盾石磁能王大杰：GTR飞轮在轨道交通中的运用

“GTR飞轮在北京地铁的应用是国内首个将飞轮储能技术运用到城市轨道交通项目，填补了我国在该领域的空白。在北京的应用效果，平均每天可以节约15-30%的电能，节能率目前我们统计大于19%，飞轮每小时可以节约80-100千瓦时的电能，我们在铁科院的认证每小时节约93千瓦时，平均每年可以节约53-66万千瓦时的电能。”

——盾石磁能科技有限责任公司轨道交通技术负责人 王大杰

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盾石磁能科技有限责任公司轨道交通技术负责人 王大杰

各位领导、各位专家大家下午好，我叫王大杰，来自GTR磁能科技有限责任公司，今天我来给大家汇报一下《GTR飞轮储能技术及其应用》，我汇报分四个部分：一是对飞轮产品进行介绍，二是对飞轮在地铁领域的应用进行说明，三是详细说明一下我们在北京地铁的运行目，四是飞轮在电源领域的应用。

首先介绍一下我们公司，GTR磁能科技有限责任公司，成立于2014年，公司收购源于欧洲最大轴浓缩公司URENCO的飞轮技术公司KTSI，将先进的飞轮储能技术引入到国内，拥有全部技术知识产权。

首先对飞轮储能装置进行一个介绍，技术原理不用多说了，GTR飞轮是属于一种功率型的飞轮，靠提升转速来提高储能量，目前GTR飞轮最高转速是36000转每分钟。下面说明一下产品特性，GTR我刚才一直在说，是我们公司的品牌，飞轮的品牌，GTR飞轮的命名也是充分展现了其自身特性，分别就是我列出短时高频次、超长寿命、快速响应。良性到各个指标短时高频次对应GTR飞轮可以在一小时之内完成40次的深度充放电，超长寿命在全生命周期大于1000万次循环充放次数，快速响应是1毫秒，全功率充放时间是5毫秒。

基于GTR飞轮的产品特性主要有三个应用领域：一是对负荷波动比较频繁的场合，比如轧钢机、电弧炉、牵引变压器等，这些都是一直存在着谐波等问题，飞轮可以治理这些电池问题，同时可以降低这些冲击性负荷的最低功率，降低电费。二是动、势、位能与电能相互转换的场合，主要有港口吊机，大型商场的电梯，轨道交通领域，这些领域都有再生能量产生，飞轮在这里面可以吸收再利用，达到一个节能的作用。三是对电能质量要求高的场合，比如说化纤行业、半导体行业、汽车制造行业，这些行业对电能质量，尤其是电压暂降要求非常高，同时GTR飞轮可以解决IEE标准里面提到的九种电池质量问题。

这是一个飞轮本题的结构，也就是飞轮的储能体，里面就是一个高速旋转的电机，里面是一个真空的系统，包括飞轮在高空旋转的都是磁悬浮的，我着重说明一下这个电机的构造，是采用了中心电子外转子的结构，采用这种巧妙的设计可以让飞轮的轴系更加稳定，同时让飞轮的占地面积更小。这个转子采用一体化的设计，使飞轮转子更加稳定和安全。

GTR飞轮核心技术包括碳纤维负荷转子，被动磁轴承，高速永磁电机。碳纤维复合转子高强度、抗拉伸，MLC加工工艺，相对钢制转子，无铜无铁损耗更低，转动惯量小，响应速度快。

GTR飞轮采用了模块化的设计，通过多个模块的并联实现扩容。同时飞轮储能系统跟牵引电网以及外界的电网都是采用并联的接触方式，同时采用模块化设计，在单个模块出现故障的时候可以隔离，只需要降额运行，不需要停电。目前单个模块具体的参数，功率可以达到333千瓦，可用量是1.58度电，占地面积1.6平方米，重量是1.5t。

基于对多个模块集成的这些进行能量控制，我们公司也是开发了自主知识产权的能量管理系统，能量管理单元主要就是实现多个模块之间的功率均衡以及监测、控制，它可以实现多个模块的一键启停，可以监测各个模块的运行状态信息，可以记录运行日志，记录故障和报警信息。它最核心的功能是可以保证每个功率单元之间的均衡，可以保证每个飞轮的SOC值时刻处于一致的状态。

GTR飞轮在2017年取得了中国电科院和铁科院的权威认证，在2018年取得了国家ISO9001的体系认证，同时公司的GTR飞轮产品是提供中国人保公司的三年保险。

下面进行第二部分说明，就是飞轮在地铁领域的主要运用方向：制动能量回收，牵引网压支撑和应急支撑电源。

因为目前轨道列车都是采用电制动，制动能量都是返回到电网，如果能量不被消耗就会导致到底失效，这里飞轮可以保证列车进行稳定的电制动，同时将制动能量回收再利用，达到节能效果在15-30%，节约牵引电费，同时飞轮也是取代了集成上的电阻，降低了通风损耗。

