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20毫秒与20年：榆次热电8MW飞轮如何切进一次调频

中国能源产业发展网发布时间：

2026-09-29 08:55

【中国能源产业发展网】原创【作者】马行川

在山西省晋中市榆次热电厂区内，一片原本用于存放液氨的场地，如今立起了一排排密闭的真空容器。容器内部，高速转子在磁悬浮轴承的支撑下持续旋转，用动能的形式把电能“存”起来，又可以在毫秒之间释放出去。据国家能源集团官网2026年8月消息，国能（山西）榆次热电飞轮储能一次调频项目完成全流程调试与电力准入，正式并网运行，并参与电力辅助服务市场交易。项目规模为8MW/0.8MWh，采用磁悬浮真空高速飞轮阵列。

这不是一次普通的储能并网。它填补了山西省火电机组配建功率型储能参与有偿一次调频服务的行业空白，是山西省首个火电机组配套功率型物理储能参与有偿一次调频的示范工程。此前，该项目于2024年3月公开招标，2024年4月由华电科工能源建设分公司中标EPC总承包，这也是华电科工在飞轮储能细分领域“零的突破”。项目接入电网后，先完成投运，再用数月时间走完全流程调试与电力准入，才真正以市场主体的身份参与交易。

为什么火电厂要在自己厂区里装一套飞轮？答案藏在电力系统的频率稳定需求里。风电、光伏等新能源大规模并网后，出力随天气波动，系统惯量下降、频率扰动加剧，对一次调频的要求越来越高。传统火电机组虽能提供一次调频，但响应受锅炉、汽轮机热力过程约束，速度偏慢、频繁动作还会增加设备磨损。飞轮储能恰好补上这块短板：纯物理储能，响应时间小于20毫秒，可以高频次、不间断投入。

这套系统的技术参数颇具代表性。其循环寿命超过百万次，设备使用寿命超过20年，综合循环效率大于87%，且因采用纯物理动能转换，不存在化学储能的燃爆与热失控风险。行业里常说的飞轮优势——“快、准、稳、勤”，在这类一次调频场景中体现得尤为充分。它适配的是高频次、短时、需要快速响应的功率型需求，而非长时间、大容量的能量型需求。

在建设方案上，项目最大化盘活了存量资源：利用厂区原有液氨站区域，新建飞轮储能车间、PCS配电间、10千伏配电间，并把原氨站DCS间智能化改造升级为二次设备间；电力通过10千伏电缆对接电锅炉10千伏B段母线专用间隔，经主变接入220千伏升压站主母线，依托成熟的厂区电网架构快速实现并网。运维上则打造“黑灯工厂”无人值守模式，搭载远程一键启停智能控制系统，可一键完成设备自检、辅机启停、飞轮升速、并网调频等全流程作业，实时自动检测电网频差，自主完成参数校验与动态调频，并配备三重停机保护机制。

把榆次项目放进行业坐标里看，飞轮储能正从实验室走向规模化。辽宁沈阳的微控飞轮，是当地首家制造业“独角兽”企业，手握百余项国内外专利，掌握磁轴承、飞轮储能完整技术体系，产品全球累计部署超1万台，稳定运行超18万小时，并预计2026年底投运储能电站规模突破2吉瓦。微控飞轮主推的“飞轮＋电池”混合储能方案，正是用飞轮承担高频次瞬时响应、用电池承担持续供能，兼顾两类需求。榆次热电项目的落地，与这条技术路线互为印证。

飞轮储能的收益逻辑，也与电力辅助服务市场紧密相关。作为功率型资源，它主要靠在调频市场中的表现获取补偿——调频服务费用通常由调频里程、性能系数和出清价格共同决定，响应越快、性能越稳，单位里程的收益就越高。榆次热电项目参与的是有偿一次调频，本质上是把火电厂的调频能力用物理储能“放大”，再通过市场机制变现。

当然，飞轮储能也有清晰的边界。它能量密度低、单位功率造价相对较高，适合短时高频场景，不适合动辄数小时的长时储能需求。这也解释了为何行业更看好“飞轮＋锂电”“飞轮＋液流”等组合路线：不同技术各司其职，才能拼出一套完整的灵活性资源体系。

