那些停电
还记得2021与2022年8月期间,我国各省有出现不同程度拉闸限电。有的省份如江苏、云南、浙江因“能耗双控”,政府要求停工限产。有的省份如广东、湖南、安徽等,因电力供应紧张,企业被迫错峰限电。东北同样出现限电且与“能耗双控”无关,属电力供应短缺。
对企业而言,主设备断电,比如传输设备停电,将影响传输环网,导致大部分区域基站传输中断,造成严重的通信故障等。
在电力供应充足省份向电力短缺省份输送过程中,不间断电源系统在关键任务电力保障领域起到了至关重要的作用。
飞轮应急供电系统能为关键负载持续、稳定且不间断供电,其储能装置借助UPS设备集成,在电网出现短时故障或大幅波动的情况下,可提供实时能量补偿以保障电力稳定输出。在出现电力中断故障时,与柴油发电机或氢燃料发电机等设备配合,为关键负载提供不间断电力支撑。
在包括医院在内的城市重要用电场所,要求中断供电时间小于或等于0.5s的一级负荷中特别重要的负荷,以及机场的飞行区地面灯光系统、跑道灯、航空交通管制中心以及航站楼的重要负荷,如行李分拣、自动电话监控、安检系统、值机系统、雷达站等,许多情况允许停电1s且失电时需瞬间恢复供电。而飞轮储能系统能实现这1s或10s之间的不间断电源供应。
走访调研
在沈阳微控运营副总裁王宜凡的带领下,我踏入了一间约百平方的生产车间,只见钢铁机器整齐排列,规律分布。设备无声地轮转着,耳边是持续轰鸣、盘旋不散的声响。就在这轮转与轰鸣之中,生产线上源源不断产出的产品,为医院、机场乃至人类生活诸多现实空间的应急情况提供着坚实保障。再度仰望,我不禁感慨,科技储能正以磅礴之力赋能人类,背后是科创家以人为本的高远境界,以及将技术落地转化、释放超级能量的卓越能力。
沈阳微控飞轮技术股份有限公司(以下简称“沈阳微控”)位于沈阳市铁西区经济技术开发区开发22号路197号。这里是铁西区国家级经济技术开发区的重点区域。铁西区向来是沈阳市产业布局的关键之地和高端装备的聚集要地。沈阳微控扎根于此,占地25,432平米,建筑面积达12,997平米,能在这片热土谋得一方天地,其重要性不言而喻。
提到“微控”二字的由来,VYCON,是美国乃至全球飞轮储能系统的创新型公司,它可根据客户需求提供各式高效飞轮储能系统。VYCON公司2003年成立于美国洛杉矶,是全球重要的磁悬浮飞轮生产制造商。沈阳微控5名创始股东2017年收购了掌握飞轮领域技术的美国VYCON公司,于2018年成立沈阳微控,并在沈阳建厂,将VYCON公司的飞轮储能技术引入中国,在中国成功实现了高速磁悬浮飞轮的批量化生产。
沈阳微控是一家专业从事磁悬浮飞轮储能产品研发、设计、生产制造、销售及委托研发技术服务的国家高新技术企业,先后获得辽宁省“专精特新”中小企业、辽宁省独角兽企业、国家知识产权优势企业等称号,并在沈阳建立了国内唯一量产的磁悬浮储能飞轮产线。企业的飞轮储能产品主要用于电网一次调频、应急电源、电能质量管理、冲击负荷平抑、大功率脉冲电源领域,全球部署量近4,000台,稳定运行时间超过10万小时。
公司聚焦磁悬浮飞轮储能领域,潜心钻研,构建起全球顶尖的高速磁悬浮储能飞轮完整技术体系,手握高速永磁同步电机、五自由度主动磁悬浮轴承等核心技术自主知识产权。其微控飞轮储能产品20年使用寿命期间,轴承免维护。同时,具备可靠性高、功耗低等优势,广泛渗透电力系统、数据中心、工业、电信、医疗、交通运输等多元行业,像北京2022冬奥会开幕式、高海拔方舱医院、星巴克苏州产业园、深圳疾控中心等项目都有它的身影。
历经六年的持续发展,沈阳微控已实现盈利。2024年实现高速发展,产值规模达到十个亿左右,经确认的收入达到七位数,利润区间则稳定在2至3亿。展望订单前景,预估2025年营收有望触及15亿,具备冲击更高业绩目标的潜力。
