团队成立背景

能源互联网是要通过能源技术革命推动能源生产、消费、体制变革和能源结构的调整，通过广义的“源-网-荷-储”协调互动达到最大限度消纳利用可再生能源以及资源优化配置的目的，从而推动整个能源产业以及经济社会的链式变革。而新型电力系统是能源互联网双碳目标下现阶段发展的核心形态。未来新型电力系统就像互联网系统一样，以平台拉近供需距离，实现供需协同，大众广泛参与，形成新型电力生态；以数据中心、5G网络等新基建为支撑，通过“技术+机制”创新电力生态，实现数字转型和能源转型携手共进。

因此，新型电力系统将是能源互联网的核心能源，承担未来能源互联网中各类能源互联互通的纽带与接口作用，新型电力系统的先进技术将是能源互联网建设中的核心技术。

根据我国碳达峰碳中和战略目标，构建以新能源为主的新型电力系统，实现能源互联网高速发展。至2030年中国新能源发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。目前，部分地区高比例新能源电网的一次调频死区动作次数已达到几十次～几百次/天，严重危及电网频率稳定和安全运行；未来新能源发电比例的提升将进一步降低电力系统的转动惯量，加剧安全隐患。因此，提高电网惯性支撑和调频能力成为新型电力系统安全运行的刚性需求。2020年以来，国家和地方出台的系列新能源发电并网导则要求新增的新能源场站须具备调频能力，新国标《并网电源一次调频技术规定及试验导则》GB/T 40595-2021也对发电场站的调频性能做了规范要求。

飞轮储能是一种长寿命、高频次、高效率的物理储能技术，具备提供电力系统所需要的惯量支撑和一次、二次调频能力，是最适合应用于新型电力系统调频领域的技术之一，其未来的市场规模将达到1000亿以上。

清华大学团队在飞轮储能领域已有20多年研究成果和工程示范项目经验积累，曾承担了国家十二五支撑计划、十三五重点研发计划、地方重大科技项目“先进飞轮储能关键技术研究”，并完成了示范应用，其研究成果达到了国内领先、国际先进水平。团队拥有全套自主知识产权飞轮储能技术，拥有30多项相关中国发明专利和软件著作权。

因此，在能源互联网研究院内成立飞轮储能研究团队，开展飞轮储能关键技术研究，通过产学研合作，促进飞轮储能工程应用，推动我国飞轮储能产业发展。这是新型电力系统战略需求和关键技术之一，也是能源互联网的核心支撑技术之一，促进新型电力系统承担起未来能源互联网中各类能源互联互通的纽带与接口作用。

团队对能源互联网创新发展的推动作用

高速飞轮储能团队主要研究能源互联网中飞轮储能关键技术及其参与电网惯性支撑和频率调控技术；研究规模化飞轮储能阵列参与能源互联网源网荷储的协调控制、能量管理控制技术及其工程应用；研究飞轮储能与其它储能联合运行关键技术与应用，即配合抽水蓄能、制氢储能、压缩空气储能、电池储能等中长时段储能技术，填补毫秒-秒-分级时间尺度的短时快速储能技术空缺，构建保障新型电力系统稳定运行所需的完整储能技术体系。总之，这些方面研究是能源互联网的重要组成部分和发展目标，是提高可再生能源发电消纳能力和多种能源互联与转换的重要载体。飞轮储能涉及飞轮转子材料、旋转机械、高速电机、电力电子、控制、电力系统、信息等领域及其学科，因此，开展高速飞轮储能研究对推动能源互联网学科发展也具有重要的推动作用。

背景：

以新能源为主的新型电力系统面临挑战：电力系统的传统转动惯量极大降低，电网超出一次调频阈值的次数激增（几百次/天），严重危及电网的频率稳定和安全运行。飞轮储能是解决电网高频次频率波动和惯性支撑的一种最先进技术和最有效方法。

飞轮储能技术：

飞轮储能特点：

物理储能，效率高（＞86%）、响应快（10ms）、无污染、  充放电次数高（百万次）、寿命长（20年）、安全性好、免维护

研究团队：

高速飞轮储能团队一共有成员10人， 其中：清华大学教授（2人）、副教授（2人）、博士后（1人），博士生（5人）、研究生（5人）

飞轮储能团队已有近20年研究成果和工程示范应用经验积累，曾承担了飞轮储能领域的国家十二五支撑计划、十三五重点研发计划、地方重大科技项目和企业合作项目等，并完成了示范应用。

拥有全套自主知识产权飞轮储能技术，拥有发明专利和软件著作权50多项，发表文章100多篇，专著1部，获省部级技术发明二等奖1项。研究成果达到了国内领先、国际先进、部分国际领先水平。

研究团队发展规划：

针对新型电力系统的惯量支撑和调频控制的需求，

提出适于产业化规模应用的飞轮储能技术路线图，

攻克高速MW级飞轮储能关键技术，

提出飞轮储能阵列能量管理及其参与电网惯量响应和调频协调控制技术，

提出飞轮储能系统试验、测试、运行、安全等标准和评价体系，

建设MW级飞轮储能仿真平台和测试平台，

参与引领性科学研究项目和重大示范工程项目，

完成产业化落地运作。

研究方向

飞轮储能关键技术与装备研究

储能系统在新能源电网、电气化交通和数据中心等领域的应用

研究成果

高安全超强材料大储能量飞轮转子技术

大功率真空下高速电动发电机低损耗技术

高效率高基频变流器技术

重载磁悬浮转子轴承技术

飞轮储能阵列对电网短时高频次惯性支撑和频率调控技术

飞轮储能阵列参与能源互联网源网荷储的协调控制技术

国际首次采用多相永磁同步电机，电机效率优于其它类型电机，处于国际领先水平

国际首次提出了基于模型预测电流控制的十二相永磁同步电机飞轮储能高基频变流器充放电控制策略

国际首次采用三电平变流器，其性能指标优于三相电机及其二电平变流器的，处于国际领先水平

提出了强陀螺效应飞轮系统振动主动控制技术，国际上率先实现了储能飞轮轴系超越挠曲临界转速应用

落地示范工程

团队承担了十二五国家科技支撑计划课题“飞轮储能用于钻机起升系统能量回收与利用方法” （2014BAA04B02-5），研制成功国内首台1MW/60MJ飞轮储能工程样机并实现示范应用；

牵头了十三五国家重点研发计划“MW级先进飞轮储能关键技术研究” 项目（2018YFB0905500），研制4台400kW/25MJ飞轮储能单机，并电网示范应用；参与了内蒙古2020～2023年重大科技专项（2020ZD0017），研制3台1MW/120MJ飞轮储能单机和3MW电池储能系统，将于内蒙古风电场参与电网惯性支撑和一次二次调频示范应用

承担十四五内蒙古重大科技专项，MW级飞轮储能关键技术研究，研制3台1MW级飞轮阵列协同控制与3MW锂电组成混合储能系统，示范项目成功并网，为二连浩特99MW的风电场提供调频辅助服务支持。