一、電化學(xué)儲能高歌猛進，安全事故警鐘長鳴

2018年7月2日，韓國靈巖風(fēng)電場4MW/12MWh鋰離子電池儲能電站起火爆炸，708㎡建筑、3500多個電池及配套設(shè)施均被燒毀，據(jù)初步推算這次事故造成經(jīng)濟損失達到46億韓元。這一安全事故絕非偶然，據(jù)報道，進入今年以來，韓國僅靈巖、慶山就發(fā)生過兩起電池爆炸事故，只是尚未釀成大禍，存在僥幸心理。“他山之石，可以攻玉”，韓國的電池起火爆炸事故為電化學(xué)電池的安全性敲響了警鐘，值得引起我國儲能行業(yè)從業(yè)者和相關(guān)監(jiān)管部門足夠的重視和深思。

近幾年，我國儲能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，各種儲能技術(shù)路線百花齊放。其中，電化學(xué)儲能技術(shù)更是受到各路資金的追捧，商業(yè)化進程快速推進，各種電化學(xué)電池儲能項目如雨后春筍一般涌現(xiàn)，遍布在用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)、新能源并網(wǎng)及微電網(wǎng)等各個領(lǐng)域。進入迎峰度夏的7月以來，我國大規(guī)模電化學(xué)電池儲能電站的建設(shè)和運行，又掀起了一個新的高潮。

在電化學(xué)電池儲能一片高歌猛進的繁榮背后，人們關(guān)注最多的往往是其商業(yè)模式，是其投資回報率，而將安全性問題拋諸腦后，或避而不談，或視而不見，甚至開始在工業(yè)廠房、商業(yè)樓宇、數(shù)據(jù)中心等室內(nèi)應(yīng)用場景部署大規(guī)模鋰離子電池儲能系統(tǒng)。殊不知，很多電化學(xué)電池是存在一定安全隱患的，如果技術(shù)和管理沒有跟上，會成為隨時可能爆炸的“定時炸彈”，一旦“引爆”，不僅儲能系統(tǒng)投資“灰飛煙滅”，而且可能造成人身傷害事故或更大范圍的財產(chǎn)損失，悔之晚矣。

二、安全性是第一要素，電化學(xué)電池隱患難消

隨著電化學(xué)電池的大規(guī)模應(yīng)用，我國的電池安全事故也不斷出現(xiàn)，值得引起警惕。在已出現(xiàn)的安全事故中，既有鉛酸蓄電池，也有磷酸鐵鋰電池和三元電池。雖然資本的狂熱掩蓋了對安全的憂慮，但并非所有人都對電池的安全隱患熟視無睹，中國工程院楊裕生院士就曾多次在公開演講場合大聲疾呼：“要把安全性放在儲能電池的第一位！”楊院士指出，安全性是儲能電池技術(shù)評價的第一要素，經(jīng)濟效益要排在第二位。電池組就像汽油箱一樣，是一種含高能物質(zhì)的部件，沒有絕對安全的電池。電池本質(zhì)上是具有危險性的，且隨著電池比能量和比功率的提高，發(fā)生事故的危險性將增大，是一個概率的問題，是無法完全消除的，只能采取措施來降低電池發(fā)生事故的概率。因此，要將使用電池作為使用易燃易爆物品一樣對待。

鉛酸蓄電池具有悠久的使用歷史，其比能量較低，技術(shù)比較成熟，已有大量的應(yīng)用。鉛酸蓄電池的安全性在電化學(xué)電池中相對來說較高，但即便如此，仍然存在很大的安全隱患，特別是像在數(shù)據(jù)中心這樣一些重要的應(yīng)用場合，因鉛酸蓄電池引發(fā)的火災(zāi)事故屢見不鮮。例如某銀行鉛酸蓄電池火災(zāi)導(dǎo)致?lián)p失2億人民幣，某高校網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心機房發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致多所高校網(wǎng)絡(luò)崩潰。

鋰離子電池具有比能量高、比功率高的特點，在國內(nèi)也已經(jīng)開始大規(guī)模應(yīng)用。鋰離子電池中的電解液是用易燃的溶劑配置而成，正、負電極間的氧化劑和還原劑只隔一層約20微米厚的隔膜；電池組運行（甚至停放）中，某一節(jié)電池達到一定的溫度時，氧化劑和還原劑均易與電解液發(fā)生大量生熱的化學(xué)反應(yīng)而引起熱失控；某一節(jié)電池的熱失控，又極易引起相鄰電池的熱失控，從而引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成整個儲能系統(tǒng)的熱失控。業(yè)內(nèi)專家認為，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計的鋰離子電池應(yīng)用于大規(guī)模儲能，尚存在較大的安全風(fēng)險，需要技術(shù)上的創(chuàng)新突破。

三、飛輪儲能異軍突起，細分領(lǐng)域嶄露頭角

飛輪儲能是一種先進的物理儲能技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展了五六十年，除了用于航空航天領(lǐng)域之外，近年來，在一些民用工業(yè)領(lǐng)域也開始了商業(yè)化應(yīng)用。飛輪儲能因為有其獨特的優(yōu)勢，發(fā)展勢頭很猛，是一種應(yīng)用前景非常廣闊的儲能技術(shù)路線，吸引了國內(nèi)外眾多的科研院所和企業(yè)投入研究開發(fā)。要研制現(xiàn)代高性能的飛輪儲能裝置，需要掌握磁懸浮技術(shù)、高性能材料技術(shù)、高速電機技術(shù)、電力電子功率變換技術(shù)及監(jiān)測控制技術(shù)等核心技術(shù)，目前國內(nèi)的技術(shù)水平和國外先進技術(shù)尚有較大的差距。在飛輪儲能領(lǐng)域，美國VYCON公司掌握全套核心技術(shù)，是飛輪儲能技術(shù)的引領(lǐng)者和飛輪儲能產(chǎn)品的集大成者。

