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航天803所:坚持军民融合战略,加快推进航天飞轮储能技术的民用领域转化

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2018-11-25 浏览:
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中国储能网讯:上海航天控制技术研究所(军工代号“八〇三所”)是中国航天科技集团公司第八研究院所属的航天控制技术专业研究所,是我国唯一的一家跨弹、箭、星、船、器等多个航天技术领域,控制系统工程和光机电产品工程并举的综合性航天专业技术研究所,国防科研事业单位,位于上海闵行航天城。

八〇三所主要承担战术武器、运载火箭、空间飞行器的制导、导航与控制系统和核心单机,以及载人航天与探月工程配套单机的研制、生产和试验任务。依托系统研发与单机研制的综合优势,八〇三所的飞行控制技术、光电探测技术、惯性技术和伺服控制技术均达到国内先进水平。作为上海市惯性技术学会和上海市红外与遥感学会的理事长单位,八〇三所承担着上海市空间智能控制技术重点实验室、中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心等省部级创新平台的建设工作。

八〇三所始终坚持“军民融合、寓军于民”的发展模式,以仿真转台、仿真测控设备、汽车位置传感器、导电塑料电位器、税控和金融服务等为主营业务的航天技术应用产业蓬勃发展,并逐步形成产业优势。经过50多年的发展,形成了以飞行控制系统技术为核心,光电探测与制导、惯性测量与导航、伺服驱动与控制多专业协同发展的专业技术体系,具备了智能传感器、智能装备及智能无人系统三大军民融合产业领域孵化的技术基础,现拥有1个全资子公司和1个参股民品公司,获得了显著的经济效益和良好的市场声誉。

八〇三所现有员工2200余名,是航天八院最大的研究所,已建成一支以国家级、省部级专家和特级技师为首的高层次、多专业的航天人才队伍。秉持“志在空间、威震长空”文化理念和建设“最具综合优势的航天控制系统研究所和产业集团”的企业愿景,八〇三所先后荣获国家科学技术进步奖、国家技术发明奖、全国企业管理现代化创新成果奖等奖项,荣获上海市高新技术企业、上海市“五一”劳动奖状、上海市和集团公司文明单位等荣誉。

11月18日上午,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会与中国储能网联合组织的“第五期中国储能产业巡回走访调研团”走进上海航天控制技术研究所(以下简称“航天803所”)。航天803所杨海容副所长、飞轮储能项目负责人郑建勇部长等主要人员接待了调研团一行。

一、打通飞轮储能产业孵化的最后“一公里“


据杨海容介绍,航天803所是卫星控制分系统抓总单位和GNC系统与单机配套的专业研究所,在空间执行机构(飞轮)和卫星控制系统部件研制方面具有丰富的工程经验。从上世纪九十年代起,航天803所就开始了飞轮的研制生产工作,从原先卫星应用飞轮产品的进口,已转为目前飞轮产品的完全国产化替代,并广泛成功应用于各类卫星型号的研制中,所有在轨飞行产品安全可靠。同时,在充分继承机械支承飞轮产品的基础上,“十五”期间,航天803所就开始了磁悬浮轴承技术的攻关,先后完成了多型磁悬浮飞轮、磁悬浮风力发电机以及磁悬浮控制力矩陀螺等产品的研制。经过几十年的技术积累,在飞轮磁悬浮轴承设计与研制、控制器配套、高速电机设计及其驱动控制技术、真空密封等方面积累了丰富的工程研制经验。

时值国家大力推行与倡导军民融合国家战略,作为一个传统的军工研究所,如何把航天军用技术向民用领域转化一直是我们在思考的问题;杨海容如是说,从2015年开始,航天803所就围绕核心专业技术的发展,归核聚焦一些可以孵化的军民两用的产品,其中飞轮储能就是一个航天军用技术向新能源领域转化的典型成果。

郑建勇博士指出飞轮储能系统是一种新型绿色环保型的技术,在应急电源保障、可再生能源接入、电网调峰/调频、配电侧/用户侧分布式储能、城市交通电动化(轨道交通及电动汽车)等领域具有良好的应用前景。飞轮储能单体容量大、状态可全监控,因其寿命长、免维护、能量密度高、无任何废弃燃料、允许短时间大电流充放电、充放电循环次数接近无限以及工作温度范围宽等一系列优点,被认为是未来最具竞争力的储能技术之一。特别是随着高强度复合材料、大功率高速电力电子和主动磁轴承等技术的不断发展,基于真空磁悬浮技术的大功率储能飞轮因其无摩擦、长寿命、损耗低、免维护等优点将成为新能源发展的必然趋势。

