【e谷观察】十年苦功 一“飞”冲天

2021-08-04 15:57:01 中关村e谷 16

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      今年4月16日,发生在北京一个储能电站爆炸的事件,不仅有人员伤亡,也把电化学储能的安全性问题推到了风口浪尖。那么除了电化学储能,还有什么其它储能方式呢?本期《e谷观察》带你走进罗特尼克,了解飞轮储能


      众所周知,随着能源消费的持续增长,化石能源的逐渐枯竭及温室气体排放,可再生能源越来越受到青睐。利用大自然源源不断产生的风能、光能、水能等可再生能源发电,既清洁又持续,日益成为能源结构中重要的组成部分。然而可再生能源最大的弊端就是受大自然影响,不连续不稳定,因此“把电储存起来”——储能系统就变得越来越重要,成为可再生能源进一步发展的关键


      储能的方式包括机械储能、电磁储能、化学储能、电化学储能及热储能等,而不同的储能方式又有着不同的特点。比如,机械储能里的抽水畜能,适合大规模、集中式能量储存,缺点是响应慢、场地要求高;再比如,电化学储能里的电池储能,它的特点是场地要求低、能量密度较高、可以二次利用动力电池等,缺点是寿命短、充放电次数有限、有污染、安全性差。锂电池在充电过程中发热,从而失稳引起燃烧及爆炸。开篇提到的北京南四环的事件并不是孤例,全世界曾发生了多起电池储能爆炸的事件,例如最近发生在澳大利亚的特斯拉大电池项目事故火灾。


      “飞轮”,顾名思义,飞速旋转的轮子,当轮子旋转时产生转动惯量,就可以储存能量。飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置,用机械方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机,电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存,并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。飞轮储能效率高、响应快、寿命长、功率密度高,缺点是能量密度低、持续时间短。


      飞轮储能思想早在一百年前就有人提出,但是由于当时技术条件的制约,在很长时间内都没有突破。传统的飞轮产品,转子为钢质材料,虽然转动惯量较大,但转速难以提升;另外普通的轴承在转速提升的时候摩擦力急剧上升,导致自放电率高,功率密度上不去。直到20世纪90年代后,高强度碳纤维复合材料、磁悬浮技术、真空技术以及电力电子技术的新进展,给飞轮储能技术带来了革命


我们知道,转动动能(储能能量):

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      即储能能量与转子的角速度平方成正比,高强度碳纤维虽然转动惯量较小,但由于可以承受近3万/分的转速,因此储能能量和功率密度均大大提升同时磁悬浮技术、真空技术使飞轮转子的摩擦阻力和风阻都降到了最低限度,飞轮转速得以提高,自放电率得以降低。

     罗特尼克能源科技(北京)有限公司成立于2012年10月。创始人孙建峰是一个地地道道“北航人”,自动控制学院85级学士、宇航学院89级硕士、通信与电子工程学院92级博士。从北航毕业后就进入中航技,先后从事清洁设备、超导技术的国际合作、研发及产业化,作为项目负责人,完成了多项863科技专项及发改委、北京市重大产业化项目。其中《高性能铋系高温超导长带材的研制与开发》获国家科学技术进步奖二等奖,《TW8星体跟踪器》获航空航天科技进步二等奖。他本人拥有丰富的跨国公司管理、全球产业链、高新技术研发及产业化经验。

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罗特尼克创始人孙建峰博士




     罗特尼克创立之初,就与美国最优秀的飞轮技术团队合作,利用国外先进技术,率先启动第四代飞轮产品的研发。随后花费数年时间,将技术在国内重构,采用全部国产材料和工艺,开发出OmniFly™的商用飞轮产品。罗特尼克的OmniFly™高性能碳纤维飞轮集成了世界领先的3倍音速大质量碳纤维飞轮转子、磁悬浮系统、真空、冷却、电力电子、系统控制、用户接口、高精度高强度复合腔体、封装等10大子系统,拥有专利HIM电机、高超音速无轴碳纤维转子、五轴主被动混合磁悬浮轴承系统、复合真空/热管理系统、高频高冗余高可靠变流控制系统、系统运行安全保护系统等12大类技术创新与集成单个模组单元仅占地0.84平米,最大输出功率达到1.1MW、12kWh公司拥有该系统完全知识产权和全部核心部件的设计、制造能力,已获得25项发明专利,核心专利保护覆盖了中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯等地区。

