盾石磁能科技有限責任公司軌道交通技術負責人 王大杰

2019年5月18-20日，中關村儲能產業技術聯盟、中國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，盾石磁能科技有限責任公司軌道交通技術負責人王大杰在會上發言。

各位領導、各位專家大家下午好，我叫王大杰，來自GTR磁能科技有限責任公司，今天我來給大家匯報一下《GTR飛輪儲能技術及其應用》，我匯報分四個部分：一是對飛輪產品進行介紹，二是對飛輪在地鐵領域的應用進行說明，三是詳細說明一下我們在北京地鐵的運行目，四是飛輪在電源領域的應用。

首先介紹一下我們公司，GTR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軸濃縮公司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。

首先對飛輪儲能裝置進行一個介紹，技術原理不用多說了，GTR飛輪是屬于一種功率型的飛輪，靠提升轉速來提高儲能量，目前GTR飛輪最高轉速是36000轉每分鐘。下面說明一下產品特性，GTR我剛才一直在說，是我們公司的品牌，飛輪的品牌，GTR飛輪的命名也是充分展現了其自身特性，分別就是我列出短時高頻次、超長壽命、快速響應。良性到各個指標短時高頻次對應GTR飛輪可以在一小時之內完成40次的深度充放電，超長壽命在全生命周期大于1000萬次循環充放次數，快速響應是1毫秒，全功率充放時間是5毫秒。

基于GTR飛輪的產品特性主要有三個應用領域：一是對負荷波動比較頻繁的場合，比如軋鋼機、電弧爐、牽引變壓器等，這些都是一直存在著諧波等問題，飛輪可以治理這些電池問題，同時可以降低這些沖擊性負荷的最低功率，降低電費。二是動、勢、位能與電能相互轉換的場合，主要有港口吊機，大型商場的電梯，軌道交通領域，這些領域都有再生能量產生，飛輪在這里面可以吸收再利用，達到一個節能的作用。三是對電能質量要求高的場合，比如說化纖行業、半導體行業、汽車制造行業，這些行業對電能質量，尤其是電壓暫降要求非常高，同時GTR飛輪可以解決IEE標準里面提到的九種電池質量問題。

這是一個飛輪本題的結構，也就是飛輪的儲能體，里面就是一個高速旋轉的電機，里面是一個真空的系統，包括飛輪在高空旋轉的都是磁懸浮的，我著重說明一下這個電機的構造，是采用了中心電子外轉子的結構，采用這種巧妙的設計可以讓飛輪的軸系更加穩定，同時讓飛輪的占地面積更小。這個轉子采用一體化的設計，使飛輪轉子更加穩定和安全。

GTR飛輪核心技術包括碳纖維負荷轉子，被動磁軸承，高速永磁電機。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，響應速度快。

GTR飛輪采用了模塊化的設計，通過多個模塊的并聯實現擴容。同時飛輪儲能系統跟牽引電網以及外界的電網都是采用并聯的接觸方式，同時采用模塊化設計，在單個模塊出現故障的時候可以隔離，只需要降額運行，不需要停電。目前單個模塊具體的參數，功率可以達到333千瓦，可用量是1.58度電，占地面積1.6平方米，重量是1.5t。

基于對多個模塊集成的這些進行能量控制，我們公司也是開發了自主知識產權的能量管理系統，能量管理單元主要就是實現多個模塊之間的功率均衡以及監測、控制，它可以實現多個模塊的一鍵啟停，可以監測各個模塊的運行狀態信息，可以記錄運行日志，記錄故障和報警信息。它最核心的功能是可以保證每個功率單元之間的均衡，可以保證每個飛輪的SOC值時刻處于一致的狀態。

GTR飛輪在2017年取得了中國電科院和鐵科院的權威認證，在2018年取得了國家ISO9001的體系認證，同時公司的GTR飛輪產品是提供中國人保公司的三年保險。

下面進行第二部分說明，就是飛輪在地鐵領域的主要運用方向：制動能量回收，牽引網壓支撐和應急支撐電源。

因為目前軌道列車都是采用電制動，制動能量都是返回到電網，如果能量不被消耗就會導致到底失效，這里飛輪可以保證列車進行穩定的電制動，同時將制動能量回收再利用，達到節能效果在15-30%，節約牽引電費，同時飛輪也是取代了集成上的電阻，降低了通風損耗。

