飛輪儲能技術突破并網難題 有效提高電網對新能源的接納

    目前，我國電力系統煤電比例較高，在部分地區又主要是調峰能力比較差的供熱機組，核電發展很快但不能參與調峰，水電、燃氣發電等調峰性能優越的電源所占比例過低，導致現有電力系統接納新能源的能力很弱。我國能源資源所在地多遠離負荷地，不得不實施風電、光電的大規模集中開發并遠距離輸送，這進一步加大了電網運行和控制風險。隨著國內新能源發電規模的快速擴大，電網與新能源的矛盾越來越突出。

    北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院院長房建成教授介紹說，光伏發電、風力發電等綠色新能源在我國發展迅猛，但其自身所固有的隨機性、間歇性、不可控性的特點，使得可再生能源電廠不可能像其它傳統電源一樣制定和實施準確的發電計劃，將給電網的運行調度帶來巨大壓力；同時，可再生能源的大規模接入所帶來的局部電網無功電壓和頻率問題、電能質量問題等等也不容忽視，會對電網調峰和系統安全運行帶來顯著影響。“飛輪儲能技術能夠提高電網對可再生能源的接納能力，現在全球至少有3000套基于飛輪儲能的大功率綠色電源安全運行了上千萬小時”，“目前，我國的飛輪儲能技術還停留在實驗室研究階段，與國外技術水平差距在10年以上，我們必須加倍努力。”

    在新型的儲能技術中，飛輪儲能具有諸多優點：儲能密度大、效率高、成本低、壽命長、瞬時功率大、響應速度快、安全性能好、維護費用低、環境污染小、不受地理環境限制等，是目前最有發展前途的儲能技術之一。其原理是電能轉換成旋轉物體的機械能，然后進行能量存儲。在儲能階段，通過電動機拖動飛輪，使飛輪本體加速到一定的轉速，將電能轉化為機械能；在能量釋放階段，電動機作發電機運行，使飛輪減速，將機械能轉化為電能。在美國，10年前現代飛輪儲能電源商業化產品開始推廣，風險投資的大量介入，飛輪儲能技術獲得了成功應用。

    房建成教授說，飛輪儲能技術發展到一定程度后，能在很大程度上解決新能源發電的隨機性、波動性問題，可以實現新能源發電的平滑輸出，有效調節新能源發電引起的電網電壓、頻率及相位的變化，使大規模風電和太陽能發電方便可靠地并入常規電網，減少溫室氣體排放。

    2004年，北京航空航天大學在“863”項目的支持下研制成功國內第一臺航天用外轉子磁懸浮儲能飛輪，2005年5月研制成功國內第一臺內轉子磁懸浮儲能飛輪。

    十幾年來，在國外嚴密技術封鎖的情況下，房建成教授帶領科研團隊堅持自主創新，突破了以混合磁懸浮軸承設計及控制和高速電機設計及驅動控制為核心技術的磁懸浮慣性執行機構技術研究，主持完成的“衛星新型姿控儲能兩用飛輪技術”項目獲2007年度國家技術發明一等獎，申請國家發明專利90項，已授權70項，擁有全部自主知識產權。■