飞轮储能技术研究五十年评述CSCD

本文回顾了飞轮储能技术研发50年的历程,分析了飞轮储能技术特点、应用领域以及关键技术问题。飞轮储能具有功率密度高、循环寿命长、响应迅速、能量可观性好以及环境友好的优点。当前,研制的飞轮储能系统单体能量为0.5~130 kW·h,功率为0.3~3000 kW。重点关注了飞轮用低成本高比强度新材料、高温超导磁悬浮技术。飞轮储能在电能质量调控、不间断过渡电源以及电网调频领域实现了商业化应用,在车辆混合动力领域的示范应用中实现节能20%~30%,处于产业应用的临界点。针对电网规模大功率、高能量储能需求,发展趋势是由数十千瓦时以下发展到百千瓦时,并通过阵列化组装成10~100 MW储能系统,放电时间可拓展到1 h。     

飞轮储能系统在1.5MW风机上的应用研究

飞轮储能在电网级别调频、风力发电平滑输出以及分布式发电和微网等领域均具有技术优势。本文研究了应用在1.5 MW风机上的飞轮储能系统,实现了功率平滑输出的目的,确定了飞轮储能系统技术指标并设计了总体方案,分析了飞轮储能系统的电动机/发电机的工作模式,为进一步能量转换系统的开发提供了依据。     

Flywheel energy storage systems for a 1.5 MW wind generator applications

飞轮储能在电网级别调频、风力发电平滑输出以及分布式发电和微网等领域均具有技术优势。本文研究了应用在1.5 MW风机上的飞轮储能系统,实现了功率平滑输出的目的,确定了飞轮储能系统技术指标并设计了总体方案,分析了飞轮储能系统的电动机/发电机的工作模式,为进一步能量转换系统的开发提供了依据。     

辅助核电机组一次调频的飞轮储能阵列容量配置方法

针对核电机组一次调频能力不足的问题,采用飞轮储能阵列来辅助核电机组进行一次调频。首先,建立额定功率为1 MW、储存电量为250 kW·h的飞轮储能单元模型和额定功率4 MW、储存电量1 MW·h飞轮储能阵列,并分析其充放电特性;其次,基于粒子滤波方法,以提升核电机组一次调频积分电量贡献指数2倍为目标,提出了一种飞轮储能阵列容量配置方法;最后,根据某装机容量为1 250 MW的核电机组历史运行数据,通过仿真验证所提出的飞轮储能阵列容量配置方法。结果表明：与采用集合经验模态分解(EEMD)方法的飞轮储能阵列容量配置方法相比,基于粒子滤波方法的飞轮储能阵列容量配置方法具有更好的调频效果。     

飞轮储能的原理及应用前景分析

飞轮储能是一种大功率、快响应、高频次、长寿命的机械类储能技术,适用于交通(轨道交通、汽车)、应急电源、电网质量管理(调频)等领域。飞轮储能是一项集成性技术,高速化、复合材料转子、内定外转结构是其未来发展方向。飞轮储能具有广阔的应用前景,但目前处于市场发展前期。     

飞轮用永磁悬浮轴承的磁路设计及磁力解析模型

飞轮储能以其突出优势广泛应用于电网调频领域,为进一步提升飞轮储能技术的能量密度和功率密度,飞轮储能转子趋向于重型化、高速化,其通常采用磁悬浮轴承进行轴向卸载,而大承载力、高安全性、低损耗能的永磁轴承设计是关键技术.目前研究的双环、多环和Halbach阵列的永磁轴承卸载结构,在长期高速旋转下存在着与转子固联的动磁环材料会...     