牽引網壓支撐，在地形比較復雜的地方，隨著后期地鐵運量的提升，造成牽引網壓跌落比較嚴重，此時在線路中斷加裝飛輪儲能裝置，在列車經過的時候飛輪可以輔助牽引系統對外進行放電，從而有效的支撐牽引網壓，以減少了在建多變電所的投資和后期運營的高額支出。

應急支撐電源，在牽引供電出現故障的時候，飛輪儲能系統根據需要按照調度指令先牽引網進行釋放，便于疏散乘客。

下面就北京地鐵項目進行詳細介紹，GTR飛輪在北京地鐵的應用是國內首個將飛輪儲能技術運用到城市軌道交通項目，填補了我國在該領域的空白，圖片是我們現場應用的一個圖片。

這里面有一個視頻我給大家展示一下，這是我們在北京地鐵應用的現場一個大記錄，大家了解一下。安裝在了廣陽城地鐵站的變壓變電室內。列車進站的時候飛輪吸收制動能量，列車出站的時候將制動能量進行釋放，這是能量管理單元的一個監測頁面。接下來我還會對每個指標進行一個詳細的說明。

GTR飛輪在北京地鐵進行項目主要有以下五方面的意義：

1、對城市軌道較運營、維護具有重要意義，平均每年可以節約15-30%的牽引電費，同時可以穩定直流牽引網壓，改善牽引網電能質量。

2、較原有制動能量管理技術更為先進、穩定及效益突出。較第一代電阻而言可以吸收再利用再生電能，可以節能，較中亞能虧實現即收即用，節能效果更好，相比第三代超級電容有更高的頻繁接受次數。

3、對軌道交通行業的技術進步具有重要推動作用。

4、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。

5、在飛輪項目實施期間形成了完整的解決方案，對應用起到了解決引領作用。

這是我們在北京的應用效果，上面圖形代表飛輪跟隨牽引網波進行響應，非常頻繁，功率達到1兆瓦，下面代表3臺轉速的曲線，可以看到轉速非常一致，轉速差不會超過10赫茲。我們對飛輪的動作次數進行了統計，在1小時之內功率超過75%深度的這些充放電達到了103次，全功率充放電是44次。對為期十天的節能效果進行了統計，平均每天可以節約15-30%的電能，節能率目前我們統計大于19%，飛輪每小時可以節約80-100千瓦時的電能，我們在鐵科院的認證每小時節約93千瓦時，平均每年可以節約53-66萬千瓦時的電能。

這是穩壓效果的展示。

下面簡單說明一下第四部分的應用，主要就是頻率調解和不間斷電源，在頻率調節主要說三個項目，加拿大的拉格倫鎳礦項目，這個系統每年可以節約5%的柴油燃料，節能效果也是非常好，這個是對飛輪參與調頻以后的一個系統波動由原來的波動非常大的一個改善的結果，不再展開說明了。

這邊是我們在蘇格蘭兩個島嶼的微電網項目，里面有風能、太陽能以及柴油發電機，其中在埃格島項目加上飛輪以后，通過功率對比圖看出來，飛輪把牽引電網的頻率穩定在52赫茲左右，同時飛輪在埃格島參與調頻，使發動機組的輸出功率從偏差60千瓦降低到偏差20千瓦，使水力發電的功率輸出更加穩定，極端功率事件大大減少。

在費爾島的運用項目飛輪參與風力發電調頻，在風力發電頻率增大的時候飛輪進行儲能，同時在沒有風能的時候，飛輪時不時的放電對電網提供電能。飛輪就像是一個UPS，時刻在給費爾島提供不間斷的電源，其中在2017年10月飛輪提供了一正月連續電能。

在UPS不間斷電源里面我們有一個日本NDK的項目，這個項目對飛輪的儲能安全性以及維護量要求比較少。其中它的功能性的要求是在柴油發電機啟動前提供一個50千瓦不少于3分鐘的過渡電源，在日本NDK這個項目的效果在使用期間也是提供了很好的后備電源的保障。

最后說一下我們在國內應用的微電網的項目以及UPS項目，在2016年完成了園區智能微電網的一個項目，在2017年完成了浙江大學的微電網項目，在2019年完成了一個飛輪UPS電壓暫降項目。

最后，歡迎大家關注GTR飛輪儲能，同時我們在下面A30也有展位，歡迎大家前來指導，我的匯報完畢，謝謝大家！