当下,从国家宏观战略层面来看,清洁能源尤其是可再生能源领域需求呈现出强劲增长态势。在此大背景下,沈阳微控精准锚定新能源赛道,专注深耕。其中,飞轮作为一种独具特色的调节设备,与大众传统认知中的储能模式存在显著差异。它并非简单的“低峰储电、高峰售电”模式,而是着重致力于保障电网运行的安全性与稳定性,目前在华北、东北两大区域市场已经取得了较为可观的成绩。并且,随着国家新能源战略向纵深推进,对像飞轮这类调节型资源的需求必将持续攀升。沈阳微控所采用的在线式调节技术,具备极高的灵活性,每日能够高效运作1,500 至2,000次,随时精准补偿电网频率偏差。
再看企业的厂区建设布局,一期厂区占地15,000平米,已稳健运营;二期厂区规模更为宏大,占地40,000平米,其中还包含 5,000平米的配套宿舍设施。二期项目自2024年4月破土动工,至11月便顺利完成封顶。不过,由于设备采购及后续调试等环节的客观因素,预计明年二季度方能正式投入运营使用。届时,整体产能将实现跨越式增长,较当前产能提升两倍之多,这为企业实现今年营收破十亿、明年超十亿的阶段性目标奠定了坚实基础,更为企业向30至50亿营收高峰攀登提供了有力保障。
茶室密谈
在逐步深入了解沈阳微控飞轮技术产品产业布局的过程中,不知不觉就走到了沈阳微控董事长张庆源的茶室。它既是张董接待宾客、畅所欲言进行交流的地方,也是孕育公司诸多重大决策的关键摇篮,更是那些关乎飞轮技术如何走向全球、开疆拓土布局策略的发源地。
茶室内挂着一副“虎啸风声远,龙翔海浪高”的书法作品,竟是张董亲笔书写。那笔迹间透着科学家独有的气质,与飞轮储能的技术探索之路竟隐隐相和,让你也一定会认为,对面的张董是科学家中的艺术家。然而,科技成果迈向市场化的征程,可容不得半点诗意遐想,唯有凭借实打实的硬核实力,才能闯出一片天地。
2018年,董事长张庆源先生结束留美工作,带着创业团队回到祖国,把总部设在沈阳。在他的带领下,公司产品市场占有率全球前列,进入了美国、欧洲、日本等新能源高端市场以及微软、英特尔等大数据中心,其磁悬浮储能飞轮产品功率密度业界最高,充放电循环次数超过200万次,使用寿命长达20年,技术水平国际优势地位。
董事长张庆源说,在飞轮储能领域,我们堪称全球顶尖、行业最强。公司在美国时,年营业额仅1,000万美元左右,如今在国内市场的驱动下,规模已达那时的十几倍,并且产品还远销欧美等发达国家,拥有可观的出口订单。
当下东北经济整体欠佳,我们力求向中游水平迈进。与北上广深相比,东北人才流失严重,产业转型步伐较慢。但东北制造业基础雄厚、产业链配套的柔性优势显著,我们在沈阳积极与全国企业联动,助力产业链回流,为地方发展添砖加瓦。政府也给予诸多政策扶持,从去年起陆续出台超长激活带、以旧换新、双新等政策,2023年我们完成股改,从微控新能源更名为微控飞轮股份,聚焦飞轮产业,力求深耕细作。
在行业评比中,中国电化学与化学物理协会每年评定,我们连年夺冠,可我们更专注技术研发与市场拓展。凭借海外技术背景,我们先天具备出口优势,产品入驻微软、谷歌、戴尔等国际巨头的数据中心,与施耐德、三菱等知名企业建立合作,国内尚无其他飞轮企业能在海外市场立足,在国内市场我们同样独占鳌头。不过,我们希望通过与同行交流竞争,提升行业整体水平,毕竟技术迭代压力巨大,遵循类似半导体摩尔定律,若不持续创新,必将落后。
习近平总书记强调科技创新引领产业创新,尤其面向新能源的技术关乎国家战略,是实现碳中和的关键。当下产业转型、高端制造、新生产力的核心在于创新,没有颠覆性技术迭代,产业难有革命性发展。传统东北企业多因体量庞大、创新动力不足,转型艰难,而南方企业灵活善变,已历经多次升级。对于像我们这样的中小型高科技企业,创新必须摆在首位,研发投入要持续不断,挖掘新的技术增长点,明确与他人的差异核心,做到生产一代、研发一代、预言一代,从战略高度谋划未来,如此才能在激烈竞争中脱颖而出。
技术路线
飞轮物理储能系统的工作原理是一种机电能量转换和储存装置。
飞轮储能系统通过外接电源给电,飞轮本体从低转速升到高转速,以飞轮本体高速旋转的形式把电能转变成动能存储起来,转的越快存储的能量越多。放电的时候就通过飞轮带动发电机工作,飞轮转速降低,此时飞轮储存的动能转换成电能。
