航天飞轮储能技术在军民两用领域的应用展望和研究进展

10月12-13日，第五届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会在深圳顺利召开，来自行业协会、科研院所、知名企业的代表共300人到场参会。会议由中国化学与物理电源行业协会、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会联合主办。中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国储能网承办。上海航天控制技术研究所科研生产部副部长郑建勇博士，在会上就航天飞轮储能技术在军民两用领域的应用和研究做了精彩演讲。

演讲全文如下：

尊敬的各位来宾，各位朋友，下午好!很荣幸借此机会在这里和储能行业的各位翘楚精英、优势企业进行交流和学习，在航天领域我们所已辛勤耕耘了将近半个多世纪，这些年来祖国的航天事业迅速发展，803所也做出了自己应有的贡献，这是我们的使命和职责，但是我们在储能行业领域里面是个“新兵”。飞轮储能属于机械式储能，也即是物理储能，纵观今年在深圳会展中心8号馆里面的所有展商，也只有我们一家单位在展示“机械储能”。在空间飞行器的应用领域，飞轮是重要的空间飞行器执行机构，其原理基于的是角动量守恒;目前，国家大力倡导与推动军民融合战略，我们正在努力把飞轮技术往民用储能领域转化，作为军工单位我们也希望做出一些成绩，励志将飞轮储能作为传统储能方式的有益补充。

中国航天科技集团目前有三大总体院，我们所隶属于中国航天科技集团第八研究院，是航天八院里面唯一的控制专业研究所，也是航天八院最大的研究所，有2200多人。主要从事武器和宇航领域的控制系统和光电探测系统及关键单机产品的研究、开发、设计、生产、试验和服务，是专业特色突出、研产一体、军民融合的大型控制专业技术研究所。目前，主要承担战术武器、运载火箭和空间飞行器的制导、导航与控制系统和核心单机，以及载人航天与探月工程配套单机的研制、生产和试验任务;同时，承担航天技术应用产业与航天服务业的经营与开发。

今天非常感谢储能分会的刘勇秘书长和罗琴经理提供的大会平台，让我们有机会和大家在储能领域做深入的交流和学习。

刚才有专家提到飞轮储能已在国内的很多高校进行研究，如清华、北航及哈工大等高校都在进行研究，但是真正做到工程化上天的也只有是我们所和北京航天五院的502所，在航天飞轮工程研制方面，我们具有绝对的技术优势和长期的工程经验积累。

上午有人提到飞轮唯一的不足是能量密度比较小，为此我们也是定位飞轮储能是作为传统储能行业的有益补充，我们也瞄准了三个行业：一是高品质电源，像UPS电源，也即是高品质电源，UPS是我们一个应用领域，放电时间可以在15秒之内放电，UPS电源是用于数据中心、应急电源，包括医院等之类的。二是能量回收系统，放电时间在5分钟左右，主要是轨道交通和港口的吊装。第三个是智能电网做的功率调频和风电并网的调频调幅，这是我们定位的三个应用领域。

作为用电来讲，首要的前提是安全，它在诸多用电领域有几种干扰，短时闪断、频率波动和电压波动，这是安全用电的隐患。我们做过试验，用飞轮储能，UPS可以修整IEE定义的9种电源波形问题，我们做过相应的分析。像高功率、高可靠不同的电源的系统，例子比较多，网上也都可以查得到，在这里不多做介绍。国外市场已经全面启动了飞轮储能的推广应用，美国Active Power公司专门生产和销售UPS飞轮电池，年销售额已经达到7000万美元左右;据ICT统计，UPS电源全球市场规模2014年已达62.2亿美元，且处于高速发展阶段，2020年预测为100亿美元。目前，在传统UPS储能领域仍是以铅酸电池为主，急需新一代可靠、高效、绿色的飞轮UPS。在飞轮储能领域的研究，国内工程化方面仍旧是刚刚起步，尚无自主知识产权的飞轮UPS产品，我们所在响应国家军民融合战略的大背景下，将航天飞轮技术进行转化，已取得的阶段性的成果，飞轮储能的产品样机已进行了跑合试验。

第二个目标市场是地铁飞轮储能能量循环系统，地铁在频繁进出站时，频繁进出站导致 刹车、加速启动造成能量浪费;同时，地铁站的变电站峰值配置容量要求也非常高;还有制动电阻发热和散热浪费了能量。故此，我们想在地铁进站刹车和能量回收方面进行飞轮应用的探讨。我们也做了估算，经过分析，利用飞轮制动能量回收系统有效抑制目线的冲击，通过仿真分析，可以达到30%以上，同时实现能量循环利用，节能20%以上，还是相当可观的。在飞轮能量循环系统应用方面，英国尤恩科动力在伦敦地铁、保富铁路都得到了推广应用，但是国内还没有应用验证的事例，我们启动了相关研究，准备在上海地铁、苏州的地铁进行试点应用。利用飞轮储能技术，以上海为例，一个车站配置2MW飞轮储能设备，以10000元/kW的工程成本，仅上海需要的一次性投资规模为450*2*10000*1000=90亿元。飞轮能量循环系统同样适用于高铁、公交以及新能源汽车，市场前景和市场规模巨大。

第三个目标市场，智能电网/分布式电网的调频调幅，传统的风能、太阳能最大的不足是有间歇性和随机性，加剧了电源侧的波动;低电压穿越、极限功率穿越能力有偏差。飞轮储能系统可以15分钟内达到功率调频，传统调频对调频信号的响应速度比较慢，飞轮储能响应速度是秒级的;当然两者可以互相补充应用，如5秒~15分钟负荷波动，由飞轮储能系统承担;而大于15分钟的负荷波动，则可由传统调频手段承担。在智能电网功率调频应用方面，Beacon公司已美国、爱尔兰等地建设了多个飞轮调频电站，国内还在探索阶段。

飞轮储能的原理就是机械能向电能的转换还有电能向机械能的转换，飞轮储能有几个优势：性能安全，可靠性可以提高70%以上，这个资料是公开的;产品使用高效，效率达到98%左右，也可以实现互联、可精确的监控，因为接口比较简单;可实现产品长寿命20年，现在最早的空间站飞行，像俄罗斯已经超过20年，当然还有环保，不会像铅酸电池产生二次污染，绝对是绿色环保的，基于经济优势，占地成本可以节约70%，整个产品系统比较小，后面会有产品介绍;还有维护成本也少。

目前，我们所已研制成功了300KW磁悬浮飞轮储能系统，也已跑和试验成功。和国外的产品进行对比，如AP公司和VYCON公司，我们的产品有三个特点：产品性能包络达到或优于国外同类产品;在价格方面具有明显优势;产品重量和功耗偏低。

飞轮储能技术50年前就已有人提出，但是仍旧没有得到大范围的推广应用，原因在于有很多的关键技术难已突破。基于我们所在航天领域的飞轮技术基础，我们已逐个突破了大功率、高转速动发一体机技术(功率达到300kW，转速达到33000rpm);大功率双向变流器技术(已实现功率300kw、开关频率10k)及混合磁轴承相位补偿技术等。目前，飞轮储能技术民用化已经逐渐成为现实，我们正在积极推动飞轮储能技术产品化、产业化。

感谢各位的聆听，我们也欢迎储能行业的各位领导、各位朋友有机会到上海803所进行现场的考察和指导。谢谢各位!