新型储能模式-飞轮储能，开辟储能千亿市场新赛道

1.1 飞轮储能商业化拐点已至，行业即将迎来爆发节点

飞轮储能成为新能源和新型电力系统发展的重热点。飞轮储能是一种积淀能量转换物理储能装置，其利用飞轮的高速旋转，将电能以机械能的形式进行存储。与其他常规储能方式相比，飞轮储能模式具有瞬时功率大、快速充放电、寿命长、无污染、荷电量易准确测量、低损耗等优点。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、备用电源、交通工具、航空航天、军工等领域，而同时期国内刚刚开始关键技术的基础研究，经过约三十年的发展，飞轮储能也逐步迈入商业化领域，在UPS电源、轨道交通、储能式电动汽车充电桩、电网调频市场等领域都有示范应用。根据中关村储能产业技术联盟数据，截至2022年底，全球已投入运行的储能项目累计装机规模为237.2GW，年增长率为14.9%。

“双碳”政策进一步推动飞轮储能规模化发展。新型储能已成为全球实现双碳目标的必选项，而飞轮储能技术规模化应用被国家列为“十四五”新型储能技术试点示范。国家发改委、能源局《加快推动新型储能发展的指导意见》《“十四五”新型储能发展实施方案》等文件均明确提出要加快飞轮储能技术发展，加快开展飞轮储能规模化试验示范应用。顶层设计的逐步完善，从技术和规模化双侧推动飞轮储能的商业化发展。可以预见，飞轮储能将踏上发展快车道，逐步成为未来市场主流模式。

上游供应链产业成熟，国产化趋势加速驱动商业化进程。飞轮储能行业上游主要包括碳纤维、钢材等原材料供应商以及飞轮转子、发电机、轴承、控制系统等零部件供应商。上游核心供应商在国产化方面取得重大进展，打破国外技术垄断，大幅降低飞轮储能的制造成本，驱动其规模化、商业化进程。我国飞轮储能技术已经成熟，顺应市场高速增长需求，飞轮储能迎来规模化发展时机。

1.2 中国市场：以终局法看，目前市场总量为千亿级，调频约占40%

（1）发电调频领域：有总量2961亿元以上的市场空间。

目前，火电行业调频项目按照装机容量的3%配置调频项目。新能源的储能+调频项目配置比例为装机容量的5%~30%（因地制宜、政策差异巨大）。以全国发电装机容量21亿千瓦、调频按3%配置的粗略保守估算，纯调频市场需求有：21亿千瓦*3%=63000Mw。按照我国总体装机增速判断，每年还有6.3%的增长预期。风电、光伏子项，有15.3%~18.8%增长预期。照前述批量稳定供货项目报价估算，则有总量2961亿元以上的市场空间。并且，随补贴价格下行，电池调频项目空间将被加速压缩。

（2）其他领域：累计市场空间可达千亿级。

城市轨道交通：截止2024年末，全国城轨运营里程10945.6公里，在建里程超6000公里，总里程按照平均2公里设置一个2MW（6台）飞轮储能电站，总市场容量约为51000台飞轮。每台飞轮售价100-120万，则城市轨道交通市场规模可达510-612亿元。

电气化铁路领域：截止2024年底，我国铁路运营里程达16.2万公里，按照50公里配备一套5MW-10MW飞轮储能电站，预计飞轮需求量将达到48600套-97200套，平均按照72900套计算，可达729亿市场规模。不含在建里程。

UPS：每年共计20亿市场，如果三分之一采用飞轮，那么飞轮在UPS市场具有7亿容量前景。

余热发电机（按照300kW计算）：据统计，我国300度以下工业余热量每年相当于7亿吨标准煤，每吨标准煤发电约8141度，7亿吨标准煤可发电56987亿度，按照每年工作7200小时300kW余热发电机计算，共需发电机264万台，每台售价350万元，总市场容量92400亿元，假设飞轮储能装置渗透率为3.1%，则可有2870亿市场。（仅考虑工业余热，不包含干热岩、地热、风电、舰船等领域市场容量）

风机（按照200kW计算）：据不完全统计，全国城镇污水处理厂有6000余家，按照每座污水处理厂需要磁悬浮风机6台计算，共需要风机约36000台（不含农村及新建污水厂）；我国日产5000吨以上水泥厂约5000条，按照每条生产线需要磁悬浮风机4台，水泥厂共需要风机20000台，仅此两个工业领域共需要风机56000台。按照售价80万元每台计算，共计总市值450亿元。

2.1储能技术路线概览

2.2 飞轮储能独特的性能优势：短时高频率，稳压节能

飞轮储能具备短时高频次的代表性特点。虽然长时大容量储能是能源转型的关键，但短时高频次储能同样拥有丰富的应用场景。而飞轮储能是其中典型代表。飞轮储能是一种高效、长寿命且环境友好的储能技术，具有分秒级响应、大功率输出和高循环效率等显著优势。其储能密度高，瞬时功率大，特别适合多频次、快响应、低电量的应用场景。相比传统电化学储能，飞轮储能的比功率可达8 kW/kg以上，且几乎无摩擦损耗和风阻，能量转换效率更高。此外，飞轮储能系统寿命长达20年以上，充放电循环次数可达1000万次，且不受充放电深度影响，工况适应性极强，能在-20℃至50℃的环境温度下稳定运行。同时，该技术运行过程中不产生有害物质，几乎免维护，兼具高可靠性和环保性。

