飞轮储能行业领先者,沈阳微控加入太阳能光热联盟

时间:2022-03-24 18:27来源:国家光热联盟
  沈阳微控新能源技术有限公司(简称沈阳微控)是一家从事磁悬浮飞轮储能产品研发、设计、生产制造、销售以及委托研发设计服务的国家高新技术企业。现已建成全国唯一的量产磁悬浮飞轮储能设备生产及测试线,飞轮储能系统全球部署规模近3000台,稳定运行时间超过10万小时。
  近日,国家太阳能光热产业技术创新战略联盟(简称太阳能光热联盟)理事长联席会议表决同意了沈阳微控的入盟申请,太阳能光热联盟生态产业链中又增添了一名机械储能技术领域的骨干供应商。
  理事单位简介 
  沈阳微控成立于2018年3月,是国家高新技术企业,总部位于中德(沈阳)高端装备制造产业园,在深圳、北京、上海等国内多个城市设有分支机构。公司掌握了全球领先的全磁悬浮轴承及控制技术、飞轮材料及工艺技术、高速电机技术、大功率电力电子变换、安全防护等核心技术,拥有国内/国际发明专利四十余项。微控公司是辽宁省主动磁悬浮技术应用工程研究中心依托单位,承担了辽宁省、深圳市重大科技专项研发项目,我国飞轮储能标准制定企业。
图1:沈阳微控公司外景
  磁悬浮飞轮储能技术简介 
  沈阳微控营销副总裁陈烨介绍说,飞轮物理储能系统是一种机电能量转换和储存装置。飞轮储能的工作原理是在电力富裕条件下,由电能驱动飞轮到高速旋转,电能转变为机械能储存;当系统需要时,飞轮减速,电动机作发电机运行,将飞轮动能转换成电能,供用户使用。飞轮储能通过转子的加速和减速,实现电能的存入和释放。
  磁悬浮飞轮作为物理储能领域最具代表性的储能方式,具备可靠性高、响应速度快、使用寿命长、维护成本低、绿色环保等优势。沈阳微控掌握了全球领先的磁悬浮轴承、高速永磁电动机/发电机及电力电子技术。磁悬浮储能飞轮产品采用五轴主动磁悬浮的轴承体系,飞轮在密闭的真空容器中处于无接触的完全磁悬浮状态,以每分钟高达41000转的转速高速旋转,拥有业界最高的功率密度。产品充放电循环次数超过200万次,使用寿命20年。
  目前,沈阳微控的飞轮储能产品已出口至美国、加拿大、英国、法国、瑞士、巴西等国,全球部署规模近3000台,稳定运行时间超过10万小时,产品实际运行时间已长达15年,验证了微控产品具备业界最佳的性能及品质,公司已成为全球技术领先,并在中国量产的飞轮公司。
  沈阳微控新能源技术有限公司董事长张庆源介绍,沈阳微控飞轮储能产品的核心技术主要包括:
  (1)五轴主动磁悬浮轴承及控制技术:飞轮转子和轴承之间无接触,轴承无磨损,适合高速运行,采用永磁偏置轴承,可用永磁场承载飞轮重力,能耗小;
  (2)合金钢飞轮材料及工艺技术:采用航天级合金钢飞轮材料,具有密度大、强度高、抗疲劳特性强等特点,能够同时提高飞轮的质量和转速,综合性能好,每台飞轮均经过超声无损探伤,严格保证材料的一致性,使用寿命长达20年;
  (3)无刷式永磁同步电机技术:采用无刷设计,转子采用稀土永磁材料,不易退磁,转子涡流损耗小,转子表面发热少,热稳定性好,体积小,功率密度大,效率高,噪音低;
  (4)双向功率变换及变频驱动技术:采用高性能IGBT,可实时控制交流侧和直流侧的双向功率变换,自适应调整交流电的频率,实现对交流电机的变频驱动;
  (5)真空腔体及散热技术:采用全封闭合金外壳,具备密封、散热、电磁屏蔽及防护的作用,采用真空泵抽真空,实时检测并维持腔体内的真空度,采用独特的散热结构及风冷散热技术,维持系统的热稳定性;
  (6)安全保护技术:
  •   自供电技术:自供电技术:为了保证磁悬浮轴承的正常工作,磁悬浮控制器需要不间断供电,采用两路电源供电设计:一路为外部辅助电源,一路为内部自供电电源,飞轮在高速旋转下,能够通过永磁同步电机给磁悬浮控制器自供电,大大提高了飞轮控制系统供电的可靠性;
  •   备用机械轴承保护技术:在磁轴承失效及剧烈震动时,通过备用机械轴承保护,安全地停机;
  •   全方位的状态监测和保护技术:实时自检、状态透明,实时监测电气量、转速、位置、真空度、温度、各部件运行状态,有异常情况自动告警并保护停机。
  沈阳微控飞轮储能产品的优势主要包括:
  (1)高安全性:纯物理储能过程,无化学反应,全方位参数监测,状态透明,安全可控;
  (2)绿色环保:全生命周期绿色无污染,飞轮采用合金钢材料,退役后可全部回收利用,处理成本低;
  (3)长寿命:基于主动磁悬浮轴承,无机械摩擦,核心部件长达20年使用寿命;
  (4)高功率:单台飞轮储能设备的放电功率200kW,可并联组成MW级飞轮储能系统,功率密度高;可根据应用需要组成飞轮储能阵列系统,实现数兆瓦级的功率需求;
