内蒙古：以科技为支撑 探索新能源消纳新路径

项目负责人魏晓钢介绍说：“飞轮储能是利用低摩擦环境中高速旋转的转子来存储能量，其工作原理是：利用电能加速飞轮，将电能转化为机械能储存起来。当需要用电时，飞轮带动发电机组，再将机械能转化为电能。”

据介绍，飞轮储能功率密度比较高，启动速度也比较快，这对于一些特定场景非常实用，比如数据中心突然断电，为避免数据丢失，就需要储能系统快速响应，快速启动。

该项目自2020年实施以来，技术团队针对飞轮储能涉及的力学、电磁学、热学、电力系统和控制等多学科交叉问题进行深入研究，突破了大储能量高强钢及复合材料转子设计及制造、大容量高速永磁电动发电机低损耗设计、高效率大容量变流器及其充放电控制、高可靠大承载磁轴承及其控制、飞轮储能磁—电—热—机多子系统集成、飞轮储能阵列协调控制、飞轮储能阵列参与电网高频次一次调频控制等关键技术，其中真空中大功率高速电动发电机、飞轮储能高频次充放电控制达到国际领先水平。

专家表示，新能源发电的间歇性和波动特性给电网的频率稳定性和供电可靠性带来了极大挑战，飞轮储能在电网中的广泛应用可解决电化学储能面临的环境影响和充放电次数限制难题，从而大大提高电网运行的安全性及新能源消纳比例。

又是一年供暖季，在内蒙古赤峰市党政综合楼，7.5万平米的办公场所已完成供热改造，今年全部采用自治区“科技兴蒙”专项研发的“大型高效节能环保型储热系统”进行供暖。该系统的核心是高压固体储能技术，就是将光伏、风电等新能源发电量转化成热能高密度存储起来，以热水、热风、蒸汽及导热油等形式输出，用于建筑供暖、工业蒸汽、产品烘干、移动热源、电网调峰等领域。

● “大型高效节能环保型储热系统”远程控制指挥中心

当前，我国北方城镇的主要供热方式依赖以燃煤热电联产为主的大中型集中供热系统，存在化石能源热源占比高、管网系统规模大、热力平衡调节困难以及供热过量等问题。在双碳战略大背景下，必须创新供热用能方式，构建安全、低碳、清洁、高效、智慧、经济的供热系统。为此，2020年自治区科技厅设立“科技兴蒙”专项，支持赤峰暖捷新型建材有限责任公司联合中国科学院过程工程研究所开展以新能源电力消纳为路径的高压固体储能供热系统研发。

项目实施以来，研究团队先后突破了“高效储热材料制备”“远端云控智能系统”“新型相变储热材料及清洁供暖”等关键技术，并在此基础上建成了谷电固体储能技术研发中心和远程控制指挥中心，形成了新型储热材料设备与智能控制系统的集成与示范，其标志性成果“大型高效节能环保型储热系统”实现了10KV及以上电压直接接入，电热转换率达97.5%，24小时静态热损不超2%。

● 应用固体储能技术供热的赤峰市克什克腾旗大光顶子旅游小镇

“通过固体储能储热技术，我们将夜间100%新能源配比的谷电直接转化成热能，通过热量存储进行集中或分布式供热。”据项目相关负责人介绍，目前项目成果已在冬奥会媒体转播中心成功运用，并推广到赤峰市有关公共机构、大型厂矿企业，以及二连浩特、青海黄河贵南县等地区。其中，赤峰市党政综合楼项目采用高压固体储能供暖机组——供暖、制冷双系统运行，年消纳新能源电量约1500万千瓦，预计采暖期内能够节省标煤2653.6吨，有效节能减排二氧化碳7058吨。赤峰市红山花卉市场采用此供热系统为5万平米场地供暖，并采用供热系统实现远程监控、恒温供暖、精准用能，预计每年可消纳新能源电量约532.98万千瓦，减少燃煤1776.6吨，减少二氧化碳排放4725.76吨。此外，针对大型风力发电场剩余电量难以上网的特点，项目在赤峰市克什克腾旗大光顶子旅游小镇进行了成果应用示范，将附近汇风新能源电厂过剩的电量进行存储，用于旅游小镇供暖，风、光电力年消纳约1077万千瓦，平均每年减少燃煤3590吨，减少碳排放9549.4吨。

自治区党政办公区内，一排排光伏组件搭建的电动汽车充放电停车场在阳光下格外耀眼。这是自治区首批“双碳”科技创新重大示范工程“规模化电动汽车充放电与电网多层级互动技术研究和应用示范”项目打造的光储充放示范场景。

● 光储充放示范场站

该项目由内蒙古电力集团牵头揭榜，特来电新能源股份有限公司、上海交通大学、华北电力大学、内蒙古工业大学等8家单位联合实施，项目聚焦规模化电动汽车充放电与电网多层级互动这一关键科学问题，沿“机理揭示-系统建模-优化调控-平台示范”的主线开展研究攻关，积极构建规模化电动汽车充放电与电网多层级互动集成技术体系，并以内蒙古地区为依托实现示范工程验证核心难题，为新型电力系统建设提供技术支撑。

光储充放示范场站融合了变电、配电、光伏、储能、V2G充放电以及整套能量管理系统，其中，光伏系统由120块575瓦的高效单晶硅单面发电组件组成，总装机量达到69千瓦，按照呼和浩特地区的光照条件，平均日发电量在300度左右，年发电量可达10.9万度，相当于年节约标准煤35吨，减排二氧化碳92吨，减排二氧化硫3吨，减排氮氧化物1吨，节油量（汽油）43600升。

● 光储充放示范场站储能系统

储能系统由22个电池模组串联而成，储能容量为202千瓦时，可以起到削峰填谷、降低用能成本的作用，用电高峰时储能放电让企业使用储能存电，减少高峰时段在电网取电，用电低谷时使用电网低电价对储能进行充电，实现周期循环。

● 光储充放示范场站微网能量管理系统

微网能量管理系统是一套智能化、程度高、安全性高、扩展性强的微电网运行监控与优化分析管理系统，既能满足分布式新能源微网就地电力安全生产与消费的需求，又能满足多能源经济运行的要求。通过对微网系统进行数据采集、监视和控制，进行优化分析，数据存储、实时异常报警，并能保证微网安全平稳运行，结合发电和用电预测功能，实现微网内发用电的优化调度，通过优化运行与变压器需量控制等策略，实现微网系统收益的提高。

● 光储充放示范场站充放电系统

场站采取分体式群充技术，新能源汽车可以通过超大功率液冷充电终端、快充终端、V2G双向充放电终端、小功率直流慢充终端、7kW交流单桩等各种充电产品进行充电，可以满足市面上几乎所有新能源车型的充电需求。

整个场站的光储充放系统可以有效实现充电站的低碳、智能以及多能互补，当光伏大发的时候，可以提供充电使用，也可以把余电存储到储能系统中。当光伏发电小于用电的时候，由电网补充电力，或由储能及电动汽车V2G技术进行放电，当区域电网出现负荷压力的时候，整个系统可以通过充电调度、储能管理实现最大程度降负荷运行，或反补电网，形成虚拟电厂，并从电网获取服务收益，对于提高新能源消纳水平，促进交通减排、能源减排，实现“双碳”目标具有重要意义。