高安全性是飛輪儲能的一大優(yōu)勢。飛輪儲能的基本原理是：在充電狀態(tài)下，電機工作在電動機模式，將電能轉(zhuǎn)換為飛輪的動能；在放電狀態(tài)下，電機工作在發(fā)電機模式，將飛輪的動能轉(zhuǎn)換為電能輸出。能量的存儲是靠過高速旋轉(zhuǎn)的飛輪本體來實現(xiàn)的，純粹是一個物理過程，沒有任何化學(xué)反應(yīng)。理論上來講，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪本體也是一個高能的載體，也存在一定的安全風(fēng)險。但是VYCON公司的飛輪儲能裝置采用了一系列專利技術(shù)，采取多重化的安全保護措施，來確保其安全性。VYCON飛輪儲能裝置在安全性設(shè)計方面主要包括以下措施：

（1）軸承采用五軸主動磁懸浮軸承技術(shù)：將飛輪置于密閉的真空容器中，在常溫下實現(xiàn)飛輪的完全磁懸浮狀態(tài)，轉(zhuǎn)子和軸承之間無任何摩擦，并且處于真空環(huán)境下運行，減少了飛輪和軸承的發(fā)熱，能夠在37000rpm的轉(zhuǎn)速下長期穩(wěn)定運行。

（2）飛輪本體采用高強度合金鋼材料技術(shù)：這種材料不僅一致性好，而且抗疲勞特性強，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)百萬次的充放電，長達20年的使用壽命。

（3）采用備用機械軸承進行保護：當磁懸浮軸承異常時，備用機械軸承可以自動對高速旋轉(zhuǎn)的飛輪及轉(zhuǎn)子進行保護，實現(xiàn)平穩(wěn)停機。另外，飛輪本體置于高機械強度的密閉外殼之中，并安裝于高機械強度的機柜內(nèi)，具備多重的物理結(jié)構(gòu)防護。

（4）具備完善的檢測功能和自檢機制：在飛輪儲能裝置運行過程中，對其狀態(tài)進行全方位的實時監(jiān)測，包括轉(zhuǎn)速監(jiān)測、位置監(jiān)測、溫度監(jiān)測、震動監(jiān)測和電氣量監(jiān)測等，一旦檢測到異常狀態(tài)立即采取保護措施。另外，還具備急停機制，包括人工急停及電氣聯(lián)動急停。

（5）經(jīng)過充分的實驗驗證、認證檢測和實踐檢驗：VYCON的飛輪儲能裝置取得了UL認證，CE認證，美國OSHPD抗震認證，每一臺出廠的飛輪儲能裝置均經(jīng)過嚴格測試，現(xiàn)場運行1200多臺套，均安全可靠。

電化學(xué)電池在安全性方面最大的問題，在于其安全隱患的不可預(yù)見性，而熱失控一旦發(fā)生，又沒有有效的手段來控制。飛輪儲能裝置的優(yōu)勢在于，其運行狀態(tài)易于實時監(jiān)測，對于異常狀態(tài)可以提前預(yù)判，可防可控。

相比于電化學(xué)電池而言，目前飛輪儲能在安全性、功率密度、循環(huán)壽命、日歷壽命、環(huán)境的適應(yīng)性等方面都有很大的優(yōu)勢，但是在能量密度方面稍顯不足，因此，現(xiàn)階段飛輪儲能并不能全面取代電化學(xué)電池，只是在某些細分領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，并開始商業(yè)化應(yīng)用，具有很好的市場前景。在飛輪儲能商業(yè)化的進程上，VYCON公司也走在了行業(yè)的前列。VYCON公司在飛輪儲能領(lǐng)域經(jīng)過十五年專注的研究、開發(fā)和應(yīng)用實踐，已形成了系列化成熟的飛輪儲能產(chǎn)品，目前包括VDC系列產(chǎn)品和REGEN系列產(chǎn)品。

VDC系列飛輪產(chǎn)品主要和在線式雙變換UPS相結(jié)合作為飛輪儲能UPS，為關(guān)鍵負荷提供電力保障，大量應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、電信機房、銀行、醫(yī)院、機場、學(xué)校等場合。

數(shù)據(jù)中心飛輪儲能UPS系統(tǒng)應(yīng)用案例

REGEN系列產(chǎn)品主要用于軌道交通節(jié)能領(lǐng)域，為軌道交通再生制動能量進行能量回饋。當列車制動時，飛輪采用充電模式，轉(zhuǎn)子由低速旋轉(zhuǎn)到高速旋轉(zhuǎn)，將列車制動產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)動的動能存儲起來；當列車啟動或加速時，飛輪采用放電模式，將飛輪存儲的動能轉(zhuǎn)化為電能輸出，從而實現(xiàn)了再生制動能量的回收再利用。

洛杉磯地鐵飛輪儲能型制動能量回收系統(tǒng)應(yīng)用案例

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