系统设计
飞轮储能系统的设计,包括五轴主动磁悬浮轴承的控制器、IGBT、真空泵等,其运转是在真空状态下进行工作,目标只有一个,减少损耗。系统级的转换效率达到85%以上。
主要的应用场景有两个:
最初,应用在备用电源领域,例如美国的UPS数据中心、医院、手术室等不能有电源间断的地方。保证电力供应是飞轮储能系统在做。此外,中国华为松山湖总部的数据中心,美国星巴克在中国投的唯一一个烘焙咖啡豆工厂(在昆山),用的都是沈阳微控的飞轮储能系统。
为什么说现在飞轮的生产都在沈阳:
董事长张庆源说,我们是2018年建的厂,2020年投产,所有的生产,包括现在出口的产品都是从沈阳出口。保留原美国公司,最主要原因就是有一部分的核心研发还在美国,并且美国部分的销售渠道还在。我们把技术带回来,在沈阳建厂并运转起来。但我们依然要把美国市场继续铺垫下去,美国从2005年到现在,每年一两百台的订单量,市场认可度非常高。包括欧洲、东南亚都在用微控的产品,如果直接换成沈阳微控,客户就会有所丢失。
应用场景
产品的特征是短时、高功率、高频次、不衰减、纯物理储能方式,不像碳酸锂也有化学反应,绿色环保。
现在更多的应用方向是新能源调频电站,习主席提出“双碳”理念之后,我国所构建的新型电力系统,其实就是可再生能源。光能、风能、潮汐能这些新型电力系统,和原来电力系统的差别最大的,就是它的不稳定性。
大量新能源、新型电力系统接入到电网里,电网的频率发生的波动就特别大,电网的频率波动大,对电网的安全运行就会造成风险。新能源场站一次调频的应用,就是我们的应用场景。这个场景原来都是传统的火电在做,随着我国提出的可再生能源为发电主体,新型电力系统要占到50%,随着高比例的新能源介入,火电就无法负担电网的一次调频,风电光伏自己要有能力来解决一次调频和关联响应这件事。所以引发了储能,引发了功率型的储能,这就是沈阳微控产品现在最主要的应用场景。
原来在备用电源领域可能是一卖就是1台、2台、3台,但是在新能源场站它是按照你的发电场站的风电光伏的容量来算,按照现在的配比,辽宁省的政策就是10%,10万的风电场得配1万的储能,来解决一次调频和关联响应。
产能突围
在新能源场站市场,飞轮储能系统都是以集装箱模式来部署。用于电力调频的磁悬浮飞轮储能集装箱分为飞轮室和电气室,左半部分为飞轮室,右半部分为电气室;两室内包含共8台REGEN飞轮储能单元、1台飞轮集中式变流装置、飞轮储能主控柜统、配电系统、温控系统、照明系统、消防报警设备等。
在PAD一、PAD二生产最终测试区域,王宜凡介绍该区以地坑模式部署。地坑模式的优势,一是安全性能提高;二是我们原来是拿铁罩一个一个罩,效率不高。
2024年公司合同额可达30亿元,订单量比2023年增长5倍,企业满负荷运转,订单已排到2025年。受量产能力与市场需求双重驱动,我们的量产增速需达到10倍甚至20倍,要是还按一个个套来生产,根本没法保证效率,所以现在采取打40个地坑的办法,同步推进生产。
国内国际的应用场景非常巨大,需求量大,微控的产能是完全不够的,不足以支撑这个市场,这也是我们一个发展的空间。而且这个市场是刚需,解决一次调频这个问题。技术路径上电池和超级电容都受到使用寿命的影响,不足以和飞轮储能竞争。因此飞轮的市场空间就看怎么提升自己的量产能力。
生产流程
物料到厂之后要进行探伤,要热处理,要精加工,精加工之后要组装,组装之后要测试,不断的升减速测试、超速测试、跌落实验,做完之后再放到集装箱里做对冲、对放试验。沈阳微控所应用的领域是备用电源,这个领域不容有失,一旦产品出现问题,在电力系统引发故障,那对企业而言就是砸招牌的大事,所以整个系统的测试周期才会拉得很长,只为保障产品的安全性。在质量把控、产品严谨性方面,微控的领导极为尊重科学,态度非常严谨。
