飛輪是一種新的儲能技術(shù)——利用飛輪轉子的高速旋轉，將電能轉化為機械能存儲，再進(jìn)行能量釋放。

相比鋰電池等其他儲能技術(shù)，飛輪具有充放電頻次高、響應速度快、功率大、且放電時(shí)間短的特點(diǎn)，適合應用在地鐵能量回饋、UPS不間斷電源、電網(wǎng)調頻三種場(chǎng)景中。

市場(chǎng)預測若飛輪儲能成本能夠在未來(lái)3-5年內下降50%、且綠色環(huán)保政策進(jìn)一步引導，飛輪儲能技術(shù)應用在未來(lái)幾年將實(shí)現高速增長(cháng)，到2026飛輪儲能累計裝機量可增長(cháng)至572MW，到2030年可進(jìn)一步增長(cháng)至1.62GW。

一、飛輪儲能技術(shù)不斷突破并逐步成熟

飛輪儲能是一種源于航天領(lǐng)域的先進(jìn)物理儲能技術(shù)，利用電機驅動(dòng)飛輪高速旋轉，將電能轉換為機械能進(jìn)行存儲，并在需要的時(shí)候利用高速旋轉的飛輪慣性，經(jīng)功率變換器輸出用于負載的電流與電壓，又將機械能轉化為電能輸出。

歐美等國家受到更嚴格的環(huán)保政策驅動(dòng)，對UPS電源和地鐵節能場(chǎng)景的儲能裝置的體積和質(zhì)量有較嚴格的限制，歐美的發(fā)電系統多采用燃氣輪機發(fā)電，本身具有較好的調頻性能，因此更注重將飛輪應用于UPS電源和地鐵能量回饋，其技術(shù)發(fā)展方向更偏輕量化與高能量密度，而非單機能量容量最大化。

中國目前UPS電源儲能電池仍以鉛酸電池為主，對飛輪的剛需不強；但電網(wǎng)調頻是中國發(fā)電體系的剛需，對單機能量容量要求更高，因此國內更傾向于研發(fā)高單機儲能能量的飛輪裝置，并應用于電網(wǎng)調頻場(chǎng)景方向。另外飛輪面臨與鋰離子電池的競爭，因此產(chǎn)品的成本競爭力也尤為重要。

技術(shù)路線(xiàn)選擇方面，中國多選擇應用廣泛的主動(dòng)懸浮和混合懸浮技術(shù)，而歐美國家更注重適用于輕量化飛輪的被動(dòng)懸浮技術(shù)。在轉子材料技術(shù)和真空散熱技術(shù)方面，中國與歐美相比仍有較大差距。

二、飛輪儲能的應用場(chǎng)景不斷打開(kāi)，尤其在地鐵、電網(wǎng)和UPS電源相關(guān)領(lǐng)域

相比市場(chǎng)主流的鋰電池，飛輪儲能在循環(huán)次數、瞬時(shí)功率、響應速度、安全性等方面優(yōu)勢突出，但也存在能量密度低、自放電率高的劣勢。

基于飛輪儲能的特點(diǎn)，其最適用于充放電頻次高、響應速度快、功率大、且放電時(shí)間短的應用場(chǎng)景，即地鐵能量回饋、不間斷電源和電網(wǎng)調頻三大領(lǐng)域，目前商業(yè)化應用正逐 步開(kāi)展。

1.地鐵能量回饋

地鐵進(jìn)站剎車(chē)時(shí)會(huì )產(chǎn)生能量造成網(wǎng)壓提升，而離站啟動(dòng)時(shí)網(wǎng)壓瞬間下降，因此對電網(wǎng)的穩定性造成沖擊，不僅增加了制動(dòng)系統相關(guān)回路的安全隱患、也會(huì )造成大量的能源浪費。地鐵儲能裝置具有循環(huán)次數多、瞬時(shí)功率高的技術(shù)特點(diǎn)。以飛輪儲能與超級電容為代表的儲能裝置，節能效果比中壓回饋系統更強。對比飛輪與超級電容，飛輪的節電量更大，占地面積更小、且可靠性更高，但也存在初始成本高與回收周期長(cháng)的劣勢。

在地鐵能源回饋應用領(lǐng)域，飛輪儲能的收益主要來(lái)源于節省的電費和剎車(chē)系統磨損費成本。

根據業(yè)內專(zhuān)家預估，未來(lái)3-5年飛輪儲能的單價(jià)有望從目前的約3000元/kW降低為約2000元/kW，屆時(shí)降本后投資回收周期將縮短為約5年左右，且10年內部收益率提高為20%以上。

2.不間斷電源(UPS)

在不間斷電源UPS場(chǎng)景下、飛輪主要應用于四個(gè)領(lǐng)域：高端醫療(如血液透析器等醫療設備等)、高端制造(如半導體制造業(yè)等)、數據中心(保障重要數據安全性)、及電源車(chē)(保障重要會(huì )議的供電正常)。上述場(chǎng)景耗電量大、斷電容忍度極低，因此需要儲能技術(shù)達到百毫秒級的響應速度與較高的瞬時(shí)功率。

飛輪能夠以綠色環(huán)保的方式保障UPS供電穩定性，并作為第二電源，持續供電30-40秒，直至系統成功切換至備用電源。

目前，制約飛輪在UPS不間斷電源中應用的最大瓶頸在于成本，其初始成本高(是鉛酸電池的4倍，鋰電池的2倍)   ，但其運營(yíng)成本和元件更換費用較傳統鉛酸電池有顯著(zhù)優(yōu)勢(每年節省約60%運營(yíng)成本，5年內元件更換費用為鉛酸電池的1/40)，因此總體成本5年后有望優(yōu)于傳統蓄電池。

