第768期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《巨型“充电宝”（二）》
讲座题目：透视新科技——巨型“充电宝”（二）
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：梁双印，华北电力大学教授。
安宏文，中国电力企业联合会检测研究院研究员。
讲座时间：2026年5月11日～5月17日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——巨型“充电宝”（二）
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。基于环保的要求，未来我们国家电网清洁能源、清洁电力的比例将会不断提高，但是无论是太阳能发电还是风力发电都存在着先天的不足，那就是供电的不稳定性，这是摆在我们面前的一个技术难题，什么技术可以解决它呢？那就是储能，我们通过短片来进入今天的节目。在前不久闭幕的北京冬奥会上，所有场馆都采用了风能、太阳能等清洁能源，这不仅体现了我国绿色办奥理念，也为奥运会的举办树立起新的标杆，但是风能、太阳能等清洁能源在供电过程中受风力和阳光大小的影响容易造成电网不稳定，甚至引发停电事故，所以这次在奥运场馆的应急供电系统中，我国投入了一种便携式的储能设备，飞轮储能。这种新型的储能设备有哪些优势？在电力安全保障中又发挥了怎样的作用？我们今天请来的两位嘉宾，一位是华北电力大学的教授梁双印。另外一位是中国电力企业联合会检测研究院的研究员安宏文。
在很多年前的时候，那时候我们电力不充足的时候，我们经常看电灯一闪一闪的，电器憋了等等这种事情，这都是发电质量差造成的，现在也可能会出现这样的问题吗？现在咱们中国要实施双碳战略，大量地吸纳可再生能源风电和太阳能。这两种发电方式，清洁环保、可再生这种特征，但是它不具备连续性。另外它发电的波动性比较大，对我们电能质量影响比较大。因为我们用电这块，电能质量对我们老百姓来说是跟我们生活息息相关的，我们家可使用的家用电器可能都会受到一些影响，如果非常严重的时候，可能家用电器都会烧。在工业领域要求更高，现在不是讲究人工智能，机器人越来越多。举个很实在的例子，汽车基地这个机械手不是点焊吗？激光焊接由于频率波动，把点应该焊在这儿，它都是毫米级的，小于毫米级的这种误差，它焊到另一个地方。所以说在这工业用电上，如果得不到一个稳定的电源的输送和高质量的输送的话，可能带来的影响和损失会更大。
因为在我们民用阶段，电能质量要求没有那么高，但是在我们国家的精细加工、精密机床这类领域的时候，它电能质量要求是非常高，正像刚才梁老师所讲的，我们机械手臂焊接的时候可能会出现误差。而我们现在中国是在冶金行业，特别是在精细炼钢方面要求优质特别高（质量）的这种炼钢，它对频率要求非常高，而本身冶金行业的时候，它是对我们电能质量产生影响也比较大，所以它对我们供电的质量要求就更高。如果这个频率达不到它的要求，我们基本上我们中中国特有的一些精细材料的冶炼，基本就达不到一个特别好的质量水平。传统火电可以通过人为控制的方式确保电力输送的稳定性，而风能、太阳能这样的清洁能源受自身特点及外界条件所限，很难用人为控制的方式来调节电能的大小，要解决这一问题，就需要在风电厂与电网之间增加一套储能装备。那么，目前有哪些储能方式？飞轮储能又有什么特点？