表：不同储能技术路线的优劣势对比

3.1 飞轮储能技术原理

3.2 飞轮技术：高难度复合材料转子飞轮为最佳优化方向

复合材料转子飞轮是未来飞轮技术发展的最佳方向。加大转子质量和提高转速是提升功率和储能量的两种路径，但提高转速对储能量、功率的提升具有更加显著的效果，与高速电机的特性更加匹配，是最有效的技术发展路线。

转子材料为转速提升的关键，复合材料是转速提升的最佳选择。合金材料是市面上常用的转子材料，但其可承受的边缘线速度较低，极大程度限制了产品储能量的提高。与合金材料相比，碳纤维具备密度低、抗拉强度高的特点，更适合与高速电机匹配，最大程度支持实现飞轮的高转速、高功率、高储能的发展目标。

复合材料转子制作的能量型飞轮更具成本优势。在成本方面，合金飞轮和复合材料飞轮的成本临界点储电量在53kW·h3左右。当储能量超过该临界值时，复合材料飞轮的单位储能量成本显著低于合金飞轮。其次，复合材料飞轮因抗疲劳性和耐腐蚀性优异，使用寿命可达20年以上；而合金飞轮在高速旋转下易产生金属疲劳，需定期检测和更换，增加了全生命周期成本。另外，复合材料国产化水平大幅提升，极大程度降低其使用成本。

3.3 飞轮结构：“内定外转”赋能小型化、高转速发展

飞轮“内定外转”是未来飞轮小型化、高转速发展的最优结构，对结构技术要求极高。小型化、高转速飞轮需采用碳纤维等轻质高强材料，“内定外转”结构通过紧凑设计降低了风阻和摩擦损耗，更适匹碳纤维复合材料转子的高速特性。该结构利用轻量化设计解决了传统合金飞轮承重要求高的问题，适合对空间敏感的领域（如地下充电桩、数据中心UPS）。

3.4 飞轮储能：高速功率型磁悬浮技术具备最优商业化运营可行性

高速功率型磁悬浮飞轮在新能源配套领域优势明显，是最优商业化运营可行性的飞轮技术路线。目前飞轮储能系统的产品技术路线主要有两类：高速功率型磁悬浮飞轮和低速能量型磁飞轮。与低速能量型磁飞轮的对比，高速功率型磁悬浮飞轮具备低重量、低功耗、低成本、高安全、高功率、高保障等多维度优势。

4.1 飞轮储能涉及广泛的应用场景

4.2 飞轮储能5大主要应用场景，解决行业痛点，满足行业需求

（1）轨道交通：

飞轮储能装置具备高节能率以及高经济效益。在轨道交通中，列车刹车进站的时候会释放能量，这部分能量回到迁移网，会引起网压的波动，所以需要对这部分能量进行回收。过去的技术就是用电阻将它烧掉，转换成热能排放。如果把电阻换成飞轮的话，当列车刹车进站的时候，能量就会加速飞轮的旋转，把它储存起来。当启动或载客量比较大或加速时，可以先从飞轮取电，起到了电能节约的效果，节能率大幅提升。根据实测，可以达到牵引总用电的15%-30%。对于运营方来说，成本支出有所降低。与其他传统再生制动能量回收装置相比，飞轮具备最优经济效益。美国多个地铁站已经对飞轮储能进行了示范，能够实现节电20%的效果，北京地铁已经用了盾石磁能的飞轮储能装置。

不同类型再生制动能量吸收装置节电量对比

飞轮在不同能量回收装置中最具安全性。相比电阻能耗型装置，飞轮可回收再利用列车制动电能，降低牵引能耗，并在列车启动时支撑牵引网压，双重稳压；相比中压能馈型装置，飞轮可稳定直流牵引网压，即收即用，无谐波干扰；相比超级电容型装置，飞轮火灾危险性低，材料无毒无害，安全性高。而对比不同材质的飞轮，GTR碳纤维复合飞轮本质更加安全。与发热严重、需定期返厂探伤的钢制转子飞轮相比，GTR碳纤维复合飞轮具有高安全性，本体免维护，磁悬浮轴承不发热，定子水冷循环系统发热小等特点。

轨交旧线改造存在运量增加和供电问题两大痛点，改用飞轮是唯一解。在轨道交通中，轨交旧线改造一直是亟待解决的刚需问题。一线城市轨交客流增大，老线无法承受高运量压力，急需换车、增加车厢、提高发车频率。而且增加变压器后地下空间不足、缩短发车间隔后频率响应要求提高。飞轮具备占地面积小、快充快放等优势，能够最大程度解决旧线改造地下空间不足的问题，同时满足轨道的高频率响应需求。另外，轨交老线由于建设早、使用年限久，普遍存在钢轨电位过高、杂散电流流出等供电问题，而飞轮是目前唯一能解决以上供电问题的再生制动能量回收装置。

