中國儲能網訊：9月3日，中國能建中電工程山西院總承包山西電建參建的鼎輪能源科技（山西）有限公司30兆瓦飛輪儲能項目成功并網發(fā)電。
據悉，該項目是國內首臺電網側獨立調頻飛輪儲能電站，年調頻里程300萬兆瓦，通過實時調控有功出力參與電網調頻，可有效解決區(qū)域電網內有功不平衡問題，為新型電力系統(tǒng)提供快速調節(jié)資源，保障電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。
什么是飛輪儲能？
對比商業(yè)化程度更高、應用更為廣泛的電化學儲能，分屬物理儲能領域的飛輪儲能似乎是一條格外小眾的技術路線。但其實小小飛輪設備早在千百年前就已經成為了人類輔助生產的重要工具。而瓦特所發(fā)明的蒸汽機也使用了飛輪原理，進而助力了第一次工業(yè)革命的開展。
據公開資料顯示，第一個專門用于能源儲存的飛輪是由約翰·哈爾在1883年建造，該設備被安裝在魚雷上發(fā)揮動力推進和方向平衡作用。
20世紀40年代，瑞士一家公司依托電能與機械能的相互轉換使高轉速的陀螺成為了儲能設備，并將飛輪的概念用于交通運輸領域。
現(xiàn)階段的飛輪儲能系統(tǒng)是一種機電能量轉換的儲能裝置，整體由飛輪本體、軸承、電機/發(fā)電機、電力轉換器和真空室5個主要組件構成。在實際應用中的結構還會有針對性的調整。
飛輪儲能系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命與軸承的性能息息相關。而電力轉換器可以提高飛輪儲能系統(tǒng)的靈活性和可控性，并將輸出電能通過調頻、整流或恒壓等變換為滿足負荷供電要求的電能。真空室可以提供真空環(huán)境，降低電機運行時的風阻損耗。
飛輪儲能的充電原理是電機在電動機狀態(tài)，外部電能輸入，驅動飛輪高速旋轉, 電能轉換為動能儲存，而放電原理是在發(fā)電機狀態(tài)，利用飛輪高速旋轉的慣性帶動轉子旋轉，最終通過發(fā)電機將飛輪存儲的動能轉換成電能進行輸出。
國內：細分技術并驅，百花齊放
在80年代初中國科學院研究所開始關注飛輪儲能技術，90年代我國正式開始深入研究。在這一階段，中國科學院電工研究所研制了利用機械軸承和鋼制轉子的飛輪儲能裝置，主要用于電網系統(tǒng)穩(wěn)定與電能質量改善。
1997年清華大學工程物理系成功設計出第一代復合材料飛輪儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用永磁-流體動壓混合軸承和永磁無刷電機，轉子轉速高達48000r/min，并成功實現(xiàn)充放電運行。1999年設計出第二代飛輪儲能系統(tǒng)，對轉子本體尺寸結構和電機結構進行優(yōu)化，轉速達到42000r/min。
2003年清華大學開始對磁懸浮飛輪進行研究，采用主動磁軸承并建立整套磁軸承控制系統(tǒng)。2006年誕生了國內第一套磁懸浮復合材料飛輪儲能系統(tǒng)。2014年我國成功完成第一臺200KW工業(yè)化磁飛輪的調試工作，2022年青島地鐵3號線兆瓦級飛輪儲能正式并網應用。
作為產品專業(yè)化程度高的知識密集型產業(yè)，在飛輪儲能的早期發(fā)展階段中，核心研發(fā)力量主要以高等院校為主，而近年來隨著政策層面對于各類儲能技術的大力扶持和資本關注，極具技術競爭力的飛輪儲能企業(yè)也開始陸續(xù)涌現(xiàn)。
下圖是第十四屆中國儲能大會上所發(fā)布的2023年中國新型儲能飛輪儲能企業(yè)TOP10名單，可以看到相較于更為成熟集中的電化學儲能賽道，飛輪儲能正處于多種細分技術并驅、百花齊放的多元發(fā)展期，這使得業(yè)內人士對于飛輪儲能的未來拉足期待。