目前我们现存的储能方式有哪些？第一大储能方式就是抽水蓄能，它是从水力发电派生出来的，最先发明的实际上是在欧洲、法国。法国大家都知道它的核电比例比较大，核电它的最大的毛病就是，不足就是调峰能力差。就是变负荷满发的时候行，一个核电机组100万（千瓦）的，发100万（千瓦），90多万（千瓦）还可以，但你往下降，来回这样不行，后来就发明抽水蓄能，配合这个核电，所以法国的抽水蓄能占比大概15%左右。抽水蓄能电站是最成熟的一个，现在储能方式，但抽水蓄能电站首先受地域影响，首先得解决水的问题，你得有一个高差，还得有落差，得有两个水盆，这个地域限制就比较严重一些。空气储能类似于抽水蓄能，它就像咱们风扇，咱们电风扇电驱动它，它给咱们吹风，要反着来拿风吹它，它就发电。实际上空气储能主要原理是这么一个逻辑，它有两个缺点，一个是占地，现在咱们这儿有一个示范电站，是利用原来的盐穴，就是把盐井挖出来以后，里边空穴作为储空气的储罐，这是一种方式。还有一种是建钢罐，这种成本比较高，这是一个致命弱点，这个成本是非常高的。还有一个弱点就是它的效率比较低，化学储能就是我们现在说的电池，电池在充放电的过程中，它过充过放的时候会导致电池的局部升温，升温到了它的着火点的时候，它就会着火。着火带来安全隐患非常麻烦，而且它着火了之后，释放的有毒气体给我们人员伤害也比较大，这个是安全的影响。
第二个它整个循环次数充放次数只有6500次，而6500次这个是理论值。实际上就化学储能电池，你能不能达到这个次数，实际应用的，大家都是实验室里面测出来的，实际应用时能不能达到现在是一个未知数。所以先天来讲，化学储能能够解决我们火电厂调频作用，但是它将来有这么两个（制约）因素，一个是安全因素，还有一个寿命因素，所以说它不可持续。抽水蓄能虽然坚固耐用，但体积庞大不够灵活，而以锂电池为代表的化学储能，虽然体积小布置灵活，但对使用环境要求苛刻。飞轮储能既可以灵活布置，灵活调节，又结实耐用，那么飞轮究竟是如何储能的呢？飞轮储能，它是通过什么方式来储电的？飞轮的工作原理其实非常简单，它就像一个陀螺，我们通过使它储电的方式，让陀螺高速旋转，高速旋转它储存的是这种动能，等到我需要发电的时候，动能逐渐释放，再返回来再发电就这么一个过程，它就是一个动能的转换，动能和电能之间的一个转换过程。
飞轮储能就是把机械动能转化成电能的装置，充电时，电动机带动飞轮加速旋转，把电能转换为飞轮的机械动能储存起来。放电时过程刚好相反，由高速旋转的飞轮带动发电机，从而使机械动能转化为电能，作为物理储能方式之一，飞轮储能有着怎样的发展历史呢？给我们介绍一下飞轮储能它的发展历史是什么样的？实际上用飞轮原理储能，有200年（历史）就是瓦特的蒸汽机，因为它是活塞式。活塞式往复（运动），往外的时候它是驱动这轮走的，可是它往回走的时候，这个轮是属于悬空状态，它为了让这部分能量，就是往前走的速度保持均匀，它必须主动轮非常大，利用惯性在它回去的时候，火车还很匀速往前走，实际上就是利用了储能原理。上个世纪四十年代，欧洲城市广泛使用无轨电车作为公共交通工具，每开发一条新线路，就需要搭建新的供电网，造价昂贵，为此瑞士科学家利用飞轮储能的原理开发出了飞轮巴士。在当时的技术条件下，飞轮装置还是十分笨拙的，充电一般需要2到5分钟，充好电后，硕大飞轮以每分钟3000转的转速释放储存的电能，一般可行驶6公里，因此沿途需要设置多个充电点，也就是这短短的几公里，成为飞轮储能技术发展的开端。后来就是航天上航天咱们卫星上也有，它用化学电池在太空当中，有太阳的时候一百多（摄氏）度了，一晒它就一百多（摄氏）度了。没太阳的时候，零下一百（摄氏）度，化学电池根本就适应不了，选了飞轮以后没毛病。可以持续供电？持续供电，它有太阳的时候，太阳能电池板进来的电储到飞轮里边，在没有太阳的时候再放出来，它对恶劣环境适应性非常强。
