近日，在清華五道口“碳中和經(jīng)濟(jì)”論壇上，中國工程院院士、清華大學(xué)化學(xué)科學(xué)與技術(shù)研究院院長金涌在演講中指出，可再生能源加上儲電技術(shù)將是人類未來能源的解決方案。金涌還指出，要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，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(nèi)人士看來，集合了綠色和安全等諸多優(yōu)點(diǎn)的飛輪儲能技術(shù)將成為“顛覆原有思想”“把不可能的事變成可能”的重要選項(xiàng)，必將在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中承擔(dān)更大責(zé)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(jìn)入商業(yè)應(yīng)用之前，飛輪儲能系統(tǒng)技術(shù)主要應(yīng)用于飛船、衛(wèi)星等航天器或者軍工及核燃料分離等領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代以來，飛輪儲能的技術(shù)瓶頸逐漸得到突破，發(fā)展速度加快，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，在電網(wǎng)儲能及調(diào)頻、分布式電網(wǎng)、新能源發(fā)電、UPS電源、地鐵軌道交通等領(lǐng)域不斷得到認(rèn)可。

 

據(jù)了解，全球范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)是飛輪儲能的重要下游市場，電網(wǎng)調(diào)頻是其主要應(yīng)用領(lǐng)域，項(xiàng)目數(shù)量占比達(dá)到55%以上，其次是分布式電網(wǎng)，項(xiàng)目數(shù)量占比在25%左右。隨著技術(shù)進(jìn)步，飛輪儲能在軌道交通能量回收領(lǐng)域的需求也在快速上升。

 

“飛輪儲能作為一種電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的儲能方式，利用磁懸浮技術(shù)和電磁感應(yīng)原理帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將能量存儲在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子中，通過電力電子技術(shù)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(shù)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(yīng)性強(qiáng)、無污染、工作效率高、使用壽命長、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用范圍廣。”

 

據(jù)介紹，泓慧能源成功開發(fā)了國內(nèi)完全自主知識產(chǎn)權(quán)的飛輪儲能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了磁懸浮飛輪的大規(guī)模商業(yè)化制造，是目前國內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域和項(xiàng)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(zhì)量發(fā)展》雜志專訪

從追隨到超越，到得到廣泛認(rèn)可

 

對于為什么進(jìn)入相對小眾的飛輪儲能領(lǐng)域，王佳良坦言，他和團(tuán)隊(duì)專門調(diào)研過飛輪儲能技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這種儲能技術(shù)與抽水蓄能、電化學(xué)儲能等方式相比具有眾多優(yōu)點(diǎn)。“飛輪儲能作為一種具備高頻次瞬間精準(zhǔn)放電能力的儲能技術(shù)，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(diǎn)，不僅可以用于數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體生產(chǎn)線、機(jī)場、移動電源車等領(lǐng)域的應(yīng)急電源保障，更可以用于風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電的調(diào)峰調(diào)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(lǐng)域。”

 

談及緣起，王佳良講起自己的“入行”故事：“2007年時，國家電網(wǎng)公司開始應(yīng)用飛輪技術(shù)來保電。那時候，配有飛輪儲能的電源車是從美國進(jìn)口的，一臺車售價(jià)一千五六百萬元，各種維護(hù)都需要請美國的工程團(tuán)隊(duì)，整個過程繁瑣且昂貴。我就此判斷這種技術(shù)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(xué)飛輪儲能科研人員為核心的全球化團(tuán)隊(duì)。”

 

幾年前，在美國、加拿大考察時，泓慧能源團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們的飛輪儲能調(diào)頻電站效果非常好，但造價(jià)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(jīng)過幾年追趕，我們已經(jīng)實(shí)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(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰方面的應(yīng)用空間非常大。

 