海外：同步發(fā)力，發(fā)達國家領先半個身位
美國
美國針對飛輪儲能的研究起步較早。馬里蘭大學已研究出用于電力調峰的24kWh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)，其飛輪重172.8kg，工作轉速范圍11，610～46，345rpm，破壞轉速為48，784rpm，系統(tǒng)輸出恒壓110～240V，全程效率為81%。經濟分析表明，運行3年時間可收回全部成本。美國Beacon Power歷史性的開創(chuàng)了飛輪儲能系統(tǒng)與電力公司合作的先例，使得電力市場開始接受飛輪儲能技術。
日本
日本在飛輪儲能技術的基礎研究、關鍵技術、制造工藝以及產品產業(yè)化開發(fā)等方面積累了大量經驗。特別是在新材料、高溫超導磁懸浮技術等方面的研究，為飛輪儲能系統(tǒng)的高效運行和成本降低提供了有力支持。目前，日本已經制造出在世界上容量最大的變頻調速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)(容量26.5MVA ,電壓1100V ,轉速510690r/min ,轉動慣量710t·m2) 。日本在飛輪儲能領域的代表企業(yè)為三菱和日立。
加拿大
加拿大政府和相關部門對飛輪儲能技術的發(fā)展給予了高度重視，通過制定相關政策和提供資金支持，積極推動飛輪儲能技術的研發(fā)和應用。這種政策環(huán)境為飛輪儲能技術的發(fā)展提供了良好的外部條件。加拿大在飛輪儲能領域的代表性企業(yè)為Temporal Power公司，該公司擁有先進的飛輪儲能技術和豐富的工程應用經驗。
韓國
韓國積極與國際上的飛輪儲能技術領先企業(yè)和研究機構開展合作，共同推動飛輪儲能技術的發(fā)展和商業(yè)化應用。韓國機械與材料學院與韓國電力研究院合作開發(fā)了一套5kWh級飛輪儲能系統(tǒng)，采用主動電磁軸承與永磁軸承混合支撐方式以及永磁電機結構。該系統(tǒng)在技術上具有較高的先進性，為韓國飛輪儲能技術的發(fā)展樹立了標桿。
德國
德國在飛輪儲能技術的研發(fā)上投入了大量資源，致力于提高飛輪儲能系統(tǒng)的效率、可靠性和經濟性。德國還注重飛輪儲能技術的創(chuàng)新應用，探索其在電力系統(tǒng)、交通運輸、航空航天等多個領域的應用潛力，推動飛輪儲能技術的商業(yè)化進程。代表企業(yè)Flybt Energy Solutions GmbH專注于研發(fā)和生產高性能飛輪儲能系統(tǒng)，其產品具有高效、可靠和安全等特點，在電力、交通、工業(yè)等多個領域得到了廣泛應用。
契機：混合儲能興起，綜合競爭力提升
近年來隨著儲能應用場景的不斷升級，客戶對于儲能系統(tǒng)的需求更加精細多維，但任何單一技術路徑都存在一定的不足，在此背景下聰明的企業(yè)開始以混合儲能的形式探索更多1+1>2的儲能系統(tǒng)最優(yōu)解。
而飛輪與鋰電便是首當其沖的大熱“CP”,2023年4月國內首個飛輪+鋰電池儲能復合調頻項目華電山西朔州熱電飛輪儲能復合調頻項目正式投運；同年8月，國內首個由鐵鉻液流、飛輪、鋰電三種形式組成的混合儲能項目在內蒙古霍林郭勒正式投運；今年4月全國首個飛輪+鋰電池混合儲能獨立電站在山西省文水縣開工。
對此，有業(yè)內人士分析，雖然中國在飛輪儲能領域的發(fā)展相較于海外多國落后了半個身位，但隨著飛輪加鋰電的混合儲能項目逐步應用，市場逐漸打開，依托中國鋰電產業(yè)優(yōu)勢，飛輪加鋰電的“組合拳”或將在國際市場拉高我國在該細分領域的整體表現(xiàn)力，贏得發(fā)展機遇，進而在未來更加多元的項目合作中“反哺”國內飛輪儲能技術的發(fā)展。
