沈陽微控新能源技術有限公司物理儲能技術研究院院長 江衛良

聚焦“技術應用雙創新，規模儲能新起點”，通過組織主題演講、展覽展示、創新大賽、專題研討、項目考察、新品發布、技術交流等多種活動，多維度精準對接全球儲能市場與應用，助力中國儲能企業與國際接軌，為儲能企業搭建與政策制定者、規劃者、電網管理者、電力公司、能源服務商的交流互動平臺。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”，沈陽微控新能源技術有限公司物理儲能技術研究院院長江衛良在會上發言。

尊敬的各位嘉賓大家下午好！我是來自微控新能源的江衛良，非常榮幸能夠在本次大會上發言，我的匯報分四個方面：

第一部分公司簡介。首先介紹一下VYCON公司，成立于2003年，公司總部位于美國加利福尼亞州洛杉磯。沈陽微控新能源公司與VYCON達成了全面排他性的戰略合作關系，并擁有全部技術能力和VYCON的品牌使用權，總部位于沈陽中德產業園，園區面積100畝，深圳建有研發中心，具備獨立自主的研發能力和生產能力?，F在已經申請了發明專利16項，實用新型兩項，外觀設計兩項，軟件著作權6項。這是磁懸浮飛輪儲能生產線，這是相關的知識產權。

第二部分介紹一下磁懸浮飛輪儲能的關鍵技術，這是飛輪儲能的剖面圖，主要部分包括永磁同步電極技術，既可以作為發電機也可以作為發動機技術，實現電能和動能的雙向轉換。飛輪實現動能的主要存儲，軸承系統起到支撐和保護的作用。

飛輪電極發出地是一個三向變頻的交流電，通過功率變換器實現直流和交流的雙向轉換，實現變頻驅動。工作原理：充電模式下外部輸入的電能經過電動機進行驅動轉子進行旋轉，帶動飛輪加速旋轉。把電能變成動能存儲起來，放電的過程是相反的。飛輪儲能的技術正在朝不斷提高能量密度、減少自身損耗的方向發展。

現代飛輪儲能技術是一門多學科融合的綜合性技術。提高能量密度的主要途徑：

第一提高飛輪質量，第二提高飛輪轉速，第三降低自身損耗。

現在飛輪儲能技術是一門多學科融合的綜合性技術：包括飛輪材料技術、軸承技術、電機技術、轉子動力學以及電力電子等相關技術。

飛輪的軸承技術是一個非常核心的技術，經歷了幾個不同的發展階段：早期是純粹的機械軸承進行支撐，能量和轉速的平方成正比，通過增大飛輪質量提高能量。因此相應的這種飛輪能量密度較低，效率低，軸承壽命比較短。

隨著磁懸浮技術的發展，又發展出來磁力卸載機械軸承，正常運行的時候機械軸承運行，通過磁力卸載部分重力，減輕機械軸承的承載力，可以提高飛輪的轉速，延長壽命。

現在最新的技術是完全磁懸浮軸承，飛輪在運行的時候是完全磁懸浮的，是和軸承之間沒有任何的摩擦和接觸的。通過備用機械軸承做保護，這種飛輪具有轉速高、能量密度高、能量效率高，軸承壽命長的特點，這也是現代飛輪儲能發展的方向。

這是飛輪儲能效果圖，主要包括以下的核心技術：

第一，五軸主動磁懸浮軸承及控制技術。通過上下兩個軸承使得整個飛輪的轉子系統能夠穩定的運行，運行的時候飛輪轉子和軸承之間是沒有接觸，軸承是沒有磨損的，

第二，高速運行，壽命大于20年，轉速每分鐘37000轉。

第三，合金鋼飛輪材料及工藝技術，采用航天級合金鋼飛輪材料，具有密度大、強度高、抗疲勞特性強等優點，能夠同時提高飛輪的質量和轉速，綜合性能好，每臺飛流均經過超聲無損。