从更大的视角看，114号文将电网侧独立新型储能纳入容量电价机制之后，储能的收益结构正在从单一电量套利转向“电能量＋辅助服务＋容量”三足鼎立。飞轮这类功率型资源的价值，恰好体现在辅助服务这一环。榆次热电项目用8MW的规模证明：在新型电力系统里，价值不完全由装机大小决定，响应速度、寿命与可靠性同样是可被市场定价的稀缺能力。

要理解飞轮在一座火电厂里的角色，需要先分清两次调频。一次调频是发电机组通过调速系统对系统频率偏差做出的自动、快速、有差响应，动作时间以秒计，目标是把频率拉回允许区间；二次调频则通过自动发电控制（AGC）等技术实现无差调节，动作相对平缓但持续时间更长。《电力辅助服务市场基本规则》明确，调频服务主要为二次调频服务，并对各类调节资源参与市场作出安排。飞轮储能的特长恰在一次调频这类对响应速度要求苛刻的场景：转子转速与系统频率耦合，频率偏差出现后毫秒级释放或吸收功率，几乎是“瞬时”响应。

从产业侧看，飞轮储能正在从单一场景向多场景扩展。沈阳微控飞轮的磁悬浮飞轮储能系统除电网一次调频外，还用于数据中心不间断供电等场景，相较传统化学储能，其安全无热失控、20年超长使用寿命、全生命周期成本更低的特点，精准适配新型电力系统对短时高频储能的需求。公开报道显示，这类系统的转子最高转速可达每分钟41000转，上下左右间隙不超过0.5毫米，依靠航天级合金钢材与主动磁悬浮轴承实现无接触悬浮，摩擦损耗接近为零，循环超过百万次而基本不衰减。这些参数解释了它为何适合高频次调用，而不适合长时间放电。

对火电厂而言，配置飞轮储能的账本也值得拆开看。一方面，飞轮替代机组承担高频次调频动作，可减少汽轮机、锅炉等主设备的调节磨损，延长大修周期；另一方面，飞轮参与有偿一次调频后，可以在调频辅助服务市场中获得对应收益，把原本由机组承担的调节义务转化为可计量的市场产品。行业更看好“飞轮＋锂电”“飞轮＋液流”等组合路线：飞轮管高频瞬时，电池管持续出力，不同技术各司其职。榆次热电的8MW规模不算大，但它把“火电＋飞轮”的完整链条跑通了一遍，为后续项目提供了可参照的工程与市场样本。

如果把飞轮与锂电池放在同一张经济性表格里对比，差异非常清晰。锂电池的优势在于能量密度与单位电量成本，适合承担数小时级别的能量搬移；飞轮的优势则在于功率密度、响应速度与循环寿命，其充放电次数可达百万次量级，几乎不受浅充浅放的寿命损耗困扰。一次调频这类动作具有“高频次、小电量、快响应”的典型特征，恰好落在飞轮的效率最优区间。用锂电池去做高频调频，既会加速衰减，也会造成“大材小用”的资源错配；而用飞轮承担这部分工作，则能把电池的循环寿命留给更长时的应用。这种“按场景选技术”的思路，正在成为行业共识。

从产业链角度看，飞轮储能的国产化程度值得关注。磁悬浮轴承、高速永磁同步电机、飞轮转子本体精密加工等环节，曾长期是技术门槛最高的部分。近年来，国内企业已形成从核心部件到系统集成的完整能力，部分产品还通过了多项国际认证并实现批量出口。对于电网而言，这意味着一次调频资源的供给不再受制于单一技术路线，调度机构可以在锂电、飞轮、火电灵活性改造之间做更灵活的组合作业。榆次热电的实践说明，把物理储能嵌入既有火电机组，是一条改造成本相对可控、见效较快的技术路径。

（本文数据来源：国家能源集团官网《山西公司飞轮储能一次调频项目正式并网》及有关公开报道、华电科工项目公开信息、新华网及辽宁省有关公开报道）

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马行川