两位提到物理储能的飞轮储能，如果说它的优势相对而言体现在哪些方面？一个是寿命，理论上咱们的飞轮寿命百万次，飞轮它不是零转速时零充电，它是有一个基础转速，比方3000转就开始充，充到12000充满了，完了再放。在工作转速是在3000到12000之间，是这么一个工作状态。它的寿命就是充满再放掉，这叫一次，大概有一百万次以上。那跟其他的储能方式比较来讲，它的寿命有优势吗？优势大了。咱们刚才安老师说了，化学电池理论上实验室做的是6500次，实际上由于各种原因的就是制造工艺的分散性，它有可能故障点，它有可能在四五千次就没命了。飞轮是理论上有个量化百万次，但实际上是一个无限的寿命，相当于一个类比的无限寿命。百万次跟几千次这个差别还是很大的？很大的，这是美国一个实验室，做了全工况实验，也经过了这12年，基本上循环几十万次以上了。而现在我们中国目前，现在是电化学储能调频这个方式，现在最长的运行时间不会超过5年。现在是已经带来了一些后患的影响了，电池衰减比较厉害。另外，就是退役之后电池的污染问题处理问题，这个都跟飞轮储能是不能比的。飞轮将来退役之后，它就是个金属材料，处理起来比较简单，不会有环境污染，另外刚才说到了我们的抽水蓄能电站受地域的影响，飞轮储能场地比较灵活，这是一个优势。另外，飞轮储能它温度适用范围，我们现在电化学储能它也是场地比较灵活，但是如果它到了一个温度特别高的地方，很容易出现安全风险，温度到特别低的地方，它效率又会受到很大的影响。而飞轮储能是温度适应范围比较高，说你在我南方特别热，我也能用，你到北方温度特别低，我照样能用。
2022年8月25日，全球首个二氧化碳加飞轮储能示范项目在四川省德阳市建成。在短短两小时内，这里可以存满两万千瓦时的电，足够60多个家庭使用一个月，快速充放电的优势也让飞轮储能装置成为游乐设施的重要用电保障。在游乐场里，过山车需要在很短的时间内起步并且加速，以几十公里的时速冲上十几米陡坡，带给游客刺激的游乐体验。但是这样快速的爬升效果背后需要短时内强大的电能作为支撑，于是一些游乐场专门安装了飞轮储能装置为过山车提供动力，保障游乐设施的供电安全。除此之外，飞轮储能还有哪些应用呢？目前国际上哪些国家应用飞轮储能的技术是比较成熟的？美国实际上在20年前就开始研究这个事儿，研究出来以后就在宾夕法尼亚州和纽约州，这两个州，以州为单位，这个电网。它们的电网就是商业电网，分别安了20兆瓦碳纤维的这种飞轮，用于电网调频，美国的能源结构跟咱们不太一样，它的气电比咱们多，就是天然气（发）的电。它还有一个特点就是（电）网小，所以它建了个2万（千瓦）的，现在已经运行了12年了，最长的一个州就这两个州，其中一个州运行12年。应用效果怎么样？非常好，它这一个电厂2万（千瓦）的，就是20兆瓦的这么一个飞轮储能调频电厂，它相当于多少呢？是它的20倍，是火电机组调频，包括燃气20倍。这是我初步分析，我认为一个100兆瓦的一个飞轮，假如有的话，飞轮电厂可以替代30台300兆瓦火电机组的调频能力。
两位也给我们介绍一下目前飞轮储能这种技术，在我们国家哪些领域有应用？轨道交通这种应用场景比较简单，咱们在车站附近它的供电变压器旁边，放上一个飞轮带的一个发电机是双向电机，放电的时候就是个发电机，充电的时候就是个电动机，刹车的时候，把（动能）转化过去，把（电）存储起来，在启动开车的时候，再把（电）放出去。目前据统计现在是轨道交通，通过这种刹车和启动上了飞轮之后，节能能达到20%，这个比例是非常大的。2019年，飞轮储能装置在北京地铁房山线投入运营，填补了国内应用飞轮储能装置解决城市轨道交通制动能量回收方式的空白，利用这套储能装置，每一趟列车可以节能5千瓦时，这样下来，一座车站一年就可以省下50万千瓦时的电能，节约电费40余万元。2021年，我国已开通的城市轨道交通线路总电耗仍然高达213亿千瓦时，占到全国总用电量的3‰，所付出的电费大约占到城市轨道交通运营成本的40%。如今，我国的城市轨道交通正在快速发展，飞轮储能装置若能大规模推广开来，可以为轨道交通节省大量的电力消耗。除轨道交通之外，飞轮储能的规模化应用正在走进电力行业。