第四，無刷式永磁同步電機技術。采用無刷設計，轉子采用稀土永慈材料，密度大、效率高。

第五，雙向功率變換及變頻驅動技術，通過IGBT進行驅動變換，自適應的調整交流電的頻率，采取實現對交流電機的變頻驅動。

第六，采用真空腔體及散熱技術采用全封閉合金外殼，起到密封、散熱、電池評比及防護的作用，采用真空泵抽真空，實時檢測并維持所需的真空度，采用獨特的散熱結構+風冷散熱技術，維持系統的熱穩定性。

安全性是儲能技術最核心的部分，采用多重化安全保障技術。

第一，采用飛輪自供電技術，這也是我們的專利技術，在運行的過程中向磁懸浮軸承的控制器需要不間斷的供電，采用兩路電源供電設計：一路為外部輔助電源，一路為內部自供電電源。好處是飛輪在高速旋轉，通過永磁同步電機給磁懸浮控制器自供電，在外部斷電的情況下，也能夠維持供電不間斷。

第二，采用備用機械軸承保護技術，實現安全平穩地停機。采用全方位的狀態監測和保護技術，可以實時的監測電氣量、轉速、位置、真空度、溫度、各部件運行狀態，進行實時檢測，整個狀態是透明的，有任何異常情況，能夠自動告警，停機。我們的產品非常成熟，全球超過1700臺的裝置實際運行，全部安全可靠的運行。

第三，磁懸浮飛輪儲能產品與特點，采用標準柜式的設計，包括幾個部分，第一飛輪模塊部分，第二圖形用戶界面，第三部分飛輪控制單元，第四部分磁懸浮軸承控制單元，第五部分雙向變流器。

現在成熟量產的有兩個系列的產品，一個叫VDC系列，典型的參數額定功率450KW，最大可用能量1.74KWh。還有REGEN系列，額定輸出功率200KW，可以用750V和1500V。我們通過飛輪儲能設計，可以滿足不同應用場景的需求，從幾兆瓦幾十兆瓦都可以滿足，通過PCS進行DCS變換，通過變壓器進行升壓，可以進行遠程或者本地的控制。飛輪儲能和電化學相比有很大的優勢，飛輪儲能的能量和轉速嚴格對應，某一個轉速下對應的能量是一定的，這樣我們可以非常精確的控制每一臺飛輪進行充電和放電，讓大家同步進行充滿或者放空。

飛輪儲能產品技術特點：

1，高安全性，整個過程是物理儲能過程，沒有化學反應，全方位參數監測，狀態透明，安全可控;

2，綠色環保，全生命周期綠色無污染，采用合金鋼材料，退役后可全部回收利用，處理成本低;

3，長壽命：基于主動磁懸浮軸承，無機械摩擦，核心部分長達20年使用周明;

4，高功率;

5，快充放;

6，寬溫域;

7，易部署。

第四，飛輪儲能的應用場景，特別適合需要高的安全性、大功率、短時間、頻繁充放電的應用場景。重點介紹四類應用場景：城市軌道交通再生制動能量回收系統、關鍵電力保障UPS、電力調頻、新能源調節的儲能系統、解決沖擊性負荷的大功率儲能電源系統。

飛輪儲能型再生制動能量回收系統，在城市軌道地鐵交通里面采用變頻變壓的驅動方式，在地鐵制動的時候首先進行電制動，把動能變成電能，能量一部分被相鄰的車輛吸收之外。能量如果不能夠被有效的吸收，就導致牽引網直流電的升高，影響系統的運行，所以傳統的解決方案采用制動電阻，這種方法把電能白白浪費掉，不節能環保。如果采用飛輪儲能裝置把能量回收利用，可以節約電能大概可以占到牽引電力的15%-17%左右。

下面介紹基本的原理：采用多臺飛輪儲能裝置在直流側進行并聯運行，采用集中的控制系統，對整個飛輪儲能系統進行同步控制，實現同步充放電，連接在軌道較牽引網直流總線上面，系統開機進入待機運行狀態。把電能變成動能存儲起來，當列車出站的時候，飛輪儲能放電，把動能變成電能釋放，主要的作用第一是節能，可以將再生制動能力進行回收利用，降低運營成本。第二能夠進行雙向穩壓。第三可以削峰。

