飞轮储能，香吗？

通过旋转“陀螺”来储能，这是一种怎样的储能技术？

在《“十四五”新型储能发展实施方案》中，“飞轮储能技术规模化应用”被列入“十四五”新型储能技术试点示范重点。

飞轮储能工作原理如何？市场空间多大？怎样的应用场景及落地案例？有哪些企业参与？

1.什么是飞轮储能？

飞轮储能是一种物理储能方式，原理是利用高速旋转的飞轮所拥有的惯性来储存能量。充电时，飞轮电动机加速旋转，把电能转换为飞轮的机械动能并储存起来；放电时，由高速旋转的飞轮带动发电机，将机械动能转换为电能。

飞轮储能就像一种可以储存电能的陀螺。

飞轮储能系统由飞轮、电动机-发电机、电力电子变换装置三个核心部分组成。其中，飞轮决定储存能量的多少，电力电子变换装置决定输入输出能量的大小。

飞轮储能系统具有响应快、寿命长、温度适应性好、效率高、容量大、对环境友好等优点。

1.响应速度快：毫秒级充放电，工作转速在3000-12000转之间。

2. 寿命长：理论上循环次数上百万（化学电池理论上循环次数在6500次），寿命可达20年以上。

3.工作温度范围宽：对温度不敏感，可靠性高。如航天卫星上，温度在±100℃之间，飞轮储能可以稳定供电。

4.转换效率高：＞95%。

2.市场空间多大？

据CNESA数据，截至2021年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模 209.4GW，新型储能的累计装机规模为25.4GW，飞轮储能仅占新型储能的1.8%，装机容量约459.8MW。中国已投运电力储能项目累计装机规模 46.1GW，占全球市场总规模的22%，抽水蓄能仍是主力累计装机规模39.8GW，新型储能累计装机规模达到5729.7MW，其中飞轮储能仅占0.1%，约5.73MW。

△全球电力储能市场累计装机规模（MW%，2000-2021）

△中国电力储能市场累计装机规模（2000-2021）

数据来源CNESA

相比于其他储能技术，目前飞轮储能成本仍较高，装机规模在储能市场中的占比还是很小。但材料主要是钢材和电子元器件原材料成本较低，大规模制造后成本下降；此外，设备可精确测量和控制机械损耗很小，维护成较低。

今年4月，国内首个兆瓦级飞轮储能项目投运；5月17日，在河北省发改委发布的《2022年度列入省级规划电网侧独立储能示范项目清单》里，有两个100MW的飞轮储能项目。从兆瓦，到百兆瓦，让飞轮储能也有了不错的想象空间。

3.应用场景及落地案例

飞轮储能主要应用在电网调峰调频、轨道交通、航空航天、军工、UPS电源、储能式电动汽车充电桩等领域。

电网调频

调频是飞轮储能系统在电网中最主要的应用领域。在电网调频过程中，飞轮系统可随着电网的变化快速、有效地进行有功/无功补偿，平抑波动负荷，缓冲发电输出瞬变，为电网稳定性保驾护航。

飞轮储能对电网调频的价值更多的是陪伴作用，目前比较常见的应用是与火电及其他机组配合进行调峰调频，作为陪伴式的辅助调节手段。

举两个例子。

美国在两个以气电为主的宾夕法尼亚州和纽约州州，以州为单位分别安装了20MW的碳纤维飞轮储能，用于电网调频。飞轮系统目前已运行12年，从运行效果来看，一个20MW飞轮储能调频电厂，相当于火电机组调频的20倍。

2021年11月宁夏灵武电力光火储耦合22MW/4.5MWh飞轮储能工程开工，这是国内首个全容量飞轮储能-火电联合调频工程，也是全球单体储电量最大的飞轮储能项目。

△灵武项目飞轮储能平面效果图

轨道交通

地铁、高铁、氢燃料大巴刹车进站时利用飞轮储能进行制动能量回收，实现了能量的二次利用，同时可作为应急电源保证轨道交通系统安全。

2022年4月11日，我国首台套1MW飞轮储能装置在青岛地铁3号线万年泉路站完成安装调试并顺利并网应用。据公开数据，如果按照三五分钟一趟地铁来计算，每一辆地铁可节约3-4度电，一天下来可以节约500-600度电。保守估计，飞轮储能系统可以帮助一个地铁站点一年大约节约50万度电，节电率达20%，在轨道交通节能减碳方面具有重要意义。

UPS电源

此外，飞轮储能还在UPS电源等领域有应用。

2022北京冬奥会期间，部署了氢能源发电车，其搭载了磁悬浮飞轮设备，用于开幕式及各赛事场馆应急电源保障。

△冬奥会氢能源发电车及车上“同款”飞轮储能装置

半导体芯片工厂、数据中心等对电能质量要求高，采用飞轮储能技术UPS电源，不仅可为提供保障电源，同时可以通过电力调节实现电能质量管理。在数据中心领域，如Yahoo著名的鸡窝型数据中心、HP的移动一站式CleanSource数据中心、Verizon的数据中心、佐治亚理工大学的超算中心、上海证券交易所、富士康华南数据中心、光大银行数据中心等都在应用飞轮储能技术进行能量的存储利用。

此外，在部分省份发布的新型储能示范项目中，出现了百兆瓦级的飞轮储能示范项目，如河北省的河北建投新能源围场飞轮储能示范项目、国合节能设备有限公司贝肯（石家庄）井陉飞轮储能示范项目容量规模均达100MW；此外也有飞轮储能与磷酸铁锂、钠离子等的混合储能示范项目。

5.哪些企业参与？

在海外，20世纪90年代以后，飞轮储能受到了广泛的重视，并得到快速发展，飞轮储能系统已经开始应用于电力系统、轨道交通等领域。

国内涉足飞轮储能的企业包括创业企业奇峰聚能、泓慧能源、坎德拉能源、华驰动能等，上市公司华阳股份、国机重装、湘电股份、苏交科等。

2021年7月下旬，国机重装旗下子公司二重德阳储能科技有限公司成功中标中国葛洲坝集团装备工业有限公司“产业园风光柴储充多能互补综合能源科研项目飞轮储能装置及充电桩采购”项目。2022年4月，青岛地铁3号线万年泉路站兆瓦级飞轮储能系统，由湘电股份子公司湘电动力有限公司等单位联合研制，拥有完全自主知识产权。

奇峰聚能在阳泉市矿区建有生产基地，建设了年产200套飞轮储能系统生产装配线。截止2022年3月末，共完成生产飞轮储能装置20套，分别用于太原综改区光储网充示范项目、深圳地铁七号线车公庙、河北三河电厂和华能山东莱芜电厂调频等项目。

作为被国家列入“十四五”重点发展的新型储能技术之一，国内飞轮储能落地项目也从千瓦级、兆瓦级走向了百兆瓦级，飞轮储能响应速度快、转换效率高等优势，必定会在未来以新能源为主体的新型电力系统里占据一席之地。

飞轮“充电宝”，你看好吗？

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