Review of flywheel energy storage systems for wind power applications

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

储能技术在电力系统中的研究进展

储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源的利用率等重要作用。介绍了抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、钠硫电池储能、锂离子电池储能、液流电池储能等典型储能技术以及各自的国内外研究动态,比较了各种储能技术的优缺点,并对储能技术在电力系统中的不同应用进行了综述。     

飞轮储能系统在风力发电中应用研究进展

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略北大核心CSCD

在“双碳”目标的背景下,以风光为主体的具有明显随机性和波动性的新能源大规模并网,接入电网后容易造成电网频率波动,严重威胁电网安全。储能技术辅助调频主力的火电机组参与发电侧一次调频可以有效提升电网安全性和机组运行经济性。为充分利用飞轮储能辅助电网调频的优势,考虑储能当前电量对调频影响,建立火-储联合模型,分析火电-飞轮联合系统调频能力。本工作针对电网频率特性及机组调频特点,以满足调频指标为要求,充分考虑储能当前电量对调频性能的影响,提出一种基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量下垂控制策略。该策略根据飞轮储能当前电量进行计算,在不同电量时采用不同出力时间限制,以尽力满足电网一次调频考核指标。同时,利用MATLAB/Simulink软件分析了在负荷扰动下系统的调频效果及调频资源的出力情况。结果表明所提方法能够在飞轮储能电量处在不同状况时,利用不同放电时间来有效改善机组调频性能,提高机组量化指标。     

抽水蓄能-飞轮混合储能系统协调控制方法

建立了一台容量为300 MW的抽水蓄能机组功率模型和容量为25 MW的飞轮储能阵列模型并分析了各自的充放电特性。然后,为了达到抽水蓄能机组综合调频指标提高至2倍,同时减小机组磨损进而降低损耗成本的目标,基于水电机组斜坡输入控制策略和飞轮储能阵列荷电状态(SOC)分段控制策略,提出了一种抽水蓄能-飞轮混合储能系统的协调控制策略。最后,根据某额定功率为300 MW的抽水蓄能机组历史运行数据,通过仿真实验验证了所提出的混合储能系统协调控制策略。结果表明：在电网二次调频过程中,提出的混合储能系统协调控制策略将抽水蓄能机组的综合调频性能指标提高2.29倍以上,能够显著减少抽水蓄能机组平稳运行阶段的频繁输出调整、进而降低损耗成本并提高抽水蓄能机组的稳态运行特性,同时保证飞轮储能阵列的SOC维持在合理水平。     

飞轮储能在区域电网中的调频应用及经济性分析

介绍了飞轮储能在区域电网的应用现状,提出了飞轮储能用于电网调频的经济性分析评估方法。通过美国加利福尼亚州的工程实例详细分析了飞轮储能在电网调频中的效益投资情况。结果表明,飞轮储能的投资效益比接近1,具有良好的投资回报价值;在大规模商业化应用后,收益投资比可达1．97。     

Flywheel array energy storage system

飞轮储能系统将能量储存在高速旋转的飞轮转子中,具有高功率密度,无环境污染,使用寿命长,运行温度范围广,充放电次数无限制等优点,已获得了广泛的应用.将多台模块化的飞轮储能单元并联起来组成飞轮阵列储能系统,是获得大容量,高功率储能的解决方案.文章首先论述了飞轮阵列储能系统的国内外发展现状与要解决的关键问题, 然后详细给出了飞轮阵列储能系统的设计方法,并联拓扑结构与控制策略.随着飞轮储能单元并联技术的逐渐成熟,飞轮阵列储能系统应用领域将逐步扩展到电力系统调频,间歇式可再生能源发电等领域,并将在提高电网对可再生能源的接纳能力等方面发挥重要作用.     

