飛輪儲能關鍵技術分析及運作原理

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、電力轉換器和真空室5個主要組件構成。

飛輪：一般由高強度復合纖維材料組成，通過一定的繞線方式纏繞在與電機轉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。

飛輪儲能關鍵技術分析

1.參數(shù)性能

飛輪儲能技術，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用領域的發(fā)展。高速飛輪儲能技術的性能參數(shù)見表。

表。 高速飛輪儲能技術的性能參數(shù)表

2.技術優(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)的新型儲能技術具有良好的應用前景，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不間斷電能供給。高品質電能供給、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換與儲存機制。當系統(tǒng)處于儲能模式時，電能通過電力轉換器驅動電機運行，電機則帶動飛輪加速旋轉。在這一過程中，電能被轉換為飛輪的機械動能，并以動能的形式儲存在高速旋轉的飛輪體中。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換。在儲能階段，電能經(jīng)過調頻、整流、恒壓處理后，通過電力轉換器驅動電機，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，將飛輪的動能轉化為電能，并通過電力轉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、長壽命、低損耗、可調節(jié)性和環(huán)保節(jié)能等。通過提高飛輪的轉速和質量，可以實現(xiàn)更高的儲能密度，使單位體積或質量的設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。

審核編輯：黃飛