  (5)快充放:基于IGBT电力电子技术,实现毫秒级快速充放电响应;
  (6)宽温域:运行温度范围宽,无需精密温控环境,环境适应性强;
  (7)易部署:模块化、标准化设计,运输和施工方便,容易选址,建设周期短。
  磁悬浮飞轮储能技术应用领域简介  
  飞轮储能产品可广泛应用于电力、数据中心、工业、电信、医疗、交通运输等行业。
  在电力领域,飞轮产品可应用于发电、输电、变电、配电、用电等各环节,例如新能源场站一次调频及惯量响应、储能辅助火电机组AGC调频、特高压/柔性直流输电频率暂态稳定支撑、关键电力保障、电能质量管理、微电网冲击性负荷平抑、电力动态增容等。沈阳微控飞轮产品已经在风力发电场一次调频应用、飞轮UPS应急电源车、医院关键电源保障、湖北新冠疫情电力保障等项目成功部署。在以新能源为主体的新型电力系统结构下,电网系统安全稳定运行的问题越来越突出,飞轮储能系统可为电力系统的安全稳定运行保驾护航。
  在城市轨道交通领域,飞轮储能型再生制动能量回收系统可部署于城市轨道交通牵引变电站内实现车辆再生制动能量的回收利用。通过飞轮储能系统,每年可为地铁运营公司节省电费支出数千万元,同时减少上万吨二氧化碳排放,节能减排效果显著。目前该系统已经在国内外城市地铁线路成功部署。
  在数据中心、工业、医疗等领域,飞轮UPS不间断电源系统可为关键负载提供稳定、不间断的电力供应,也可以用于电压暂降等电能质量治理。与铅酸蓄电池等传统UPS储能部件相比,飞轮储能系统使用寿命长,安全可靠性更高,可降低用户全生命周期40%的总拥有成本,在欧美国家得到广泛使用。微控飞轮UPS产品也已经在我国方舱医院UPS电源、飞轮UPS应急供电车、美国雅虎数据中心、EMC数据中心、美国美光芯片工厂、约翰霍普金斯大学医学中心、斯坦福儿童医院、加拿大温哥华国际机场等规模化部署。
  重点应用案例  
  (1)国家能源集团山西龙源风力发电有限公司右玉老千山风电场
  2020年7月7日,1MW飞轮+4MW锂电混合储能调频试验在右玉县老千山风电场圆满成功。而项目的亮点,兆瓦级飞轮系统正是采用了沈阳微控的功率型磁悬浮储能飞轮本体组成储能飞轮阵列,构成1MW的飞轮储能系统。该系统是国内首个完成接入35kV电网并网试验的兆瓦级飞轮储能系统,也是首个利用飞轮储能技术解决新能源一次调频的应用。
图2:MW级磁悬浮飞轮储能集装箱现场部署图
  项目主要负责人、国网山西电科院新能源所所长郭强介绍说,仅采用锂电储能应用于新能源场站调频,频繁充放电使锂电池系统使用寿命过短,也容易发生安全事故;光用飞轮储能成本高、易浪费,将二者结合起来,正好优势互补,性价比最高。由功率型飞轮储能装置与能量型锂电池储能装置按一定比例组成的混合储能系统,在电网频率频繁扰动时,由飞轮储能装置承担大部分出力,在飞轮储能装置不能满足要求时,锂电池储能在功率或能量上进行补充。这样可以最大限度减少锂电装置的动作次数,提高整体系统使用寿命,降低事故(着火、爆炸)概率。同时,还能实现双细则下储能装置的经济利用。作为国内首个“飞轮+锂电混合储能”项目在新能源场站调频领域的成功应用,验证了多种储能装置平抑风功率波动的可行性。 
  科技部网站转载发文表示:沈阳微控研制的飞轮储能设备实现全国首次35kV电网并网,标志着我国新能源领域商业模式与应用技术的双创新,不仅对解决新能源一次调频任务具有现实意义,也对整个储能产业市场交易的多元化具有创新意义。未来,随着辅助服务市场的不断完善,以及储能技术的不断升级,这一创新模式将为储能打开更多的应用机会和价值收益,也将开启混合储能的新时代。
  (2)辽宁阜新大唐查台风电场站飞轮一次调频及惯量响应应用项目
  2021年9月,沈阳微控联合辽宁省电科院、辽宁大唐国际新能源有限公司在辽宁阜新大唐查台风电场实施了风储协同一次调频及虚拟惯量响应示范项目。该项目在全国首个/唯一利用磁悬浮飞轮系统-风机协同实现风机参与电网一次调频及虚拟惯量响应,对于解决新能源场站电网频率暂态支撑能量不足问题具有重大价值。2022年1月,该项目成功入选中国能源报社主办的2021碳达峰碳中和高质量发展技术创新解决方案。
图3:飞轮一次调频及惯量响应系统
  (3)三峡集团乌兰察布“源网荷储一体化”关键技术研究与示范应用项目
  部署1MW/15MJ集装箱式飞轮储能系统,2021年底完成现场交货部署,2022年初开始进行联调测试,用于电网快速频率调节和惯量响应以及动模平台仿真验证。
图4:MW级集装箱式飞轮储能系统