清华大学飞轮储能技术研究概况

全面回顾了清华大学在过去17 年内坚持飞轮储能技术研究开发的总体情况。介绍了6 种飞轮储能试验研究系统和工程样机的技术特征,分析了研制过程中遇到的飞轮轴系稳定性、电机设计、充放电控制器调试等关键技术难题,探讨了飞轮储能技术工业化应用开发中应注意的问题。     

辅助抽水蓄能调频的飞轮控制策略北大核心CSCD

随着可再生能源发电在电网的渗透率逐年上升,其固有的随机性和波动性给电网频率安全带来了挑战。为提升区域系统调频能力,本文提出了飞轮辅助抽水蓄能调频的混合储能方案。为保证飞轮健康有效率地运行,将改进灰色预测模型与模糊逻辑结合,并基于飞轮荷电状态和区域控制偏差的实时感知和评估,构成灰色模糊修正控制对飞轮和抽水蓄能进行能量分配的修正,实现飞轮储能与抽水蓄能的协调互补运行。在飞轮控制模块中,将飞轮荷电状态划分为不同的区间,并利用Sigmoid函数和Logistic回归函数构建了飞轮储能充放电约束和基于区域控制误差与飞轮荷电状态的自恢复模式,确定每个不同的荷电状态区间上飞轮储能系统的出力模式。在MATLAB/Simulink中构建两区域负荷频率模型,在阶跃负荷扰动与随机负荷扰动的情况下对所提方案策略进行仿真验证,仿真结果表明所提方案策略在提高系统调频能力、降低常规能源调频参与度、提高飞轮与抽蓄利用率和提高飞轮荷电状态维持效果等方面具有优势。     

MW级飞轮阵列在风光储能基地示范应用

针对风光等新能源对短时高频次储能的需求,本文开展了MW级飞轮阵列在风光储能基地示范应用研究。基于飞轮储能阵列的系统组成、工作原理和拓扑结构,首先开展了飞轮储能阵列系统设计,并在此基础上对风光储能基地增加飞轮阵列方案进行介绍。最后,基于搭建的飞轮阵列系统,分别于天津和青海风光储能基地开展了实验测试。测试结果表明:经过上千次的充放电循环,飞轮阵列系统运行稳定、可靠,其功率、容量和响应速度等均具有显著优势,为参与新能源调频任务奠定基础。     

2022年中国储能技术研究进展

本文对2022年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,总结了2022年中国储能领域的主要技术进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2022年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均有重要进展,中国已成为世界储能技术基础研究、技术研发和集成应用最活跃的国家。     

2021年中国储能技术研究进展北大核心CSCD

本文对2021年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,总结得出了2021年中国储能技术领域的主要技术进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。研究结果表明,中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,中国已经成为世界储能技术基础研究最活跃的国家,也已成为世界储能技术研发和示范的主要核心国家之一。     

飞轮储能在华中区域火电调频中的应用分析

由于运行寿命长、安全系数高、功率倍率高、功率响应速度快、控制精度高等特点,飞轮储能在火储联合调频领域的应用越来越受关注.本文解析了华中区域关于火电厂调频的补偿政策,获得了飞轮储能参与火储联合调频中影响经济收益的几个关键性能指标,并在一套500 kW/100 kW·h飞轮储能系统上进行了性能测试,依据测试结果,结合一台300 MW火电机组的自动控制发电(AGC)指令日典型数据,设计了一套飞轮储能系统和火电机组联合调频的控制策略,模拟运行并计算了调频补偿收益,对比火电机组单独参加调频获得的补偿收益,分析增加飞轮储能系统后所获得的额外收益,结果表明飞轮储能在火储联合调频应用中具有良好的全生命周期经济性.     

A review of electrical energy storage technologies for renewable power generation and smart grids

储能技术是突破可再生能源大规模开发利用瓶颈的关键技术,是智能电网的必要组成部分.在储能市场商业化雏形阶段,系统性的比较分析各类储能技术的性能特点,为未来市场发展提供筛选技术路线的框架基础至关重要.本文阐述了储能技术在可再生能源发电和智能电网中的作用,对物理储能(抽水蓄能,压缩空气储能,飞轮储能),电化学储能(二次电池,液流电池),其它化学储能(氢能,合成天然气)等储能技术进行了系统的比较与分析,最后提出储能技术的发展趋势.