这项技术在电网上的应用有开始吗？因为火电机组现在调频，它的能力是有的，但它要是面对新型电子系统，这种现在大比例的可再生能源接入以后，它的调频能力就是快速反应变负荷能力就显得不够了。我举个例子就是咱们蒙西电网，它现在三千万的火电陪着，三千万的风电和太阳能在这儿运行，它现在就是说原来一分钟基本上是波动一次，现在是一分钟得波动四次，十五秒得波动一次，它本来就是一个相当于一个大象，非让它像兔子一样快，不现实。最近宁夏弄的跟火电机组耦合到一块的这个，它实际上是拿飞轮辅助火电机组来进行调频。飞轮储能15秒，你负荷上来了，我火电机组很“胖”很“慢”上不去，飞轮马上15秒，毫秒级反应，盯完这15秒，火电机组还平稳着发着（电）。我再说个问题就是飞轮储能，它不是按量来取胜的，它是什么？它实际上就是说保驾护航应该也还算确切，它提高电网的稳定性，它需要长时间的这种调峰，这种辅助服务。还有一种就是短时间的，你突然来一个负荷峰值，我火电其他的方式我跟不上，我飞轮先跟上去，没有这个快速的负荷跟踪，有可能就要引起连锁反应。飞轮它的意义在这儿，不是说我要多少量，我占了百分之多少，它主要是个陪伴作用。它是保证输电质量的一个重要的手段。它是陪伴，它自己发不出多少能量，而是陪伴。
新能源这一块，现在是占比越来越大，它给我们电力带来的整个安全风险，对居民来说就是个频率和电压这方面的影响（越来越大），我们调度是让火电给新能源来进行调整。它这个调整方式，给火电带来了两个不利因素，一个刚才像梁老师所讲的，对我们的整个煤耗会产生很大的影响，使我们发电厂的成本会增加。第二个，就是我们发电一个全过程靠一个进汽的方式，汽轮机旋转，那么我们这个汽门就不断地要跟着负荷，就要不断地频繁地摆动，经常摆动的话，这个门杆这儿会断，断的话会带来一个安全风险，所以储能这项技术有了之后，它进入电力系统了之后，它可以在火电机组在频繁摆动之前，它可以提前地进行调节，等到火电机组这个调门开得适应了，整个的平衡了之后，它就可以退出。所以说储能伴随着火电机组，进行辅助调节手段给火电厂带来的两个效益，一个是成本效益，一个是安全效益。随着我国双碳目标的提出，风能、太阳能等清洁能源占比会越来越高，2060年实现碳中和目标时，清洁能源占比将达到60%到80%。因此，未来很长一段时间，风能、太阳能依然会保持高速增长的态势，对电网稳定运行的需求会越来越大，为确保工业生产和生活用电的安全，储能技术的发展迫在眉睫，飞轮加火电可提高火电快速调节能力，以适应新型电力系统的更高要求。2021年11月，宁夏灵武电力22兆瓦飞轮储能工程开工。该项目是国内第一个飞轮储能火力发电联合调频工程，也是全球单体储电量最大的飞轮储能项目。该项目建成后，将成为飞储能和火电机组参与电网调频的重要参考。那么，飞轮技术在应用过程中还存在哪些问题，未来它将如何发展？
