飞轮储能技术在工业节能中的应用

2020-03-27 10:29

一、国家政策

依据2019年国家工信部发布的《关于开展2019年度国家工业节能技术装备推荐及“能效之星”产品评价工作的通知》，通知内容明确申报的工业节能技术可在钢铁、石化、化工、建材、有色金属、机械、轻工、纺织、电子等行业广泛推广应用；重点征集流程工业节能改造、重点用能设备系统节能（工业锅炉及窑炉、电机系统、变压器等）、可再生能源与余能利用、工厂和园区能量系统优化（能源梯级利用、微电网、储能、保温、密封等）、能源信息化管控、煤炭高效清洁利用等技术。

二、应用说明

为了提倡促节能、优环保，更为了提高机组性能、延长机组使用寿命、降低维护成本等针对工业节能冲突的问题，目前已经被很多行业所关注，就拿石化来说，北京泓慧国际能源技术发展有限公司/西安宝美电气工业有限公司针对石油勘探领域应用特点，联合开发能量回收+飞轮储能+燃油/气发动机技术，完美的解决了负荷大功率冲击、柴油/燃气发电机存在能耗大、冒黑烟、噪声高等问题，从而降低了设备的维护成本（负荷冲击过大会造成消耗燃料增加且容易造成柴油机/燃气机组，跑、冒、滴、漏、积碳等严重问题，易出故障，维修量大；）。经过专家组评审，此项目直接为客户减少燃气发电机组配置台数，大大降低了初期投资成本，技术达到国际先进水平。

中石油（新疆克拉玛依）钻井平台飞轮储能现场

而钢铁行业同样存在类似的问题，钢厂几种典型的冲击负荷包括：中频炉、精炼炉、电弧炉、轧钢机、制氧空压机，其中精炼炉、电弧炉、制氧空压机的负荷特性类似，因此重点分析中频炉、电弧炉、轧钢机的负荷特性。

--中频炉是钢厂中容量最大的负荷，单体容量占到了总机组容量的 15%。为了减少中频炉启停的冲击，通常会对其进行加减载的改造。

--电弧炉属于钢厂中单个容量较大的负荷，通常占总机组容量的 5%左右。由于其启停的功率波动在机组一次调频的调节范围内，因此不会进行线性加减载的改造。

--轧钢机是钢厂中冲击最频繁的负荷，其冲击持续时间大约 10s，多次冲击的间隔时间约 10s，一条轧钢产线的冲击功率大约占总机组容量的 5%。

根据以上钢铁行业三点内容介绍，目前钢铁行业初步可以分为以下两大类：

1.   钢厂电网与大电网相连，冲击负荷的功率波动由大电网承担，由于大电网体量大，有足够的旋转备用，因此不容易引发频率稳定问题。但是钢厂日常工作大部分时间只使用总容量的30%左右，所以每年需要向电网公司缴纳高额的备用容量费，增加了生产成本。

2.   海外建设的钢厂由于缺少坚强大电网支撑，通常孤网运行，为避免冲击负荷引发系统频率稳定问题，钢厂需要建设容量较大的自备电厂，导致投资成本过高。

为了节能减排，降低投资成本，同时也针对钢铁行业本身的运行特点，为平滑钢铁企业电网系统中冲击负荷功率的快速变化，平抑系统频率波动，合理配置系统容量的飞轮储能装置，采用下垂控制模式，应对冲击频率高的轧钢机负荷。配置系统合理容量的普通负载（负荷开关控制），采用镜像功率控制模式，应对冲击频率低的中频炉和电弧炉负荷。

综上所述，增加飞轮储能系统后，可以直接降低容量费和自备电厂装机容量，通过优化运行方案预计3.5年左右可以回收项目成本。

三、飞轮介绍

磁悬浮飞轮储能是一套电能—动能—电能之间高效率转换系统；该系统采用磁悬浮飞轮储能技术，飞轮转子在真空腔体内工作，在无风阻的环境下运行，这样的设计结构减少了运行中的能量损耗、提高了飞轮的转速。充电时，它相当于电动机，将电能转换为动能作为能量进行存储；放电时，它相当于发电机，利用转速下降的惯性将动能转化为电能对负载进行释放。

HHE的飞轮储能结构原理图

1.功率密度大、快速充放电：泓慧能源拥有300kW/2kWh的飞轮成熟产品，意味着 “充放电倍率”可达150C，毫秒级响应速度；

2.使用寿命长：循环充放电次数可达上千万次，理论寿命超过20年，并且储能容量不会随充放电次数的增加而衰减；

3.工作范围宽：对环境温度没有严格要求，对飞轮本体无需建设空调机房；

4.能量转换效率高：电能动能之间的转换效率高于95%，储能系统综合效率约90%；

5.低损耗、低维护：磁悬浮和真空环境使机械损耗可以被忽略，飞轮本体无需维护，系统整体维护周期长；

6.可精确测量和控制：飞轮储能可精确测量转子转速从而精确推算出“剩余电量”，实现精确控制；

7.安全环保：飞轮储能98%以上的材料都是钢材，无化学物质释放，无化学爆炸等安全隐患，从生产到应用的整个环节对环境友好；

8.大规模制造成本大幅下降：飞轮主要材质为钢材，大规模制造后成本急剧下降，无限接近钢材成本；

9.残值高：“废旧飞轮电池”可直接回收利用，回收工艺简单，残值高。

四、泓慧能源简介

北京泓慧国际能源技术发展有限公司是一家军民融合、航天技术转民用的高新科技企业。公司汇聚了来自航空航天、电力电子、自动控制和能源领域的先进前沿技术人才，成功开发了具有完全自主知识产权的大功率磁悬浮飞轮储能技术，应用于民用领域，并实现了磁悬浮飞轮的大规模商业化制造，为客户提供节能、储能和电能质量改善的全面解决方案。泓慧能源大功率磁悬浮飞轮系列产品打破了国外垄断，填补了国内空白，实现了飞轮储能关键技术的自主可控。

公司研发的HHE系列高性能储能飞轮产品，可广泛应用于轨道交通制动能回收利用、UPS毫秒级不间断电源、港口码头龙门起重机节能延寿，以及微电网、人防工程、风力太阳能储能电站等领域。

除直接供应飞轮产品外，泓慧能源利用自身技术、资金和管理优势，针对客户行业特点和需求，提供综合性的合同能源管理、节能改造、清洁能源开发等全方位体系解决方案和衍生服务。

由于飞轮储能设备从制造、运行到回收生命周期的环保友好性，以及高效的回收能量、真正的不间断和长寿命等特性，泓慧能源将引领未来储能应用的战略方向为目标，成为受国际同行尊敬的节能环保企业为目的，和业内人士一起努力，致力于将磁悬浮飞轮储能技术推广应用在更多行业。

（泓慧能源 目前国内唯一一家能够提供完全自主知识产权的商业化大功率储能飞轮技术和产品的企业，扫描下方二维码领取泓慧能源宣传资料。）