（2）电网调频：

政策对于新能源并网的硬性要求推动飞轮需求提升。电网中发电和用电不平衡会使电网频率发生波动，为了平抑这种波动，电网就需要配备总发电容量2%的调频电站。随着新能源并网发电比例增高，整个电网出现巨大波动。随之造成的结果是，若发电主体无法平衡波动，一次调频、甚至二次调频性能不达标，相关电厂将面临罚款风险。另外，国家标准GB38755-2019《电力系统安全稳定导则》对于“电源（指接入35kV及以上电压等级电力系统的风力发电、光伏发电及储能电站等）均应具备一次调频、快速调压、调峰能力”的规定，更佳严格的约束了电厂的性能指标。因此调频需求在中短期会迅速增长。而飞轮储能具备功率大、响应速度快、循环能力强等特性，可以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，支撑电网频率和电压，具有很好的应用前景。

（3）储能式电动汽车充电桩

以飞轮为储能装置的储能式电动汽车充电桩能更好满足电动汽车大功率、快速充电的高需求。受现有电网框架容量的限制，建设一个电动汽车充电站涉及到电网的增容、城市规划调整等一系列问题，带有储能环节的大功率电动汽车快速充电桩系统，可减小充电桩对电网增容的压力。以磁悬浮储能飞轮为储能装置，充分利用储能飞轮慢充快放，即小功率充电、大功率输出的典型运行特征，不仅可以满足电动汽车快速充电的要求，又可以规避电网增容的制约。同时，由于储能飞轮功率密度高、体积小、布置灵活、绿色环保无污染，可布置于地下，消除建设充电站对市容的影响，同时减小城建工作的压力

（4）UPS市场：

飞轮储能是UPS电源不间断的最佳选择。国内外数据中心、通讯基站、重要活动都对电源不间断有明确的要求，目前主要使用化学电池+柴油发电机的组合模式。与目前的化学电池相比，飞轮储能具有响应速度更快、瞬时功率大、占地面积小、使用寿命长等优点，更适合与柴油发电机搭配作为UPS电源。

（5）化工：

飞轮储能为化工领域提供更高质量、更高性能的电力供给。化工设备对电能质量、供电连续性要求极高，企业常有高可靠性供电需求。与传统化学电池相比，飞轮储能响应速度快、功率密度高、寿命长、免维护等特点，能够在电网频率波动时迅速稳定。磁悬浮飞轮储能系统对电网异常或突发断电情况的毫秒级反应，实现“电能-动能”的高效转换，避免传统柴油发电机响应慢、污染高的问题。未来，飞轮储能在石油化工领域的应用将从单一应急供电向综合能源管理拓展，通过“飞轮+锂电”模式等电池储能的混合系统进一步优化调频与调峰能力，推动化工行业能源利用向高效、清洁方向升级。

盾石磁能是全球唯一具有无轮毂复合材料大功率飞轮研发制造能力的公司，掌握国际先进的复合碳纤维飞轮转子、磁悬浮轴承、高速永磁电机及控制等核心技术，拥有完全自主知识产权，技术水平国际领先。曾参与国家、省部级重点研发项目、产品被列入工信部和河北省首台套重大技术装备目录，获得多位院士认可。

盾石磁能公司总部位于中国（河北）自由贸易试验区正定片区内，分别在石家庄市内和自贸区内建有大型生产基地，美国设有全资海外子公司、英国设有研发设计中心、北京设立子公司。公司是国家高新技术企业、河北省创新驱动发展示范企业，河北省储能行业重点支持科技型企业。目前公司拥有120余项专利知识产权，一项国家及省部级科研项目，一个国家省部级的重点实验室-河北省高速飞轮储能与节能技术重点实验室。

公司拥有完整的智慧能量（电能）系统解决方案，已形成飞轮储能、ORC余热发电、磁悬浮鼓风机三大产品体系。广泛应用于轨道交通/电力/建材等行业，客户包括北京地铁、武汉地铁、国家铁路总公司、吉林电力、金隅冀东、中冶节能多家知名企业，深耕行业头部客户，商业化落地速度行业领先

盾石磁能是全球首条全线应用飞轮储能型再生制动能量地面系统的空轨线路-“光子号”所使用飞轮储能系统的开发厂商，是国内飞轮企业在轨道交通领域成功经验与部署工程案例最多的企业，已成功在北京地铁、武汉地铁部署飞轮储能系统。除了“光子号”，盾石磁能开发的飞轮储能系统还在北京地铁房山线、六号线等地面轨道得到应用，是国内飞轮在轨道交通领域细分市场头部企业。同时盾石磁能正积极布局适用于新能源车辆的小型设备，已完成实验室测试阶段。截至目前，盾石磁能在手订单超过10亿元，预计2025年可实现营业收入数亿元。

本文来源：多维资本