飞轮转子入厂后需要精细打磨,保证它表面的平整度、光滑度。因为飞轮在转的时候,里面压力非常大的,表面的限速度也非常大,不给它磨平了,它每面的限速度是不一样的,它就会产生安全隐患。飞轮转子是通过智能化操作来加工,技术工人都是操控数控磨床的,磨分三个层面,就是粗磨、细磨、精磨。
转子的原材料最开始是进口的,后来沈阳微控实现了国产化替代。转子的钢材是美标4340,它是原来飞机起落架上用的合金钢,我们国家炼钢是按照它这个参数和元素配比自己提炼出来的。现在能做这种合金钢的基本上都是特钢,我们现在是从大冶进的,抚顺特钢也能做,抚顺特钢做的最好,但成本较高。一个轮合起来就有200多公斤。
磨床的品牌是克林伯格,原来进口的时候是800多万不到900万,而且周期非常长。现在它被收购了,相当于国产替代了,替代后相当于不到400万水平。成本下来了,效率上差不多,解决了进口磨床的长周期到货问题。
在热处理车间,钢原材料来了之后,我们需要给它升温,加热到差不多800多度。完成加热后,将材料浸入冷却油内,完成淬火。这样让它的内部结构瞬间重组,提高合金钢的韧性和强度。
热处理之后要做探伤,探伤这个设备是什么概念呢?说白了,就是得查看合金钢里有没有伤痕点。这就好比开车时,车窗玻璃被石子砸出一个点,要是接着开,裂痕就会逐渐蔓延开来。这个产品一样,它里面要是有伤痕点,高速旋转的情况下,一分钟37,000转的话,它裂纹会往外延延伸,到一定程度就会炸,沈阳微控要保证每一个进来的飞轮没有伤痕点。我们先假设合金钢存在伤痕点,预估其使用寿命次数为200万次。而实际投入应用的产品是没有伤痕点的,所以飞轮转子的真实寿命会更长。那没有伤痕点的飞轮转子寿命究竟能有多长呢?第一台设备早在2005年就被美国SunGard公司的数据中心投入使用,至今都没出过问题。
组装的车间,飞轮组装就在那边加工好了,装上上端盖、磁悬浮轴承、定子、电机,然后下端盖装起来,装起来之后抽真空,这里是不能有任何杂质的,这是必要的一个条件,抽完真空,看看这产品他能转不,能转了之后,运送到专业的地坑去做升速、超速、降速、跌落的实验。
这些核心工艺,从原材料进厂,到成品出厂,全程都在技术人员的视线之下。
沈阳微控与其他厂商相比,最大的差别在于产品采用全浮设计,部分厂家并非如此。要知道,飞轮转速越快,其转子体积就能做得越小,而微控的产品凭借全浮特性,能够达到最快转速,实现飞轮体积最小化。除了微控,没有任何一家有这些工序组装。
储能领航、多元赋能、蓄势腾飞
沈阳微控与山西储能在国云微控100MW独立混合储能电站项目中达成了深度合作,充分发挥了其在飞轮储能技术领域的优势,为项目提供高品质、高性能的飞轮储能设备及专业技术支持,其先进的技术工艺保障了储能系统的高效稳定运行,为优化能源结构、提升电力供应稳定性贡献力量,有望在未来进一步拓展合作空间,携手开拓更广阔的市场前景。
在上市规划方面,2024年1月12日,沈阳微控已在辽宁省证监局完成申报备案。至于具体上市板块,一直处于动态考量之中,相较于科创板,现阶段创业板对沈阳微控而言似乎更具可行性。辽宁省委省政府大力推进人才引进工作,出台诸如“新苗人才计划”“博士生回辽计划”等诸多政策,沈阳微控也得到了来自省委省政府的有力扶持,在人才方面获得一定帮助。虽说要彻底扭转人才困境尚需时日,但经过七年发展,沈阳微控在国内行业已树立起良好口碑,为后续发展及上市推进筑牢根基。
目前,沈阳微控在融资进程中积极与多家基金开展合作,其中包括龙江交投、盛京金控、清研资本,自2022年起,它们先后为沈阳微控提供资金支持,助力企业发展。在企业融资进程中,2023年堪称关键节点,成功完成两轮重要融资。首轮融资以45亿估值引入资金 6,000万,第二轮则是以76亿估值融入4,000万,凭借此卓越表现,沈阳微控顺利达成独角兽估值标准,成为辽宁省制造业领域的独角兽企业,这无疑为后续的蓬勃发展注入了强大动力。从产业布局与投资契合度来看,后续也会吸引更多的投资机构助力企业融资、推动企业迈向更高的发展阶段。书画渐展,虎跃龙腾。