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OmniFly™高性能碳纤维飞轮

     OmniFly™飞轮相比国内外其他飞轮产品,无论是在整体系统设计,还是在功率密度、能量密度等技术指标方面,均领先于其他飞轮品牌:OmniFly™待机功耗仅为0.05%,远低于其它飞轮储能系统;产品的全寿命度电成本低于0.1元人民币OmniFly™飞轮也是目前世界上唯一一款高度集成、可适用于UPS、能量回收、电站等多种应用领域的飞轮产品。公司已定型产品的多项技术指标已超过国家科技重点研发计划拟实现的研发技术指标



     截止2020年底,罗特尼克已累计完成融资数亿人民币,股东包括中国航空技术国际控股有限公司和阜阳市颍泉工业投资发展有限公司等。总部及设计、工程中心位于北京,产业化基地已在安徽阜阳建设,全部投产后年产能将达到5000台,产值达到63亿元。

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罗特尼克中国总部

     飞轮储能在航空航天、军事、电力、通信、汽车工业等领域有广阔的应用前景。OmniFly™高能碳纤维飞轮储能系统的目标市场着眼于三个主要方向。一方面应用于智能电网分布式调频电站,通过将电网中快速变化的多余的不平衡垃圾电储存起来,需要时快速推送出去,支撑整个电网的电压和频率,保证用电安全,为电网提供调频辅助服务,提升新能源并网比率其次应用于轨道交通,可在地铁制动时储存能量,启动时推送电力,达到降低能耗、实现节能减排的效果最后应用于大数据中心(UPS),替代化学电池,在断电时快速响应并极大地延长UPS的使用寿命,提高大型云计算数据中心的供电可靠性和电能质量


     在“碳达峰、碳中和”目标要求下,新能源与储能融合迎来了新机遇。7月23日,国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,提出坚持储能技术多元化,加快飞轮储能等技术开展规模化试验示范,并表示新型储能成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑之一。《e谷观察》认为飞轮储能技术经过几十年的发展,开始向规模化商用转移。中国在储能方面的需求很大,公开数据显示,截至2020年,我国新型储能装机容量为3.81GW,根据此次政策制定的目标,未来五年的空白市场空间为26.2GW,年复合增长率达51%,发展潜力巨大。


    《e谷观察》同时认为,罗特尼克OmniFly™三个应用领域中,智能电网和轨道交通均由央企和地方国企主导,行政色彩浓,创新能力弱,进入门槛高,不宜作为当前主攻方向;而UPS领域的市场化程度较高,且在一次采购成本基本相当的情况下,延寿数倍,具有非常明显的替代需求。《e谷观察》也在协助罗特尼克开拓这一市场,希望罗特尼克能够抓住当前有利的市场机遇快速达成示范项目,实现飞轮储能大规模产业化及商用的跨越发展。


     罗特尼克历经近十年的研发,已经站在了飞轮储能技术的前沿。《e谷观察》深挖了一下孙建峰博士的技术功底,发现本科的陀螺专业正是飞轮的原形,再加上电子工程的博士学历,才让他能够驾驭这么复杂、跨学科的集成化技术。更难能可贵的是,借鉴国外先进技术,消化吸收为己用,构建自主可控的知识产权体系;同时在国内众多飞轮研发团队中率先实现商用化,确实体现不凡的实力,不枉十年苦功。《e谷观察》相信,OmniFly™高性能碳纤维飞轮产品未来可期,必将一“飞”冲天。