全球首个风电场站一次调频+惯量响应飞轮储能应用项目顺利通过并网前验收
近日，由沈阳微控新能源技术有限公司携手国网辽宁电科院、辽宁大唐国际新能源有限公司共同打造的全球首个风电场站一次调频+惯量响应的飞轮储能应用项目顺利通过并网前验收，各项性能指标均优于现行国家标准，标志着我公司飞轮储能系统完全具备依靠自身能力响应系统频率变化并提供一次调频及惯量响应支撑能力，从根本上解决风电机组通过长期预留有功备用容量限发电量参与电网一次调频带来的经济性损失以及因响应时间慢无法主动参与惯量响应的关键技术问题，提高风电场站参与电网一次调频及惯量响应的稳定性及经济性，改善电网对可再生能源的接纳能力，大幅提升电网对功率突变事件的调节能力和抗干扰能力，对构建坚强型电网及实现2030碳达峰、2060碳中和具有重要意义。该项目也是我公司继全球首个“飞轮储能+ 锂电混合储能”新能源场站调频并网试验项目成功后，又一个重要的里程碑事件。
图1 大唐阜新查台风电场站飞轮储能应用项目现场
◆ 项目概况大唐国际阜新风电场隶属于辽宁大唐国际新能源有限公司，位于辽宁省阜新市阜蒙县旧庙镇后查台村，海拔高度在 245 至 389m 之间，多年平均风速6.26m/s，主导风向为SW，规划装机容量为 450MW。
本工程飞轮储能系统与明阳 MY1.5Se 型双馈异步风力发电机组配套，经升压箱变升压后接入35kV，参与电网一次调频及惯量响应。
图2 飞轮储能系统与升压箱变
图3 飞轮储能系统参与一次调频及惯量响应调试现场
◆ 项目建设必要性以新能源为主体的新型电力系统，面临的两个主要问题是新能源消纳受限以及电力系统安全稳定运行风险增大。目前，国家电网正在大力推进抽水蓄能等大容量储能设施的建设，随着电力互联网等大范围调度手段的日趋成熟，使电力系统稳态情况下的大规模调度成为可能，与之相比，电力系统暂态频率稳定的需求更为迫切。
图4 电力系统从毫秒级至中长期的全时间尺度上面临的挑战
在全时间尺度上，各类储能应基于自身技术特性选好定位，其中，零延时至毫秒级惯量响应及秒级一次调频是解决安全生产问题最迫切的，新能源发电缺少转动惯量，电网安全运行将面临致命挑战，因此，一次调频及惯量响应是刚需，是必须，是最紧迫的。国家电网公司总工程师陈国平在 2021 年储能联盟年度峰会上发言中明确提出，碳达峰构建新型电力系统所面临的主要问题就包括新能源大比例接入电网安全，新能源场站需要具备一次调频及惯量响应能力。
◆ 国家政策支持
2018 年 10 月，国家能源局发布《电力系统网源协调技术规范》（DL/T1870-2018），6.3.4 条明确“风电场、光伏发电站应具备一次调频能力，并网运行时一次调频功能始终投入并确保正常运行”的要求。
图5 DL/T1870-2018《电力系统网源协调技术规范》
2020 年 7 月国家市场监督管理总局正式发布了强制性国家标准 GB38755-2019《电力系统安全稳定导则》，3.5.2 节要求电源（指接入 35kV 及以上电压等级电力系统的风力发电、光伏发电及储能电站等）均应具备一次调频、快速调压、调峰能力，且应满足相关标准要求。3.5.6 节要求电力系统应具备基本的惯量和短路容量支持能量，在新能源并网发电比重较高的地区，新能源场站应提供必要惯量与短路容量支撑。
图6 GB38755-2019《电力系统安全稳定导则》
自上述标准颁布以来，国家电网山西、江西、辽宁、江苏省调度中心、南方电网、国家能源局西北能监局、华北能监局、华中能监局均已要求新并网新能源场站需具备一次调频能力，在运新能源场站限期改造。因此，新能源场站高比例接入必须执行国标，必须解决安全生产问题是迫切的。
◆ 飞轮储能﹣最适合新能源场站一次调频和惯量响应的储能技术
电力系统暂态频率调节主要包括惯量响应及一次调频。
惯量响应主要应用于当电网频率变化率超过阈值时，为系统提供快速、短时的转动惯量支撑，防止级联事故的发生。虚拟惯量要求响应时间不大于500毫秒，持续功率支撑时间4-8秒。
一次调频指电力系统因有功功率不平衡引起系统频率变化时，当频率偏差超过调频死区，发电机组调整有功出力，降低系统频率偏差的过程。一次调频作用于电力系统发生频率事件( 负荷突变、机组脱网) 初始阶段，对于抑制系统频率偏差、保障电力系统的频率稳定和质量至关重要。一次调频要求响应时间短（小于3秒）、持续时间短（国家标准考核持续时长为15秒）、充放电频次高（根据调频死区设置不同，每日几十次至数百次）。
以一次调频及惯量响应为主的电网频率暂态支撑方式具有短时功率大、响应时间要求高、持续时间短、充放电频次高等特性，属于典型的功率型应用场景，飞轮储能技术具备功率密度高、使用寿命长、安全性高、运行环境友好、存储电量可精确度量、循环充放电次数高等优势，是最适合应用于新型电力系统暂态频率支撑的储能技术。
◆ 微控﹣掌握核心飞轮储能技术
公司掌握了全球领先全磁悬浮轴承及控制技术，额定转速可达41000转/分钟；采用航天级合金钢材料，精密加工工艺，使用寿命长达20年；采用无刷式永磁同步电机技术，热量小，功率密度高；采用双向功率变换及变频驱动技术，实能量双向流动，能量转换效率高；采用自供电技术，保证异常断电情况下平稳停机，配备保护轴承，在遇到剧烈振动或磁悬浮轴承失效时避免与外壳接触，实时自检，状态透明，实时监测转速、位置、真空度、振动等参数，异常情况下自动保护停机。
飞轮储能技术显著特性主要体现为大功率、高频次、不衰减、环保、安全。
飞轮储能技术具备功率密度大，转速即能量，不衰减、环保等绝对优势，使之在电网惯量响应及一次调频场景应用是综合成本最低、性价比最高、最安全可靠的解决方案。
◆ 微控公司简介
沈阳微控新能源技术有限公司成立于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等核心技术，拥有国内/国际发明专利四十余项。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。迄今为止，公司已有近3000台飞轮储能设备安全运行在美国、加拿大、英国、法国、瑞士、巴西等国，稳定运行时间超过10万小时，公司已成为全球技术领先，并在中国量产的飞轮公司。
微控公司促成中国全国两会关于飞轮储能的提案，实现了全球首个方舱医院飞轮应用部署，全球首套配合新能源场站一次调频的MW级飞轮系统，是中国冬奥会应急电源车飞轮设备供应商。
在国家碳中和、绿水青山、节能减排、实业报国的背景下，微控公司大力发展飞轮产业，立足全国，着眼世界，成为全球领先品牌。