這套系統在地鐵上面有非常成熟的應用，這是我們在美國洛杉磯的項目，投運時間是2014年。

下面介紹關鍵電力保障，飛輪儲能UPS解決方案，UPS是應用在工業領域非常多的系統，現在常用的UPS是雙邊換，先經過整流再經過逆變。UPS配套的儲能傳統的采用鉛酸蓄電池，有一些問題，壽命短，故障率高，根據統計，UPS總故障率30%以上由于電池的故障引起的。占地面積大，需要單獨的房間，對溫度的要求比較高。另外牽引液具有毒性，如果使用不當造成污染。

飛輪儲能可以替換鉛酸電池，可以和在線式UPS進行無縫的兌換，現在我們和主流的UPS品牌都進行了大量的應用。采用UPS飛輪儲能的主要的優勢使用壽命長，20年使用周期，安全可靠、運行為何成本低、占地面積小，對環境溫度的要求比較寬，還有全生命周期，綠色、無污染。

工作過程：正常的時候通過整流、逆變同時給飛輪俯沖。當由于故障斷電的時候，飛輪儲能瞬間放電，保證負載供電的不間斷。這種解決方案，應用案例非常多，主要包括數據中心、電信機房、半導體工廠等。

下面介紹一下飛輪+電池的混合儲能解決方案，在電力系統的儲能里面，對充放電的時間有不同尺度的要求。比如對于新能源發電，因為新能源發電的隨機性、波動性和間歇性，所以跟新能源配套和微電網配套的儲能，既有毫秒、分鐘級的充放電需求，也有數分鐘到數小時的充放電需求，依靠現在單一的儲能方式很難做到盡善盡美。頻繁的短時間充放電對電池自壽命造成很快的衰減。所以我們結合飛輪這種功力性的電池儲能方式和電池這種能量型的方式組成一個混合的充電系統，進行協同控制，實現優勢互補，這是短時間頻繁充放電的方式。

新能源場站解決方案，我們可以通過協同控制系統根據需要調用飛輪儲能系統或者電池系統。針對火電機組+儲能聯合AGC調頻，現在典型的配制按照鋰離子電池的配制，按照30分鐘的典型設計，前面南網的專家也講到，AGC調頻的電站每天充放電次數達到數百次，對于鋰離子電池來講壽命是一個天花板，所以我們提出采用飛輪+鋰電的混合系統，按照比例進行搭配，協同控制。

在AGC指令剛剛下達的時候機組還沒有響應，這時候功率最高，隨著機組的出力逐步增加，儲能部分的出力就會降低，這樣形成一個尖峰和平緩的部分，所以飛輪儲能主要承擔大功率，短時段的。電池儲能承擔基礎處理部分，減少充放電頻率，減緩壽命。

沖擊性符合的大功率飛輪儲能電源解決方案，這是特點，第一個鋸齒波，功率快速上升，突然轉符合，形成一個周期。第二個是方波，第三個是隨機性的功率的突然增加，突然降低。特點是功率波動性大，變化速度快，持續時間短，頻繁使用，沖擊型負荷對柴油發電機組供電系統、微電網和大電網均會產生較大影響，影響系統的穩定性，影響設備的壽命。飛輪儲能非常適合做沖擊性負荷的電源。我們可以減少發電機組容量的配置，延長機組壽命，提高系統的穩定性。另外高倍率特性，特別適合大功率輸入/輸出?？焖夙憫?，適合快速充放電，還有長壽命適合頻繁充放電。

以上介紹的是飛輪儲能的典型應用，飛輪儲能這個產業總體上處于起步階段，還有更多的應用場景有待于我們開放。我們微控新能源秉持開放共享，合作共贏的理念，我們希望各位儲能行業的同仁，各位關心關注飛輪儲能的伙伴、朋友一起合作，共同推動飛輪儲能的發展。