近日，在清華五道口“碳中和經濟”論壇上，中國工程院院士、清華大學化學科學與技術研究院院長金涌在演講中指出，可再生能源加上儲電技術將是人類未來能源的解決方案。金涌還指出，要實現(xiàn)“雙碳”目標，必須要創(chuàng)新，要顛覆原有思想。“有很多東西都是可以想象的，原來不可能做的事、絕對想象不到的事，現(xiàn)在都變成可能了。我們一定要開動腦筋，把不可能的事變成可能。”

 

在業(yè)內人士看來，集合了綠色和安全等諸多優(yōu)點的飛輪儲能技術將成為“顛覆原有思想”“把不可能的事變成可能”的重要選項，必將在碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)中承擔更大責任。

 

 

飛輪儲能的歷史可以追溯到50多年前，彼時美國國家航空航天局開始研究磁懸浮動量輪。之后的幾十年間，在進入商業(yè)應用之前，飛輪儲能系統(tǒng)技術主要應用于飛船、衛(wèi)星等航天器或者軍工及核燃料分離等領域。20世紀90年代以來，飛輪儲能的技術瓶頸逐漸得到突破，發(fā)展速度加快，應用領域不斷拓寬，在電網儲能及調頻、分布式電網、新能源發(fā)電、UPS電源、地鐵軌道交通等領域不斷得到認可。

 

據(jù)了解，全球范圍內，電力系統(tǒng)是飛輪儲能的重要下游市場，電網調頻是其主要應用領域，項目數(shù)量占比達到55%以上，其次是分布式電網，項目數(shù)量占比在25%左右。隨著技術進步，飛輪儲能在軌道交通能量回收領域的需求也在快速上升。

 

“飛輪儲能作為一種電能與機械能相互轉換的儲能方式，利用磁懸浮技術和電磁感應原理帶動飛輪高速旋轉，將能量存儲在高速旋轉的飛輪轉子中，通過電力電子技術控制飛輪隨時充放電，是一種安全綠色環(huán)保，全生命周期無污染的物理儲能方式。”北京泓慧能源技術發(fā)展有限公司（以下簡稱“泓慧能源”）董事長王佳良向筆者解釋了飛輪儲能的基本原理和優(yōu)勢，“飛輪儲能具有高功率密度、充放電次數(shù)無限制、環(huán)境適應性強、無污染、工作效率高、使用壽命長、維護費用低等優(yōu)點，可應用范圍廣。”

 

據(jù)介紹，泓慧能源成功開發(fā)了國內完全自主知識產權的飛輪儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)了磁懸浮飛輪的大規(guī)模商業(yè)化制造，是目前國內應用領域和項目最多的企業(yè)。

 

圖為泓慧能源董事長王佳良在接受《能源高質量發(fā)展》雜志專訪

從追隨到超越，到得到廣泛認可

 

對于為什么進入相對小眾的飛輪儲能領域，王佳良坦言，他和團隊專門調研過飛輪儲能技術，發(fā)現(xiàn)這種儲能技術與抽水蓄能、電化學儲能等方式相比具有眾多優(yōu)點。“飛輪儲能作為一種具備高頻次瞬間精準放電能力的儲能技術，具備安全性高、使用壽命長、整個生命周期無污染、回收殘值高等特點，不僅可以用于數(shù)據(jù)中心、半導體生產線、機場、移動電源車等領域的應急電源保障，更可以用于風電、光伏等新能源發(fā)電的調峰調頻、石油鉆井、頁巖氣壓裂車和軌道交通的能量回收等多個領域。”

 

談及緣起，王佳良講起自己的“入行”故事：“2007年時，國家電網公司開始應用飛輪技術來保電。那時候，配有飛輪儲能的電源車是從美國進口的，一臺車售價一千五六百萬元，各種維護都需要請美國的工程團隊，整個過程繁瑣且昂貴。我就此判斷這種技術的市場空間非常巨大。于是2015年，我組建了以北京航空航天大學飛輪儲能科研人員為核心的全球化團隊。”

 

幾年前，在美國、加拿大考察時，泓慧能源團隊發(fā)現(xiàn)他們的飛輪儲能調頻電站效果非常好，但造價昂貴，且單體飛輪功率只有一兩百千瓦。王佳良信心滿滿地表示，經過幾年追趕，我們已經實現(xiàn)了超越，單體就可以做到5兆瓦，160千瓦時的量級，在電網調頻調峰方面的應用空間非常大。

 

“中國擁有強大的機械制造業(yè)基礎，就如同當初風電和光伏在中國得到規(guī)模化生產應用并快速發(fā)展一樣，飛輪儲能在完成技術突破后，也可以在中國憑借健全的產業(yè)鏈、良好的政策優(yōu)勢，來降低成本和得到更廣泛的應用。”王佳良認為，風電和光伏在我國的發(fā)展路徑就是飛輪儲能的未來之路。

 