“中國擁有強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)基礎(chǔ)，就如同當(dāng)初風(fēng)電和光伏在中國得到規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用并快速發(fā)展一樣，飛輪儲能在完成技術(shù)突破后，也可以在中國憑借健全的產(chǎn)業(yè)鏈、良好的政策優(yōu)勢，來降低成本和得到更廣泛的應(yīng)用。”王佳良認(rèn)為，風(fēng)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(nèi)外市場的認(rèn)可也并非一帆風(fēng)順。王佳良透露，作為新興創(chuàng)業(yè)公司，在參與項(xiàng)目招標(biāo)過程中，難免會面臨招標(biāo)方的刁難。“此前參與的一次招標(biāo)中，招標(biāo)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(dāng)他們看到我們的投標(biāo)方案后，發(fā)現(xiàn)泓慧能源的報(bào)價(jià)比美國的飛輪儲能公司低不少，整個方案設(shè)計(jì)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(biāo)書，但正因?yàn)槲覀兪且患抑袊膭?chuàng)業(yè)公司，他們請來了外國的專家對我們的飛輪技術(shù)進(jìn)行多輪‘拷問’。當(dāng)時我們準(zhǔn)備了厚厚的英文資料，要展示我們的科研實(shí)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(rèn)可泓慧能源產(chǎn)品的國內(nèi)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(tuán)有限公司、中國石油集團(tuán)、西門子能源集團(tuán)……

 

圖為泓慧能源飛輪儲能交付平高儲能項(xiàng)目

 

當(dāng)前，我國在構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，隨機(jī)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(diào)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(fù)荷調(diào)控能力。對此，飛輪儲能具體該如何有效應(yīng)對？

 

據(jù)介紹，飛輪儲能由于可以實(shí)現(xiàn)大功率快速充放電，在電力系統(tǒng)快速負(fù)荷調(diào)節(jié)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)獨(dú)立調(diào)頻、火電+儲能、新能源（風(fēng)光）+儲能、微電網(wǎng)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(lǐng)域發(fā)揮更大作用。飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和儲能量成精確關(guān)系，因此，飛輪儲能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)較大容量的能量快速精確充放。

 

事實(shí)上，相較于電化學(xué)儲能，飛輪儲能具有諸多獨(dú)有的優(yōu)勢，尤其是物理儲能的良好安全性能引人關(guān)注，不會有燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)。盡管因?yàn)槠浼夹g(shù)難度大，國內(nèi)外個別科研機(jī)構(gòu)在研發(fā)環(huán)節(jié)曾發(fā)生過意外，但商業(yè)化應(yīng)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(chǎn)品，和汽車、高鐵、飛機(jī)等產(chǎn)業(yè)一樣，只要做到科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的質(zhì)量控制、規(guī)范的運(yùn)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(yīng)能力，額定功率響應(yīng)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(dá)100萬次，使用壽命超過20年。

 

圖為泓慧能源16MVA飛輪成都半導(dǎo)體晶圓廠大規(guī)模應(yīng)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(dāng)前成熟運(yùn)行的飛輪儲能產(chǎn)品還較少，運(yùn)行功率較低，后備時間短，部分技術(shù)性能需要進(jìn)一步完善。現(xiàn)階段飛輪儲能商業(yè)化應(yīng)用還存在成本偏高、缺少價(jià)格激勵政策、技術(shù)路線不夠成熟、技術(shù)規(guī)范、接入標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)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(chǔ)科學(xué)硬科技領(lǐng)域的點(diǎn)滴突破都來之不易，行業(yè)內(nèi)有的技術(shù)路線在實(shí)驗(yàn)室階段就被驗(yàn)證行不通，甚至是付出了沉重的代價(jià)。

 

好在，泓慧能源的飛輪儲能技術(shù)正在不斷實(shí)現(xiàn)自我突破。據(jù)介紹，該公司已經(jīng)具備了功率型和能量型不同的產(chǎn)品類型，能量型飛輪儲能單機(jī)可以存儲160度電，功率型飛輪單機(jī)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(jìn)一步降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，最近，泓慧能源與全球領(lǐng)先的高端裝備先進(jìn)基礎(chǔ)材料制造商、科創(chuàng)板上市公司廣大特材達(dá)成了全面戰(zhàn)略合作，結(jié)合廣大特材在裝備制造、先進(jìn)材料、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制等多方面的優(yōu)勢，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，在清潔能源領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、裝備研制、成果轉(zhuǎn)化、平臺建設(shè)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(xué)電池消耗和因化學(xué)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(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的支撐技術(shù)之一。”采訪最后，王佳良呼吁，當(dāng)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(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)修訂等不同層面予以支持和完善。其次，產(chǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)。要凝心聚力，加快飛輪儲能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同創(chuàng)新，促進(jìn)飛輪儲能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。