  (4)协合新能源辽宁阜新海力板风电场站飞轮一次调频惯量响应应用项目
  部署0.5MW/7.5MJ集装箱式飞轮储能系统,计划于2022年3月完成现场部署实施,验收并网后参与电网一次调频及惯量响应。
图5:0.5MW飞轮储能调频系统
  (5)北京冬奥会电力保障设备供应
  作为北京2022年冬奥会和冬残奥会电力保障设备供应商,沈阳微控凭借领先的磁悬浮飞轮技术,助力冬奥会各赛事场馆电力保障,以科技创新硬核绿色技术服务冬奥。2020年,沈阳微控与国家电网公司北京潞电集团达成战略合作,在其研发的氢能源发电车上部署了微控 XXT 450KW飞轮产品,用于2022北京冬奥会开幕式及各赛事场馆应急电源保障。
  沈阳微控董事长张庆源介绍,氢能源发电车主要包括磁悬浮飞轮设备、UPS不间断电源系统、氢燃料电池系统、监控系统、储氢系统及底盘车等部分组成。如果赛场出现突然停电,飞轮设备检测到掉电后,立即由飞轮设备提供电力保障。同时对氢燃料电池下发启动命令并进行功能自检,当检查完毕无误后,由氢燃料电池为负载提供电力保障。如果搭载传统电池,体积将是飞轮设备的4倍,而且在响应速度和应急保障上,也难以与飞轮相较。
图6:氢能源飞轮UPS发电车
  (6)高海拔方舱医院飞轮UPS应急电源
  可靠稳定的电力保障对应急方舱医院的正常运行至关重要。为了适应各种复杂的自然环境,沈阳微控突破性的采用五轴主动磁悬浮飞轮储能装置,配合柴油发电机组与UPS等共同组成了一套稳定可靠的飞轮UPS不间断应急电源系统,可为关键负载提供零延时的高可靠性持续电力保障。该飞轮 UPS 不间断应急电源系统已经在多个项目中成功部署,尤其针对高寒高海拔等应用场景进行了特殊设计,目前系统已在高原高寒地区(海拔4200米、零下45度)成功部署,系统运行稳定,创造了多项国内第一。
图7:飞轮UPS应急电源集装箱
  (7)国网湖北省电力公司宜昌供电公司新冠疫情电力保障项目
  在国内新冠肺炎疫情爆发期间,沈阳微控新能源技术有限公司联合葛洲坝能源重工、施耐德、科华等企业向国网湖北省电力公司宜昌供电公司提供了一套集装箱式飞轮UPS移动应急电源系统,主要应用于新冠疫情防控、重大活动支援和电力保障等领域。系统可提供零毫秒级不间断、长时间、高质量的电力供给,保障电源的稳定可靠输出。
图8:飞轮UPS移动应急电源系统
  强链延链补链,助力碳中和  
  随着多学科优化设计技术、复合材料技术、磁支撑技术和电动机/发电机一体机技术的不断进步,现代飞轮储能系统已经成为一种绿色的能量存储装置。站到国内飞轮储能领域的顶端,沈阳微控用了不到三年时间。面对国内外多变的形势,沈阳微控深知“把核心技术抓在手中”的重要性。
  目前,沈阳微控每年投入几千万元用于研发,现拥有国内外专利40余项、软件著作权10余个,在通用设备基础上建立了自己的核心算法和服务体系。在积极自主创新的同时,沈阳微控也在国内产业链上下游布局上下功夫,逐渐把原辅材料产业链移回国内,实现国产化。拥有辽宁省工程研究中心、辽宁省专业技术创新中心等资质,已入选国家级绿色工厂、能源领域首台(套)重大技术装备项目,公司产品入选国家通信业节能技术产品推荐目录、辽宁省首台(套)目录、辽宁省应急产品目录等。
  双碳背景下,储能技术正在迎来新的发展机遇。国家发展改革委国家能源局2022年1月印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》中提出:新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备,是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑,也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。文件明确:到2025年,兆瓦级飞轮储能等机械储能技术逐步成熟。“十四五”期间重点建设更大容量的飞轮等储能技术试点示范项目。
  在构建“清洁低碳、安全高效”的能源体系,“以新能源为主体的新型电力系统”目标下,风电、光伏等电力正由补充型电源逐步向主力型电源发展,电网系统安全稳定运行的问题越来越突出。微控飞轮储能系统作为制造型能源,能基于不同应用场景,发挥高频次物理储能技术优势,让新能源电力得以更安全稳定地接入国家电网。结合其他储能技术,更能彰显最优效果,为构建坚强型电网及实现2030碳达峰、2060碳中和作出更大的贡献。

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