“十二五”以来,航天803所陆续开展了军民两用混合型磁轴承技术、0.32kWh磁悬浮储能飞轮技术等课题的研究,对磁悬浮飞轮储能系统进行了大量研究和试验验证,已掌握了核心关键技术。郑建勇博士指出,目前在航天803所军民融合专项的支持下,项目组立足于“产学研”合作,正在开展MW级大功率磁浮飞轮储能系统技术的研究工作,工程继承性好,研制周期和成本受控,总体技术风险有限。在科研生产条件保障方面,经过几十年的积累,航天803所具有大功率、高可靠空间执行机构研制过程中必需的各类生产、标定、测试与试验设备;同时,航天803所是中国航天科技集团公司定点的环境试验中心,拥有各种先进的环境试验设备,从而为MW级大功率磁浮飞轮储能系统的研究提供了所必需的生产与试验条件。

杨海容指出,党的十八大提出要“坚持走中国特色军民融合式发展路子,坚持富国和强军统一”,将军民融合作为“落一子而全盘活”的重要举措重点推进。目前,航天八院正在积极筹建上海(航天)军民融合创新创业中心(简称八院“双创中心”),中心将秉承开发、融合发展的理念,依托上海航天,以创新驱动为核心,以产融结合为纽带,打造上海市军民融合创新创业平台,成为上海市国家级军民融合创新示范区、上海市南部科创中心核心区以及上海市国家科技成果转移转化基地。航天803所将率先将飞轮储能项目组入驻“双创中心”,充分利用体制外的机制优势,坚持军民融合,大胆引进风险投资,进行项目公司化运作,将核心技术和生产能力通过社会化大协作方式进行放大,快速实现技术转化和经济效益。

二、逐步聚焦飞轮储能产业应用领域

近期,我国储能市场表现的令人振奋,现在频出的国家电改政策从根本上对储能地点的电力运营环境及规则进行了修正,有效地改变了储能的获益途径,进一步推动了我国储能市场的商业化进程。

目前,国内开展储能项目的厂商主要集中于锂离子电池、铅蓄电池和液流电池等方面。截至2017年底,我国储能项目装机规划排名前十位的厂商中,锂离子电池厂商数量最多(6家),铅蓄电池厂商和液流电池厂商各2家。在接下来的10年中,锂离子电池将成为主流的电池储能方向。质量轻、空间紧凑、贮存容量大是锂离子电池被广泛运用的主要原因。此外,与铅酸电池和钠硫电池相比,锂离子电池能够运用无水电解质。采用无水电解质能够让电池变得更薄、体积更小、能量密度更高。

无论是锂电,还是铅酸或钠硫电池,从储能形式来看,化学储能在未来仍旧将主流。但从环保方面看,作为物理储能的飞轮储能技术也将得到长足的发展。磁浮飞轮储能系统的快速发展与应用表明当今社会对发展高效清洁储能技术的迫切需求;依托主动磁悬浮支承技术、高强度纤维材料和电力电子技术的发展,研制高效、高可靠、长寿命的飞轮储能系统,将在车辆智能能量回收、智能电网、不间断电源及空间电源等领域具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。

目前,国内多家公司和科研院所依托产学研合作开发了多套小型飞轮储能系统,盾石磁能、北京奇峰、英利等公司相继推出了KW级的飞轮储能产品,清华大学正在开发MW级的飞轮储能系统。总体而言,国内在磁悬浮飞轮储能系统技术方面尚处于起步阶段,研究单位众多、竞争格局过于混乱,规模优势和品牌效应尚未形成,政策导向影响较大,对新兴企业的发展即有挑战,也是机遇。

围绕航天飞轮技术的民用领域转化,郑建勇博士指出,我们始终是将飞轮储能的应用定位为传统储能行业的有益补充,目前瞄准了三个行业领域:一是高品质UPS电源,放电时间可以在15秒之内完成,主要用于数据中心、医院、通信基站等高端市场。二是制动能量回收系统,放电时间在5分钟左右,主要是轨道交通和港口的吊装。第三个是智能电网(含风电、太阳能发电等可再生能源并网)的调频调幅。航天803所已研制成功了300KW磁悬浮飞轮储能系统,今年10月完成了带“负载”的跑合联调试验,2019年将进行客户端的示范应用推广。和国外的产品进行对比,如AP公司和VYCON公司,我们所的产品有三个特点:产品性能包络达到或优于国外同类产品、在价格方面具有明显优势、产品重量和功耗偏低;更重要的是,可完成国内目前进口飞轮储能产品的国产化替代,自主知识产权完全可控。