3.電網(wǎng)調頻

在電網(wǎng)調頻的應用場(chǎng)景下，飛輪可以憑借大功率密度與高可靠性的特點(diǎn)，有效輔助傳統的風(fēng)電/水電調頻，維護電網(wǎng)負荷平衡。

相比火電/水電機組、鋰電池等其他調頻方案，飛輪具有諸多優(yōu)勢——無(wú)污染、耐高溫、可頻繁充放電、功率密度大、壽命長(cháng)、更穩定、且維護成本低，隨著(zhù)技術(shù)成熟帶來(lái)的成本逐步降低，飛輪有望成為未來(lái)電網(wǎng)調頻增量市場(chǎng)中的最重要手段。

三、國內飛輪市場(chǎng)前景可期

1)地鐵能量回饋

地鐵能量回饋屬于趨勢向好的培育型市場(chǎng)，盡管目前飛輪儲能在中國地鐵能量回饋場(chǎng)景的累計裝機規模僅為5MW，但其潛在市場(chǎng)規模(裝機量)可超過(guò)1500MW。飛輪在該場(chǎng)景中提升滲透率存在三大抓手：其一，初始成本下降、投資回報周期縮短；第二，市場(chǎng)對全生命周期成本的認可度提升；第三，重大事故防范能力提升。

2)UPS不間斷電源

UPS不間斷電源屬于非剛需的政策引導型市場(chǎng)。根據飛輪儲能在高端醫療、高端制造業(yè)、大型數據中心和電源車(chē)四個(gè)應用場(chǎng)景的潛力預判，預計飛輪在UPS不間斷電源的潛在市場(chǎng)規?？蛇_約900MW，而目前的市場(chǎng)份額僅為2%。飛輪在該場(chǎng)景下市場(chǎng)份額提升的關(guān)鍵因素包含初始成本的降低、客戶(hù)對TCO的認可度的提升、以及最重要的環(huán)保政策驅動(dòng)。

3)電網(wǎng)調頻

市場(chǎng)預計飛輪應用于電網(wǎng)調頻屬于高潛力的藍海市場(chǎng)。隨著(zhù)技術(shù)提升，2022年以來(lái)，飛輪在電網(wǎng)調頻應用領(lǐng)域的有效成本已經(jīng)與鋰電池逐步接近，未來(lái)的市場(chǎng)競爭格局有望發(fā)生變化。預測未來(lái)飛輪在中國電網(wǎng)調頻領(lǐng)域的潛在市場(chǎng)規模高達85,000MW 。

綜上所述，若飛輪儲能成本在未來(lái)3-5年能夠下降50%、且綠色環(huán)保政策進(jìn)一步引導，飛輪儲能應用未來(lái)幾年將實(shí)現高速增長(cháng)。結合業(yè)內專(zhuān)家意見(jiàn)、以及對不同場(chǎng)景的需求判斷，科爾尼中性測算，到2026年飛輪儲能累計裝機量可增長(cháng)至572MW，到2030年可進(jìn)一步增長(cháng)至1.62GW。

四、飛輪儲能企業(yè)需要把握與平衡六大核心要素，方能在市場(chǎng)開(kāi)拓與競爭中取得優(yōu)勢

國內飛輪儲能在技術(shù)及商業(yè)化指標上共有六大關(guān)鍵成功要素。除攻克單機能量、功率、放電持續時(shí)長(cháng)等技術(shù)難點(diǎn)外，還需要在成本把控、市場(chǎng)拓展、戰略合作多方面布局，以實(shí)現商業(yè)化成功。

成功要素一：?jiǎn)螜C最大能量。單機最大能量是體現飛輪單體儲能能力，是飛輪儲能中最難突破的技術(shù)點(diǎn)之一。具有強儲能能力的單體飛輪在技術(shù)上可更高效適用于大體量項目；且投資成本優(yōu)于多個(gè)小能量飛輪并聯(lián)實(shí)現的同等總能量規格飛輪。

成功要素二：?jiǎn)螜C最大功率。單機最大功率體現飛輪充放電速度的快慢。大功率電池可適應多種需求的快速充放，滿(mǎn)足電網(wǎng)、UPS、軌道交通能量回饋等大功率需求場(chǎng)景。

成功要素三：放電持續時(shí)長(cháng)。飛輪儲能的持續時(shí)長(cháng)受使用場(chǎng)景影響，其中電網(wǎng)調頻所需的持續時(shí)間最長(cháng)——大于2分鐘(一次調頻1-2分鐘，二次及以上調頻>3分鐘)，而UPS電源持續時(shí)間僅需30-40秒。因此飛輪應根據應用場(chǎng)景適配所需的放電持續時(shí)長(cháng)。

成功要素四：價(jià)格競爭力。價(jià)格對于國內項目獲取具有較高的重要性，體現了飛輪制造商的成本把控能力。強大的供應鏈管理能力及機電一體化技術(shù)有助于降低成本。

成功要素五：?jiǎn)雾椖垦b機量。單體項目的裝機量大小是衡量商業(yè)化發(fā)展程度的重要指標。而產(chǎn)品一致性(產(chǎn)品性能穩定，單體差異小)和市場(chǎng)擴展能力(具備專(zhuān)業(yè)銷(xiāo)售團隊幫助渠道覆蓋)是廠(chǎng)家獲取大規模項目背后的關(guān)鍵因素。

成功要素六：戰略合作伙伴。綁定業(yè)內相關(guān)大型能源企業(yè)合作開(kāi)拓市場(chǎng)，獲取其高銷(xiāo)售額、大容量的項目和穩定的下游大客戶(hù)合作關(guān)系，是飛輪儲能和行業(yè)的重要市場(chǎng)拓展手段。