现阶段，飞轮储能是电力调频技术的最优选择

随着在“双碳”目标引导下的电力能源结构转型，可再生能源的大规模接入和电力电子设备的快速发展，电网的稳定性和可靠性面临着前所未有的挑战。根据国家能源局发布的2023年1-8月份全国电力工业统计数据，全国发电总装机容量276153万千瓦，其中风电39537万千瓦、光伏50541万千瓦，占总装机容量32.62%。因此，如何有效地进行电力调频，保证电网的稳定运行，成为了当前新型电力系统建设的重要课题。

电力调频是指在电力系统中通过调整发电机出力或负载需求，使得系统中的瞬时功率平衡得以维持，从而保持系统频率在一定范围内的稳定。飞轮储能技术是一种新兴的电力储存技术，其主要原理是通过电机驱动飞轮旋转，将电能转化为机械能储存起来；当需要时，再释放出机械能以响应系统需求。这种系统响应时间快、充放电循环次数多、以及潜在的惯量响应等特性，在电网功频调控方面，飞轮储能技术表现出了独特的优势。

与其他储能方式相比，飞轮储能在系统功频调节方面具有显著优势。首先，飞轮储能设备的响应速度快、临界阻尼和欠阻尼状况下响应速度均达到毫秒级别，能够更及时地调整出力，抑制频率波动；其次，飞轮储能充放电次数达到百万级别、设备系统整体寿命较长可达25年以上，能够长期稳定运行，全生命周期单次充放电度电成本相对更低；第三，飞轮储能有的型号单体设备容量已经能够储存更多的能量，可适应电网规模化需求；第四，飞轮储能设备不受外界环境影响，即使在恶劣天气条件下也能稳定工作，有些特殊领域的应用是其他储能技术无可替代的储能形式。相比之下，超级电容虽然具有同类型优点，但现阶段还不具备完全替代飞轮储能的条件；电化学储能虽然现阶段单位造价相对较低、单位时间容量较大，但寿命较短降低了在电网功频调节方面的竞争力；压缩空气等储能虽然单位造价较低、规模较大，但响应速度慢限制了在电网功频方面的调节需求。因此，从整体上看，飞轮储能在电力调频方面的性能优于其他储能方式。

山西省作为我国重要的能源基地和电力负荷中心，其电力系统的调频问题尤为突出。近年来，山西省电力系统的频率波动范围不断扩大，频率稳定性问题日益凸显。尤其是在风力发电占比较高的地区，电网频率的波动更加剧烈，这种情况严重影响了电力系统的稳定运行和电力用户的正常用电，但采用储能技术后、特别是飞轮储能技术后，对电网频率的稳定性具有明显改善。据某火力发电厂的应用数据，采用了飞轮储能技术后，飞轮火电机组联合系统等效调速系统速度不等率可减小50%，调频响应速度提高20倍以上，一次调频合格率由70%提升到92%以上，系统响应时间减少至1秒内，各时段的综合性能指标Kp值均达到了省调的准入门槛，且Kp及调节深度、精度等指标得到明显改善，甚至某些统计时段Kp值达到未改善之前的2倍多。

随着技术的不断进步和成本的逐步降低，飞轮储能技术应用场景越来越广、性能发挥越来越深，特别在电力领域构网型储能将发挥独特作用。首先，空天卫星、轨道交通、油田钻井等特殊领域的应用是现阶段其他储能技术无可替代的储能形式。其次，在风电、光伏发电等可再生能源接入的场景中，对电网调度灵活性和稳定性也是较好的选择，特别在传统火电灵活性调节方面，相对优势正在逐步显现。第三，在微电网和分布式能源系统中，飞轮储能技术的协同控制、保证电压质量、防止微电网系统宕机坍塌等功能和能力的重要作用，正在被验证。第四，未来在新型电力系统建设中，与抽蓄、压缩CO2、金属离子、液流等其他储能形式复合发挥作用时，特别是飞轮储能对构建电网虚拟同步系统、发挥对电网的惯量支撑作用将更加突出。

综上所述，飞轮储能技术在电力调频领域具有巨大的潜力和广阔的应用前景，是现阶段电力调频技术的最优选择，在保证响应速度及精度前提下，飞轮储能将全生命周期单次充放电度电成本的价格优势转化为调度优先，能够为构建清洁、高效、可靠的中国式现代能源体系做出重要贡献。