飞轮储能技术50年前就已有人提出,但是仍旧没有得到广泛的应用,原因在于存在着难以大范围推广的技术壁垒。基于在航天领域的飞轮技术基础,航天803所已逐个突破和掌握了大功率高转速动发一体机、大功率双向变流器及混合磁轴承相位补偿等关键技术。郑建勇博士如是说,目前,借助于上海市南部科创中心和上海航天“双创中心”的建设契机,2019年有望成立具有独立法人的飞轮储能项目型公司,进而开展社会化大生产、大协作模式,将会加速推进飞轮储能产业化的进程,我们也将以开放的心态,愿意与各界人士、各类团体/公司/机构开展广泛的合作,共同促进中国储能产业的发展,共圆军民融合大发展之梦。

三、亟待整合资源、抱团取暖。

2016年,国家发改委、国家能源局相继印发《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》和《关于推进“互联网+”智慧能源发展指导意见》,将“先进储能技术创新”作为未来一个时期我国能源技术革命的重点任务之一。2016年,国家工信部对外下发了《中国制造2025——能源装备实施方案》。储能装备作为15个领域的能源装备之一,实施方案中明确提出研制 1MW/1000MJ 飞轮储能工业示范单机、阵列机组,开发基于轴向磁通永磁电机的新型飞轮储能系统,逐步建设飞轮储能系统在新能源的应用示范及产业推广。

郑建勇博士指出,种种迹象表明目前中国储能行业已然“春风乍起”,飞轮储能广泛应用的“春天正在到来”,但是我们也必须关注到飞轮储能行业的发展还面临着一些问题,比如各个领域应用的国家标准、行业标准依旧欠缺,也需要整合业内的相关资源抱团取暖、共同发力。在航天军用卫星飞轮应用领域,我们有严格的国军标要求和武器装备质量体系,以及产品保证大纲和生产工艺流程标准等一系列可以保证飞轮产品质量及高可靠性的标准体系。但是,对于飞轮储能的民用领域,已有的航天军工标准不适合推广应用,主要是受到成本控制、质量要求及性价比等诸多因素的影响。举个简单的例子,飞轮储能的高能量转化效率已得到广泛的认可,我们沿袭了航天飞轮在太空中用于航天器姿态控制的应用场景,考虑到地面非真空环境以及各类功率损耗的影响,提出了稳态功耗能量转化效率可达到98%,目前在实验室也得到了验证。对此能量效率的提法,国内有些学者也提出过质疑,从飞轮降速发电释能与升速储能及能量损耗等几个方面考虑,飞轮能量效率最高可达94%。郑建勇博士认为飞轮储能具有高能量效率是毋庸置疑的,但作为产品而言,更重要的是满足客户实际需求为前提。目前,化学储能得到了各个领域的广泛应用,得益于行业标准的统一和国家产业性发展政策的引导;在物理储能尤其是飞轮储能领域,这些工作还需要进一步完善,也亟需得到解决。

刘勇表示,协会将充分发挥行业渠道资源优势,积极组织航天803所飞轮储能技术与业界各企业进行对接洽谈,期待着擦出合作的火花,共同促进我国储能产业的发展,另一方面也将积极谋划组织国内相关单位共同启动飞轮储能的行业标准的设计工作。

与会专家认为,飞轮储能具有很好的应用前景,也具备独特的优势,目前在国内不能仅限于飞轮储能产业的起步阶段,要做好长远的产业发展规划,要结合具体储能应用场景,与各类传统化学储能方式进行组合使用,快速在各行业推广应用。

参加本期调研的专家有中国化学与物理电源行业协会储能应用协会秘书长刘勇,中国化学与物理电源行业协会储能应用协会副秘书长、中国科学院电工研究所储能课题组组长、教授、研究员陈永翀,广州智光储能科技有限公司技术副总经理吴志鹏,广州德聚电源科技有限公司总经理杨强,河北电立方新能源科技有限公司副总经理孟印山,上海特领安全科技有限公司副总经理周建华,烟台创为新能源科技有限公司经理杨济伟,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心实习研究员刘亚斐,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会组织联络部钟波。

本期调研获得上海派能能源科技股份有限公司、蜂巢能源科技有限公司、河北电立方新能源科技有限公司等单位大力支持。

关键字:飞轮储能

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