能源利用

“双碳”目标背景下，以新能源为主体的新型电力系统正在加快构建。在新能源大比例替换传统石化能源的同时，电力系统发电侧、输电侧与用电侧的“调频”问题十分突出。而以“调频”为主要应用目标的“飞轮储能技术”，也被列入了国家“十四五”新型储能技术试点示范重点。

那么，什么是飞轮储能呢？

一、飞轮储能是什么？

飞轮储能系统是一种机电能量转换和储存装置，属于物理储能。飞轮储能系统以飞轮本体高速旋转的形式存储动能，并通过与飞轮本体同轴的电动发电机完成动能与电能之间的转换。通俗来讲，飞轮储能就像一种可以储存电能的陀螺。

二、飞轮储能的原理

飞轮储能的原理是利用高速旋转的飞轮所拥有的惯性来储存能量，充电时，飞轮电动机加速旋转，把电能转换为飞轮的机械动能并储存起来，放电时，由高速旋转的飞轮带动发电机，将机械动能转换为电能。飞轮转速越大，储能越多。

三、飞轮储能装置的组成

飞轮储能系统由飞轮、电动机—发电机、电力电子变换装置三个核心部分组成。其中，飞轮决定储存能量的多少，电力电子变换装置决定输入输出能量的大小。

飞轮储能装置主要部件

四、飞轮储能在电力系统中的作用

调频是飞轮储能系统在电网中最主要的应用。在电网调频过程中，飞轮系统可随着电网的变化快速、有效地进行有功/无功补偿，平抑波动负荷，缓冲发电输出瞬变，为电网稳定性保驾护航。

飞轮储能在电厂应用实例

五、飞轮储能在新能源场站应用的优势

1.充、放电速度快，响应速度为毫秒级。飞轮储能可以在20秒内完成一次满容量充电，500毫秒即可完成整体场站一次调频，其性能远远优于火电机组。

2.单体寿命长。飞轮储能充放电循环次数超百万次（化学电池理论上循环次数在6500次），且全生命周期无衰减，不受高频次深度充放电影响，使用寿命长达20年，基本实现免维护。

3.对工作环境要求低。飞轮储能对环境温度没有严格要求，地域适应性强。

4.安全性高。飞轮储能作为物理储能技术，无化学物质释放，无化学爆炸等安全隐患，不增添发电侧火灾风险，从生产到应用再到回收的整个环节对环境友好。

从上述特点看，飞轮储能最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求，是短时高频储能技术的代表。

（作者单位：中国能源建设集团辽宁省电力勘测设计院）

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