牵引网压支撑，在地形比较复杂的地方，随着后期地铁运量的提升，造成牵引网压跌落比较严重，此时在线路中断加装飞轮储能装置，在列车经过的时候飞轮可以辅助牵引系统对外进行放电，从而有效的支撑牵引网压，以减少了在建多变电所的投资和后期运营的高额支出。

应急支撑电源，在牵引供电出现故障的时候，飞轮储能系统根据需要按照调度指令先牵引网进行释放，便于疏散乘客。

下面就北京地铁项目进行详细介绍，GTR飞轮在北京地铁的应用是国内首个将飞轮储能技术运用到城市轨道交通项目，填补了我国在该领域的空白，图片是我们现场应用的一个图片。

这里面有一个视频我给大家展示一下，这是我们在北京地铁应用的现场一个大记录，大家了解一下。安装在了广阳城地铁站的变压变电室内。列车进站的时候飞轮吸收制动能量，列车出站的时候将制动能量进行释放，这是能量管理单元的一个监测页面。接下来我还会对每个指标进行一个详细的说明。

GTR飞轮在北京地铁进行项目主要有以下五方面的意义：

1、对城市轨道较运营、维护具有重要意义，平均每年可以节约15-30%的牵引电费，同时可以稳定直流牵引网压，改善牵引网电能质量。

2、较原有制动能量管理技术更为先进、稳定及效益突出。较第一代电阻而言可以吸收再利用再生电能，可以节能，较中亚能亏实现即收即用，节能效果更好，相比第三代超级电容有更高的频繁接受次数。

3、对轨道交通行业的技术进步具有重要推动作用。

4、在轨道交通产业采用飞轮储能技术符合国家重要政策指引方向。

5、在飞轮项目实施期间形成了完整的解决方案，对应用起到了解决引领作用。

这是我们在北京的应用效果，上面图形代表飞轮跟随牵引网波进行响应，非常频繁，功率达到1兆瓦，下面代表3台转速的曲线，可以看到转速非常一致，转速差不会超过10赫兹。我们对飞轮的动作次数进行了统计，在1小时之内功率超过75%深度的这些充放电达到了103次，全功率充放电是44次。对为期十天的节能效果进行了统计，平均每天可以节约15-30%的电能，节能率目前我们统计大于19%，飞轮每小时可以节约80-100千瓦时的电能，我们在铁科院的认证每小时节约93千瓦时，平均每年可以节约53-66万千瓦时的电能。

这是稳压效果的展示。

下面简单说明一下第四部分的应用，主要就是频率调解和不间断电源，在频率调节主要说三个项目，加拿大的拉格伦镍矿项目，这个系统每年可以节约5%的柴油燃料，节能效果也是非常好，这个是对飞轮参与调频以后的一个系统波动由原来的波动非常大的一个改善的结果，不再展开说明了。

这边是我们在苏格兰两个岛屿的微电网项目，里面有风能、太阳能以及柴油发电机，其中在埃格岛项目加上飞轮以后，通过功率对比图看出来，飞轮把牵引电网的频率稳定在52赫兹左右，同时飞轮在埃格岛参与调频，使发动机组的输出功率从偏差60千瓦降低到偏差20千瓦，使水力发电的功率输出更加稳定，极端功率事件大大减少。

在费尔岛的运用项目飞轮参与风力发电调频，在风力发电频率增大的时候飞轮进行储能，同时在没有风能的时候，飞轮时不时的放电对电网提供电能。飞轮就像是一个UPS，时刻在给费尔岛提供不间断的电源，其中在2017年10月飞轮提供了一正月连续电能。

在UPS不间断电源里面我们有一个日本NDK的项目，这个项目对飞轮的储能安全性以及维护量要求比较少。其中它的功能性的要求是在柴油发电机启动前提供一个50千瓦不少于3分钟的过渡电源，在日本NDK这个项目的效果在使用期间也是提供了很好的后备电源的保障。

最后说一下我们在国内应用的微电网的项目以及UPS项目，在2016年完成了园区智能微电网的一个项目，在2017年完成了浙江大学的微电网项目，在2019年完成了一个飞轮UPS电压暂降项目。

最后，欢迎大家关注GTR飞轮储能，同时我们在下面A30也有展位，欢迎大家前来指导，我的汇报完毕，谢谢大家！