2018年底的統計數據表明，新能源發電裝機首超水電，躍居我國第二大發電形式，但新能源本身固有的隨機性和波動性對電網的穩定帶來了挑戰，并且新能源機組對電網調峰、調頻的貢獻可以忽略不計。建設一定規模以飛輪儲能為代表的電網級靈活調節資源是應對這一挑戰的途徑之一，飛輪儲能的工程價值則通過調頻輔助服務市場等典型應用場景得以體現。
No.1
什么是飛輪儲能
飛輪儲能系統主要由轉子、支承系統、真空與冷卻系統、電機、儲能變流器（power convertion system，PCS）構成。其中電機和PCS的選擇相對比較方便，基本上都有貨架產品，永磁電機、感應電機均可使用，感應電機技術成熟成本可控，是降低飛輪系統成本的首選。而轉子、支承系統、真空與冷卻系統的設計并不相同。
No.2
飛輪儲能在電力系統的工程應用
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電網調頻
安全可靠的電網運行要求在任意時刻平衡電力供應和電力需求。當供過于求時，頻率上升到50 Hz以上，燒毀用電設備，當供不應求時，頻率下降到50 Hz以下。為了將電網頻率保持在合理的范圍內，電網運營商使用輔助服務來平衡發電與用電的偏差。一次調頻是指根據用電負荷頻率響應特性，以及電源側調速器的作用，來削弱電網頻率波動的調節方式。用電負荷頻率響應特性：電網中的用電設備耗功與頻率的一、二、三次方甚至高次方成正比，當頻率升高時耗功增加，反之則耗功減少。
電源側調速器的作用：從汽輪機原理中可以知道，汽輪機的靜特性可用一條向下傾斜的曲線來描述，即并列運行的機組，當系統頻率下降時，汽輪機的輸出功率會有所增加。
因此負荷頻率響應特性曲線與汽輪機靜特性線必然交于一點，交點的頻率和功率即為發用電平衡時的頻率和功率。一次調頻就是負荷頻率響應特性曲線移動時汽輪機靜特性線不動的調節方式。但由于只移動了一條曲線因此交點必然移動，電網頻率必然變化，想要保持頻率不變必須移動汽輪機靜特性線，這就是二次調頻。但二次調頻不能保證全網機組的最佳經濟運行，可能有個別機組煤耗偏高，需要由三次調頻的經濟調度來解決，本文只討論一、二次調頻。
電網每年對輔助服務的需求相對比較穩定，在美國大約相當于每日峰值發電量的1%。由于風電和光伏的快速增長，輔助服務需求的增長將快于總體電力增長。與提供輔助服務的火力發電機組不同，飛輪儲能技術無需化石燃料，也不會直接產生空氣污染物。這使得在電網的任何地方，只要離輸電線路比較近，都能快速建設一座飛輪調頻電站。飛輪調頻的反應速度非常快，可以在收到調度指令信號后不到1秒達到滿功率充電或放電狀態。這種快速調頻能力使得飛輪可以代替數倍于自身的火電機組。以飛輪取代現有的調頻機組還有另一個優點：火電機組的負荷相對更穩定，其結果是提高了整體能源效率，減少了排放。
我國電力系統的規模和復雜程度逐年遞增，想要通過傳統機組性能優化的方法一勞永逸地解決電網頻率穩定性問題是不可能的。限于燃煤機組本身固有的大慣性、強耦合、非線性等特性，必然帶來調節延遲、調節反向和調節偏差的問題，傳統調頻優化手段難以使其調頻性能發生質的飛躍，電網調頻必須引入新技術才能有所突破，目前最適合代替燃煤機組調頻的是功率型儲能技術，調頻領域未來的發展方向應當是建立滿足電網調頻需求的聯合調頻電站及獨立調頻電站。
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配合光伏電站
從20世紀90年代起，飛輪作為新型儲能方式如何與光伏發電配合就已經提上了議事日程。而目前歐洲仍然有測試中的示范項目，這些項目基于飛輪、燃氣輪機和可再生能源的組合，探索該組合在關鍵時刻穩定電網，以及降低向未來零碳發電時代高質量電網的過渡成本的潛力。
2018年4月Amber Kinetics在馬薩諸塞州完成了128 kW/512 kW·h的項目，與West Boylston MLP原有的370 kW光伏系統在交流側連接，同年6月又在西藏運高60 MW光伏電站中安裝了兩套8 kW/32 kW·h的飛輪，其安裝流程為鋪設設備基礎、放置飛輪鋼桶、吊裝飛輪、連接電纜和控制線、飛輪系統并網。值得一提的是，不同于其他公司的功率型飛輪，Amber Kinetics公司的飛輪放電時長高達4 h，與能量型電池的放電時長相當。
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微電網支撐
微電網的長期穩定運行離不開儲能技術的支持。原美國KTSi公司的GTR系列飛輪產品廣泛應用于微電網項目，飛輪儲能作為分布式發電的高級補充，接入到微電網中可以實現多種功能。
以加拿大魁北克地區為例，該地區礦藏資源豐富，擁有優質的風力資源但位于電網末梢自然環境惡劣，帶儲能的離網型微電網是開發該地區自然資源的最優解。在2015年12月投運的加拿大拉格倫鎳礦項目中，GTR200型200 kW飛輪、3 MW風電、200 kW鋰電池、備用柴油機、燃料電池與制氫系統共同組成了一個微電網，飛輪在此項目中的主要作用為平滑風力發電機的頻率波動，改善電能質量。該項目在18個月的時間里節省了340萬升柴油，減排了9.11 t溫室氣體。
在2013年投運的蘇格蘭埃格島項目中，島上電網頻率原范圍為49～54 Hz，頻率波動較大，加入GTR200飛輪后穩定在52 Hz附近；在2017年投運的蘇格蘭費爾島微電網項目中，飛輪充當風力發電機和柴油機之間的緩沖，如同整個島的不間斷電源；在由英利集團牽頭的863計劃“園區智能微電網關鍵技術研究與集成示范”中，GTR200飛輪首次在國內得到應用，2017年6月該項目通過驗收；在2015年的阿拉斯加電力與能源中心風柴儲微電網項目中，GTR200用于測試電能質量改善控制策略、功率平滑效果和調度策略。
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初始投資成本對比
根據公開報道及文獻資料整理出近年來部分電池調頻項目如表2所示，表中電池放電時長在半小時左右，可以看出自2013年以來電池儲能調頻項目的兆瓦成本從1130萬元下降到不超過600萬元。
與之相對的，電網飛輪儲能項目較少，2011年6月商運的原Beacon Power公司紐約州20 MW飛輪調頻電站造價為4190萬美元，兆瓦成本為209萬美元；2016年2月商運的原加拿大Temporal Power公司安大略省Clear Ccreek 5 MW飛輪儲能電站，造價為848萬美元，兆瓦成本為169萬美元。功率型飛輪成本偏高的同時能量型飛輪的成本同樣不低，2018年4月Amber Kinetics在馬薩諸塞州完成的128 kW/512 kW·h的項目造價為48.6萬美元，每兆瓦時成本為94萬美元，而2018年7月并網的江蘇鎮江101 MW/202 MW·h的項目造價為6億元，每兆瓦時成本為297萬元。
高初始投資成本導致飛輪儲能項目少，項目少導致成本下降慢，在20年的全壽命周期中雖然飛輪無需像電池一樣更換，但壽命長意味著政策多變、政策不連續的風險也隨之增加，因此在5～10年期限的短期項目中缺乏吸引力。
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