前言

规模化新能源高效利用是实现碳达峰、碳中和的关键。大规模可再生能源并网给电网频率安全稳定带来了巨大冲击和挑战，亟需快速高效的大型频率支撑设备。火力发电是构建新能源体系下保障我国电力安全稳定供应的“压舱石”，然而，火电机组灵活性运行过程中存在长期偏离设计工况运行、频繁变负荷等问题，机组涉网调频能力将进一步减弱。提升火电机组的运行灵活性是能源转型关键时期改善新能源接入带来电网频率波动的有效途径之一。

随着新型储能技术的快速发展，近年来，“火电+储能”调频模式进入行业视野，迅速成为热点研究领域。飞轮储能系统作为一种新兴物理储能技术，通过将电能转换为转子动能的方式储存，具有响应速度快、功率密度高等优势，此外飞轮的运行寿命更长，循环充电次数可达百万次，具有良好的设备安全性。对火电机组侧进行灵活性改造、耦合飞轮储能技术参与调频，可以有效增强火电机组灵活调节能力和提高电力系统频率稳定性。通过飞轮储能系统和火电机组联合运行，构成新的调频电源，既解决了传统火电机组调节速率慢、折返延迟和误差大的缺点，又弥补了飞轮储能系统容量有限的劣势。

近年来，我国出台了一系列相关文件和指导意见，推动新型储能的规模化发展。《国家发展改革委国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》（发改能源规〔2021〕1051号）提出新型储能的发展目标：到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，到2030年，实现新型储能全面市场化发展。《国家发展改革委国家能源局关于印发〈“十四五”新型储能发展实施方案〉的通知》（发改能源〔2022〕209号）提出了更高要求，到2025年，新型储能技术创新能力显著提高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟。《国家发展改革委国家能源局关于加强新形势下电力系统稳定工作的指导意见》（发改能源〔2023〕1294号）中指出要夯实电力系统稳定基础，科学安排储能建设，按需科学规划与配置储能，积极推进新型储能建设。发挥新型储能的优势，构建储能多元融合发展模式，提升安全保障水平和综合效率，最后推动新型储能技术向高安全、高效率、主动支撑方向发展。

本书通过深入探讨飞轮储能技术与火力发电系统在电网调频领域的结合应用，为当下同行科技工作者提供一个全面的理论和实践指导，帮助读者了解飞轮储能技术联合火力发电系统在电网调频领域的相关技术，并为飞轮储能联合火电机组参与调频的控制策略及容量配置等方面提供了研究思路。希望通过本书的出版，对推动飞轮储能-火力发电联合系统的相关理论和技术研究起到积极的作用。作者编写本书主要出于以下5个目的：

1）推动能源转型：为了减少碳排放和应对气候变化，许多国家正在逐渐减少对火力发电等高碳能源的依赖，并增加可再生能源的比例。本书出版的目的之一是探讨如何将飞轮储能与火力发电系统相结合，以促进电力系统的可持续发展和能源转型。

2）提高电网稳定性：电网调频是维护电力系统稳定性和频率的关键要素。本书探讨了飞轮储能如何参与电网调频，以确保电力系统在大规模可再生能源集成的情况下仍然能够维持稳定的频率，实现碳达峰、碳中和下电力系统的安全稳定运行。

3）提供实际应用指南：本书中包含部分应用于工程实践的技术实例，可以为电力系统工程师、运营商和决策者提供有关如何设计、部署和操作飞轮储能-火力发电联合系统的详细指南。这将有助于专业工程师在实际工程中更好地理解和利用这项技术。

4）促进研究和创新：本书内容包括作者团队的最新研究成果、案例研究和创新技术，以鼓励学者、工程师和科学家继续研究飞轮储能系统在电网调频领域的应用，提升电力系统安全可靠性。希望本书能够起到抛砖引玉的作用，推动未来相关方面的技术进步。

5）贡献知识和经验分享：编写这本书的目的之一是分享作者在关于飞轮储能在电网调频中的实践经验和相关成果，通过整合前人的杰出贡献，以帮助其他人更好地理解相关理论，并在日后的研究实践上加以运用。

本书第1章由刘吉臻院士执笔，第2章由郝俊红副教授执笔，第3章由房方教授执笔，第4章由房方教授、洪烽副教授执笔，第5章由郝俊红副教授、洪烽副教授执笔，第6章由洪烽副教授执笔，全书由洪烽副教授统稿。本书在写作过程中，参考了高耀岿、杜鸣、陈玉龙、梁璐等的学位论文以及李佳玉、宋杰、逄亚蕾、贾欣怡、孙风东、罗志炜等的研究成果，他们为这本书的呈现做了很多相关的研究工作，并且季卫鸣、赵璐、赵宇峥、魏宽畅、杜浩、左文、梁博洋、费聿浩、丁明志、杨正广等对各部分内容进行了整理，在此对为本书做出贡献的各位老师和学生表示衷心感谢。

本书在编写过程中，刘吉臻院士对全书内容的组织架构进行了深入剖析，在各章节撰写的关键节点上提出了许多富有洞察力的建议，提供了很多专业的技术指导，使得本书在学术性和可读性上均达到了较高的水平，在此对刘吉臻院士表示诚挚的感谢。

飞轮储能系统在电力系统调频领域的研究与工程应用还处于起步阶段，本书中的很多研究内容虽然对近年来规模化飞轮储能系统在电网调频中的工程实践进行了一定的应用和验证，但其中飞轮储能系统的本体建模还不够深入，飞轮的应用场景还不够广阔，本书内容仅作为一次飞轮储能系统在火电机组侧应用研究的探索，希望可以对飞轮储能行业的发展起到一定的促进作用。此外，由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。