目前我们飞轮储能的核心技术，我们国家有没有自主的研发能力呢？技术单向的都有，磁悬浮轴承，咱们国家在其他领域也用得不错，但是形成一个系统设备，把磁悬浮轴承用在飞轮上，工业场景就是刚刚安老师说的，它没有工业规模以后，做的单个的说明不了问题。必须经过工业实验，工业中试，或者是现场实际应用才行。目前的成本怎么样？目前灵武（电厂）不是刚一个实验吗？以当下的现在目前这种电价的政策状况下，现在恐怕它还拼不过电化学储能，它的成本应该还是高。在国外使用比较成熟的国家，这个计算的成本它的使用情况怎么样？因为我们一个产品，你就单纯开发的时候成本都会很高，如果市场大面积应用之后，规模效益出来了，成本自然就降下来了。飞轮储能现在跟电化学储能它一个区别，是因为飞轮储能技术现在没有任何问题，只是现在在我们国内应用场景，规模化应用上面，还没有达到一定要求，所以说它的成本现在比电化学储备电池要高。未来如果应用场景出来了，它一定成本会降下来。飞轮储能未来还会有哪些方面的发展？
因为飞轮储能它主要产生的效率损耗，这里面是两点，一个就是轴承摩擦阻力，还有一个就是高速旋转之后，我们整个带来的风阻。随着我们现在磁悬浮技术的发展，加上碳纤维技术的发展，加上我们现在真空超导方面的发展，这个使我们目前飞轮储能整个成本下降会更大，效率会越来越高。那么再加上它的应用场景就比其他的情况又更有优越性，那么这种情况下，飞轮储能未来的前景作为物理储能的一种，它应该会发展得会非常快。下一步它是完全可以替代一部分抽水蓄能电站，来起到抽水蓄能量电站的大幅的储能的一个作用。未来飞轮储能也许不仅仅可以作为抽水蓄能电站的伙伴，也有可能在新能源汽车领域占据一席之地。而今搭载着飞轮电池的赛车已经奔驰在赛道上，并且取得了不错的成绩。除此之外，随着特高压远距离输电量的不断增加，全国统一电力大市场的形成与完善，在大电力网这个更广阔的“赛道”上，飞轮储能将有更大的用武之地。现在我们国家的电网上，假如说10%的清洁能源都使用飞轮储能的话，会给我们带来什么样的效果？
这个账不完全好算，但是这个是有一个直观的要求，就是我们现在双碳目标，双碳目标碳中和将来是影响我们每个人的生活的方方面面。我们今后我们所有的生活用品，如果都是用清洁能源生产出来的，那么按照现在国际上的要求，国际上现在基本有个绿证的概念，就是说你这个产品里面有多少是绿色能源。这样的话，你在欧洲有些严格限制时候，如果你没有一定绿证的要求，绿色能源的要求，它都不允许你进口。那么根据这个要求下来之后，下一步的时候，我们飞轮储能大量发展了之后，我们可以让新能源消耗电能占的比例就会越来越高。那么这种情况下，其实我们整个人的生活多数都用的是清洁绿色能源。你的意思是它带来的外延的效益是无法计算的？外延效益会高的，无法计算，而且我们正常情况，你老百姓不用我们不会发电，发供用是一体的。那么这种情况下，因为新能源的友好性并不强，有风了才发，没光了我就发不了。这时候我发不了，就需要一个补充。而我能发的时候，老百姓不用的时候，那么这种情况我可能就会弃风弃光，不让我发。有了储能之后，我就可以很好地解决这个矛盾，那么这种情况就是我刚才所说的，我们今后产品在生产里面用到的清洁能源的比例就会越来越大。
两位也帮我们来展望一下，未来我们真的国家电网上能够开始使用飞轮储能不断比例升高的话，可能会对百姓的生活带来哪些影响？从环保角度来说，如果是没有飞轮储能或者其他储能的补充，我们新型电力系统是建立不起来的。那么这种情况下，我们就离不开火电机组，火电机组带来的，大家所认为的一些环境污染问题是解决不了的，而且从能源安全角度来说，我们过多依赖火电，我们能源安全问题就难以保证。只有我们储能技术发展，清洁能源大量上了之后，土地上就能产生电能，那么这个对我们老百姓今后的用能安全是影响很大的。好，今天非常感谢两位来到我们演播室当中，给我们介绍了一种未来清洁能源的新的储能的一种方式和可能性，也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
