京地鐵的應用是國內首個將飛輪儲能技術應用于城市軌道交通領域

6、的項目，填補了我國在該領域的空白。一、對一、對城市軌道交通運營、維護具有重要城市軌道交通運營、維護具有重要意義。意義。1、可節約15%至30%牽引電費支出；2、穩定直流牽引網壓，改善牽引網電能質量；3、使列車穩定進行電制動，降低閘瓦磨耗；4、飛輪儲能技術先進，維護簡單，可大幅降低運維成本；二、較原有制動能量管理技術更為先進、穩定及效益突出。二、較原有制動能量管理技術更為先進、穩定及效益突出。1、相比電阻消耗型裝置，飛輪可以回收再利用列車制動電能；2、相比中壓能饋型裝置，飛輪可實現即收即用，不會對交流電網產生影響，同時兼顧穩定直流牽引網壓的作用；3、相比超級電容型裝置，飛輪無容量衰減，循環充放次

7、數多，安全性高。項目意義 16 三、對軌道交通行業的技術進步具有重要推動作用。三、對軌道交通行業的技術進步具有重要推動作用。1、填補飛輪儲能技術在國內軌道交通領域應用的空白；2、為城市軌道交通再生電能回收帶來更新更優的解決方案；3、提高軌道交通行業供電系統的技術先進性。四、在軌道交通產業采用飛輪儲能技術符合國家重要政策指引方向。四、在軌道交通產業采用飛輪儲能技術符合國家重要政策指引方向。五、對飛輪儲能技術在國內軌道交通行業的廣泛應用起到引領作用。五、對飛輪儲能技術在國內軌道交通行業的廣泛應用起到引領作用。項目意義 17 充電值kW 放電值kW 值V 值V-2000-1900-1800-1700

8、-1600-1500-1400-1300-1200-1100-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-10001002003004005006007008009001000-1200-1000-800-600-400-2000200400600800100011733496581971131291451611771932092252412572732893053213373533693854014174334494654814975135295455615775936096256416572019年4月17日北京廣陽城地鐵1MW飛輪運行數據 飛輪儲能系統吸收釋

9、放功率/kW 直流母線電壓/V 應用效果飛輪運行數據 飛輪跟隨牽引網波動進行響應，各臺之間功率均衡，轉速一致。18 飛輪充放電功率大、動作頻繁。經統計，飛輪在一小時內全功率響應次數為44次，功率超過75%深度響應頻次為103次。應用效果飛輪動作次數統計 19 應用效果節能數據統計 時間 飛輪裝置總節電量/kWh 牽引機組總耗電量/kWh 節能率 4.27 1122 5102 22%4.28 1247 6565 19%4.29 1510 6786 22%4.30 1632 6890 24%5.8 1715 7213 24%5.9 1785 7122 25%5.10 1801 6998 26%5.

10、11 1484 5300 28%5.12 1755 6784 26%5.14 1719 6877 25%20 1MW飛輪每小時可節約80-100kWh；1MW飛輪系統年節約電能53-66萬kWh；1MW飛輪系統節電率在19%。當飛輪儲能系統投入運行時，直流牽引網的最低電壓為752V；未投入時同等牽引工況下網壓最低值為710V，可將網壓穩定在750-900V。應用效果穩定網壓 21 GTR飛輪在電網電源領域應用 22 應用方向：頻率調節 UPS不間斷電源 拉格倫鎳礦-28MW 風能-柴油微電網 2014年新增3MW風力發電機 2018年新增3MW風力發電機 飛輪儲能 鋰電池儲能 氫儲能 該系統每

11、年可節省5%的柴油燃料超400多萬升。儲能使風電穿透率從15%上升到25%。https:/www.nrcan.gc.ca/energy/funding/current-funding-programs/eii/16662 頻率調節拉格倫鎳礦 23 飛輪、蓄電池調節渦輪功率 飛輪快速響應，吸收多余的能量并釋放能量 蓄電池提供主要儲能 飛輪與風機渦輪運行數據 頻率調節拉格倫鎳礦 飛輪、蓄電池、風力發電機組運行數據 24 費爾島 無電池的島狀微電網 風力發電 柴油發電 飛輪儲能 埃格島 帶電池的島狀微電網 風力發電 太陽能發電 水力發電 柴油發電 頻率調節島嶼項目蘇格蘭 25 島上的電網頻率允許范圍

12、為49-54Hz，頻率波動較大。加入飛輪使頻率更穩定 2013.12.4埃格島電網頻率偏差 頻率調節島嶼項目埃格島 26 飛輪安裝前某天頻率偏差的柱狀圖，可看出頻率在50.5-52.5之間波動，波動范圍較大。安裝飛輪后某天頻率偏差的柱狀圖，可以清楚地看出飛輪對島嶼電網頻率的影響，加飛輪使頻率穩定在52Hz。頻率調節島嶼項目埃格島 27 此圖表是一天內水電站發電量的柱狀圖，范圍從20kW到80kW。(偏差60 kW)此圖表是安裝飛輪后正常一天內水電站發電量的柱狀圖?？梢悦黠@的看到，在這一天，飛輪將輸出功率穩定在25到45kW之間。(偏差20 kW)艾格電網的水電站柱狀圖04/12/2013 艾格

13、電網的水電站柱狀圖04/12/2014 頻率調節島嶼項目埃格島 28 安裝飛輪前的水電輸出功率 安裝飛輪后水電輸出功率 結果表明水電輸出更穩定，極端功率事件減少。艾格電網的水電站輸出功率04/12/2013 艾格電網的水電站輸出功率04/12/2014 圖4-22 安裝飛輪前（左）和安裝飛輪后（右）水電站輸出功率偏差對比 頻率調節島嶼項目埃格島 29 飛輪就像是費爾島的不間斷電源（UPS）風使電網頻率增大時，飛輪充電 沒有風時，飛輪時不時放電來提供電能 2017年11月，飛輪為該島提供了整個夜晚的連續電能，這是該島歷史上的第一次 頻率調節島嶼項目費爾島 30 UPS不間斷電源日本NDK 項目要求：項目對儲能設備安全穩定性要求較高，并要求較少的日常維護 在柴油發電機啟動前提供50kW不少于3分鐘的過渡電源 應用效果：使用期間為系統提供穩定的后備電源保障 年維護時間少于3小時 園區智能微電網園區智能微電網項目項目 商業合同商業合同 用戶意見用戶意見 2016年完成安裝調試驗收 商業合同商業合同 浙江大學微電網浙江大學微電網項目項目 2017年驗收完成 商業合同商業合同 2019年完成 飛輪飛輪UPSUPS電壓暫降電壓暫降項目項目 飛輪在優勢領域應用案例 31 謝謝 Thanks for Your Time