DQZHAN技術(shù)在線訊：飛輪儲(chǔ)能技術(shù)及其應(yīng)用詳解
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種新興的電能存儲(chǔ)技術(shù),它與超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)、燃料電池儲(chǔ)能技術(shù)等各種先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù),是近年來(lái)出現(xiàn)的、具有很大發(fā)展前景的儲(chǔ)能技術(shù)。雖然目前化學(xué)電池(鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池等)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟,但是,鉛酸蓄電池有污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn),磷酸鐵鋰蓄電池的充放電次數(shù)受到一定的限制。新能源、電動(dòng)汽車、UPS供電等許多行業(yè)迫切需要新型的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)滿足某些特殊技術(shù)要求。其中飛輪儲(chǔ)能技術(shù)就是一種具有無(wú)限的充放電次數(shù)和綠色環(huán)保型的儲(chǔ)能技術(shù),已經(jīng)開(kāi)始越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的許多行業(yè)中。
1 、飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的工作原理
飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的原理如圖1所示。

飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)主要由以下三部分組成:飛輪、電機(jī)和軸承,整個(gè)系統(tǒng)置于真空容器內(nèi)。飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)中的電機(jī),既是電動(dòng)機(jī)也是發(fā)電機(jī)。
“充電”時(shí),作為電動(dòng)機(jī)給飛輪加速,將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能;“放電”時(shí),作為發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,給外部供電;在為外部供電時(shí),飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降。而當(dāng)飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的運(yùn)行損耗非常小。
飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí),其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能為

式中:J為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ω為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。
從式(1)中可以看出,飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能E與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 成正比。而飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 又正比于飛輪的直徑和飛輪的質(zhì)量,為得到較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J ,要采用大直徑和大質(zhì)量的飛輪。龐大、沉重的飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),將會(huì)產(chǎn)生極大的離心力,若超過(guò)飛輪材料的極限強(qiáng)度,將是極不**的。因此,用增大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法來(lái)增加飛輪的動(dòng)能是不現(xiàn)實(shí)的。
不能用增大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)獲得飛輪動(dòng)能的增加,那么,只有通過(guò)提高飛輪的角速度ω 來(lái)增大飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)飛輪處于大氣中時(shí),飛輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)要克服空氣的阻力(摩擦力)和軸承的摩擦損耗。將飛輪系統(tǒng)置于真空容器中,并采用超導(dǎo)磁懸浮技術(shù),可以使飛輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)耗能達(dá)到*小。另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是軸承的設(shè)計(jì)和選擇。能在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下工作的軸承除要求軸承的摩擦損耗極小外,還應(yīng)具有足夠的承載能力,保證飛輪工作的可靠性和穩(wěn)定性。
2 、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在新能源中的應(yīng)用
太陽(yáng)能、風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。僅以風(fēng)能為例,中國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣,僅陸地上的風(fēng)能儲(chǔ)量就有約2.53億千瓦。近幾年來(lái),中國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電迅速發(fā)展。截至2011年3月中旬,我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)4450萬(wàn)千瓦,風(fēng)電建設(shè)的規(guī)模居全球之首。這也意味著中國(guó)已進(jìn)入可再生能源大國(guó)行列。中國(guó)風(fēng)力等新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊,預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展。
在我國(guó)風(fēng)電建設(shè)規(guī)模高居****的同時(shí),風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題卻始終制約著我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展。我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量中仍然有近三成風(fēng)電沒(méi)有并網(wǎng)。這是由于風(fēng)能隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn),造成風(fēng)電機(jī)組的出力頻繁波動(dòng),從而風(fēng)電場(chǎng)的出力可靠性也差,風(fēng)電比重過(guò)大,會(huì)使電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰壓力加大,因此,風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模的并網(wǎng)接入對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)一些新問(wèn)題。光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等綠色新能源自身所固有的隨機(jī)性、間歇性、不可控性的特點(diǎn),使得可再生能源電廠不可能像其它傳統(tǒng)電源一樣制定和實(shí)施準(zhǔn)確的發(fā)電計(jì)劃,這給電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度帶來(lái)巨大壓力。同時(shí),可再生能源的大規(guī)模接入所帶來(lái)的局部電網(wǎng)無(wú)功電壓和頻率問(wèn)題、電能質(zhì)量問(wèn)題等等也不容忽視,會(huì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)**運(yùn)行帶來(lái)顯著影響。