飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)分析及運作原理

飛輪儲能是一種機械儲能方式，是一種電能到動能再到電能的裝置。典型的飛輪儲能系統(tǒng)由飛輪本體、軸承、電機、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個主要組件構(gòu)成。

飛輪：一般由高強度復(fù)合纖維材料組成，通過一定的繞線方式纏繞在與電機轉(zhuǎn)子一體的金屬輪轂上；

軸承：利用永磁軸承、電磁軸承、超導懸浮軸承或其他低摩擦功耗軸承支承飛輪，軸承的性能直接影響飛輪儲能系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命；

電機：一般為直流永磁無刷同步（電動發(fā)電）互逆式雙向電機；

電力轉(zhuǎn)換器：提高飛輪儲能系統(tǒng)的靈活性和可控性，并將輸出電能通過調(diào)頻、整流或恒壓等變換為滿足負荷供電要求的電能；

真空室：主要作用是提供真空環(huán)境，降低電機運行時的風阻損耗。

飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)分析

1.參數(shù)性能

飛輪儲能技術(shù)，特別是高速飛輪儲能系統(tǒng)，具有功率密度高、壽命長、可實時監(jiān)測系統(tǒng)荷電狀態(tài)，對環(huán)境溫度不敏感等優(yōu)點，但也不可避免地存在嚴重的自放電現(xiàn)象。在能量型應(yīng)用時，飛輪儲能價格昂貴，在一定程度上限制了其在能量型應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。高速飛輪儲能技術(shù)的性能參數(shù)見表。

表。 高速飛輪儲能技術(shù)的性能參數(shù)表

2.技術(shù)優(yōu)勢

目前大規(guī)模電儲能以抽水儲能為主，各種正在研發(fā)的新型儲能技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，如飛輪儲能、超級電容器儲能、超導磁儲能、壓縮空氣儲能、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池儲能等。

電能存儲按容量可分為長時大能量、短時高功率兩種，長時大容量的抽水儲能電站可以在電網(wǎng)規(guī)模上提供數(shù)小時的電能供給；而短時高功率的飛輪儲能可為高端用戶端提供高品質(zhì)不間斷電能供給。高品質(zhì)電能供給、過渡電源、能源管理對儲能時間尺度分別為秒分、分時和數(shù)小時。

各種儲能方式的技術(shù)對比如表3所示。從中可以看出，飛輪儲能具有效率高（達 90%）、瞬時功率大（單臺兆瓦級）、響應(yīng)速度快（數(shù)毫秒）、使用壽命長（10 萬次循環(huán)和 15 年以上）、環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點，是目前最有發(fā)展前途的短時大功率儲能技術(shù)之一。

飛輪儲能系統(tǒng)的運作原理

飛輪儲能系統(tǒng)的運作原理主要基于物理學的能量轉(zhuǎn)換與儲存機制。當系統(tǒng)處于儲能模式時，電能通過電力轉(zhuǎn)換器驅(qū)動電機運行，電機則帶動飛輪加速旋轉(zhuǎn)。在這一過程中，電能被轉(zhuǎn)換為飛輪的機械動能，并以動能的形式儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪體中。當系統(tǒng)需要釋放能量時，飛輪減速，電機作為發(fā)電機運行，將飛輪的機械動能再次轉(zhuǎn)換為電能，供用戶使用。

具體來說，飛輪儲能系統(tǒng)通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機實現(xiàn)電能與機械能之間的轉(zhuǎn)換。在儲能階段，電能經(jīng)過調(diào)頻、整流、恒壓處理后，通過電力轉(zhuǎn)換器驅(qū)動電機，使飛輪逐漸加速到最大速度。在這一階段，電能被有效地儲存為飛輪轉(zhuǎn)子的動能。當系統(tǒng)接收到能量釋放的控制信號時，飛輪開始減速，電機則作為發(fā)電機工作，將飛輪的動能轉(zhuǎn)化為電能，并通過電力轉(zhuǎn)換器輸出適用于負載的電流與電壓。

飛輪儲能系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，如快速響應(yīng)、長壽命、低損耗、可調(diào)節(jié)性和環(huán)保節(jié)能等。通過提高飛輪的轉(zhuǎn)速和質(zhì)量，可以實現(xiàn)更高的儲能密度，使單位體積或質(zhì)量的設(shè)備能夠儲存更多的能量。此外，飛輪儲能系統(tǒng)還具有較長的使用壽命，可以經(jīng)受大量的充放電循環(huán)，且不會產(chǎn)生容量衰減和記憶效應(yīng)。

審核編輯：黃飛