方向已定，但得到國內外市場的認可也并非一帆風順。王佳良透露，作為新興創(chuàng)業(yè)公司，在參與項目招標過程中，難免會面臨招標方的刁難。“此前參與的一次招標中，招標方是美國的芯片公司，他們用有色眼鏡來審視中國企業(yè)。當他們看到我們的投標方案后，發(fā)現(xiàn)泓慧能源的報價比美國的飛輪儲能公司低不少，整個方案設計卻沒有任何瑕疵。如果泓慧能源也是一家外企，或許他們會痛快地簽下標書，但正因為我們是一家中國的創(chuàng)業(yè)公司，他們請來了外國的專家對我們的飛輪技術進行多輪‘拷問’。當時我們準備了厚厚的英文資料，要展示我們的科研實力，但外國專家甚至聽的意思都沒有，想直接否定我們。是我一個巴掌拍在桌子上鎮(zhèn)住了他們，然后闡述了我們的誠意和后發(fā)優(yōu)勢，才把外國專家留下來聽完。”王佳良說到此處，再次把手拍在了桌子上，“聽完我們的闡述后，他們服了，最后合同也簽了。”

 

如今，認可泓慧能源產品的國內外企業(yè)越來越多了。泓慧能源合作伙伴名單也在不斷延長：平高集團有限公司、中國石油集團、西門子能源集團……

 

圖為泓慧能源飛輪儲能交付平高儲能項目

 

當前，我國在構建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，隨機波動性和間歇性是其主要局限性，這對電力系統(tǒng)快速靈活調節(jié)提出新的挑戰(zhàn)，需要大力發(fā)展各種類型的儲能資源，全面提升電力系統(tǒng)的負荷調控能力。對此，飛輪儲能具體該如何有效應對？

 

據(jù)介紹，飛輪儲能由于可以實現(xiàn)大功率快速充放電，在電力系統(tǒng)快速負荷調節(jié)方面具有獨特優(yōu)勢，可以廣泛應用于電網獨立調頻、火電+儲能、新能源（風光）+儲能、微電網及綜合能源等，具有廣闊發(fā)展前景。除了電力系統(tǒng)，大容量功率型飛輪儲能也可以在其他電能快充快放領域發(fā)揮更大作用。飛輪轉子轉速和儲能量成精確關系，因此，飛輪儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)飛輪轉子轉速精確測量和控制，還可以通過將多個飛輪儲能單元組成陣列，實現(xiàn)較大容量的能量快速精確充放。

 

事實上，相較于電化學儲能，飛輪儲能具有諸多獨有的優(yōu)勢，尤其是物理儲能的良好安全性能引人關注，不會有燃燒爆炸風險。盡管因為其技術難度大，國內外個別科研機構在研發(fā)環(huán)節(jié)曾發(fā)生過意外，但商業(yè)化應用的飛輪儲能系統(tǒng)罕有安全事故發(fā)生。作為高端裝備制造產品，和汽車、高鐵、飛機等產業(yè)一樣，只要做到科學的產品設計、嚴格的質量控制、規(guī)范的運行操作，飛輪儲能的安全性是非常好的。

 

不僅如此，飛輪儲能還具有很高功率密度和快速響應能力，額定功率響應時間低于0.1秒。同時，具有超多循環(huán)充放次數(shù)和超長使用壽命，充放電循環(huán)次數(shù)可達100萬次，使用壽命超過20年。

 

圖為泓慧能源16MVA飛輪成都半導體晶圓廠大規(guī)模應用

 

增長勢頭良好并不等于行業(yè)發(fā)展是一片坦途。我國飛輪儲能行業(yè)還有一些待突破的瓶頸。比如，當前成熟運行的飛輪儲能產品還較少，運行功率較低，后備時間短，部分技術性能需要進一步完善?，F(xiàn)階段飛輪儲能商業(yè)化應用還存在成本偏高、缺少價格激勵政策、技術路線不夠成熟、技術規(guī)范、接入標準、建設規(guī)程不完備等問題。

 

談及飛輪儲能行業(yè)科研的艱辛，王佳良感慨良多，基礎科學硬科技領域的點滴突破都來之不易，行業(yè)內有的技術路線在實驗室階段就被驗證行不通，甚至是付出了沉重的代價。

 

好在，泓慧能源的飛輪儲能技術正在不斷實現(xiàn)自我突破。據(jù)介紹，該公司已經具備了功率型和能量型不同的產品類型，能量型飛輪儲能單機可以存儲160度電，功率型飛輪單機可提供5兆瓦的額定功率，通過不同的串并聯(lián)，飛輪儲能也可以做到長時間、大功率儲能。

 

“同時，為進一步降低產品成本、提高產品性能和質量，最近，泓慧能源與全球領先的高端裝備先進基礎材料制造商、科創(chuàng)板上市公司廣大特材達成了全面戰(zhàn)略合作，結合廣大特材在裝備制造、先進材料、生產工藝、質量控制等多方面的優(yōu)勢，強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補，在清潔能源領域的科技創(chuàng)新、裝備研制、成果轉化、平臺建設等方面展開全方位的合作。”王佳良表示。

 

“飛輪儲能能夠有效降低化學電池消耗和因化學電池帶來的材料大幅上漲、起火爆炸等問題的發(fā)生概率，是實現(xiàn)‘雙碳’目標的支撐技術之一。”采訪最后，王佳良呼吁，當前對飛輪儲能行業(yè)來說，最重要的是要盡快從政策鼓勵、科技示范、相關國家標準修訂等不同層面予以支持和完善。其次，產業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，一個環(huán)節(jié)阻滯，上下游企業(yè)都無法運轉。要凝心聚力，加快飛輪儲能產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同創(chuàng)新，促進飛輪儲能產業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。