研究表明,如果風(fēng)電裝機(jī)占裝機(jī)總量的比例在10%以內(nèi),依靠傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)以及增加水電、燃?xì)鈾C(jī)組等手段基本可以保證電網(wǎng)**;但如果所占比例達(dá)到20%甚至更高,電網(wǎng)的調(diào)峰能力和**運(yùn)行將面臨巨大挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能技術(shù)在很大程度上解決了新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性問(wèn)題,可以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出,能有效調(diào)節(jié)新能源發(fā)電引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化,使大規(guī)模風(fēng)電及太陽(yáng)能發(fā)電方便可靠地并入傳統(tǒng)電網(wǎng)。高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在瞬間釋放出巨大電力以穩(wěn)定電網(wǎng)波動(dòng)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰功能,從而替代水力、燃?xì)獍l(fā)電廠,為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造更可靠的供電系統(tǒng)。由此可見(jiàn),飛輪儲(chǔ)能技術(shù)能夠提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力。
中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定了風(fēng)電場(chǎng)1 m i n 和10min的功率變化率,該變化率與風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量有關(guān),如小于30MW的風(fēng)電場(chǎng)10min*大變化量為20MW,1min*大變化量為6MW。由于飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)可以以巨大的峰值電流極高速的充放電,將其用于克服光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電所固有的隨機(jī)性、間歇性、不可控性的特點(diǎn)對(duì)并入傳統(tǒng)電網(wǎng)所帶來(lái)的弊病是完全可行的。
3 、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用
目前隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高以及全球能源的供需矛盾,研發(fā)環(huán)保型汽車成為當(dāng)今世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。汽車制造行業(yè)紛紛把目光轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的研制。能找到儲(chǔ)能密度大、充電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)的新型儲(chǔ)能電源系統(tǒng),是電動(dòng)汽車與汽油車比拼的關(guān)鍵。而飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng),因具有清潔、高效、充放電快速、可無(wú)限制的充放電、不污染環(huán)境等特點(diǎn)而受到汽車行業(yè)的廣泛重視。預(yù)計(jì)21世紀(jì)飛輪電池將會(huì)是電動(dòng)汽車行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)非常適合應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車中。車輛在正常行使或剎車制動(dòng)時(shí),給飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)充電;在車輛加速或爬坡時(shí),飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)放電,給車輛提供動(dòng)力,保證車輛運(yùn)行在一種平穩(wěn)、*優(yōu)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速,可減少燃料消耗,并可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù),延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。眾所周知,在城區(qū)運(yùn)行的各種車輛需要頻繁的剎車制動(dòng)、再啟動(dòng)。而剎車制動(dòng)的能量,卻以機(jī)械磨擦的形式轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。研究證明,此能量約占車輛使用能量的30%。如果能再利用這部分能量,則會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)除了在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用以外,還可以用于電車、載重汽車、城鐵、鐵路交通等許多領(lǐng)域。圖2是基于三菱PLC控制的飛輪儲(chǔ)能在電車中應(yīng)用的原理示意圖。通過(guò)三菱O系列PLC、CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線和F700變頻器的控制系統(tǒng),依據(jù)一定的控制算法,把電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能儲(chǔ)存在飛輪的機(jī)械系統(tǒng)中,電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí),再釋放這部分能量。
飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)在電車中應(yīng)用的工作原理可以分為三個(gè)部分來(lái)說(shuō)明:
(1)飛輪儲(chǔ)能:此例中,電車是由三相交流電供電。交流輸入在變頻器B中經(jīng)整流和逆變后,驅(qū)動(dòng)電機(jī)B處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài),帶動(dòng)飛輪高速運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí),將電能轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái);
(2)電車啟動(dòng):與飛輪儲(chǔ)能的同時(shí),交流輸入在變頻器A中經(jīng)整流和逆變后,驅(qū)動(dòng)電機(jī)A通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)電車運(yùn)行時(shí),控制變頻器B的輸出頻率使電機(jī)B處于再**電狀態(tài),此時(shí)飛輪儲(chǔ)存的能量回饋到變頻器的直流母線側(cè),再經(jīng)過(guò)變頻器A的逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,為電車的運(yùn)行提供能量,在這個(gè)過(guò)程中,需要對(duì)變頻器B的輸出頻率進(jìn)行相應(yīng)的控制,使變頻器的直流母線電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi);
(3)電車制動(dòng):在電車制動(dòng)時(shí),同樣控制變頻器A的輸出頻率,將電動(dòng)汽車的能量回饋到變頻器直流母線側(cè),此時(shí)提高變頻器B的輸出頻率,飛輪加速,將電車回饋的能量重新儲(chǔ)存到飛輪中,從而達(dá)到節(jié)能的效果。
4 、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在UPS供電系統(tǒng)中的應(yīng)用
磁懸浮式飛輪儲(chǔ)能UPS引發(fā)了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。這種技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)UPS利用鉛酸蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能的方式。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中,迅速增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求,日益增加的運(yùn)營(yíng)成本,有限的機(jī)房空間和更高的能量密度,已經(jīng)成為云計(jì)算時(shí)代下,數(shù)據(jù)中心及其電源管理系統(tǒng)建設(shè)面臨的*大挑戰(zhàn)。
IDC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,電力能源成本已經(jīng)成為困擾數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者的頭號(hào)難題。其中,UPS、空調(diào)等周邊設(shè)備的耗電量大大高于主機(jī)電量。另外,酸鉛蓄電池并非綠色環(huán)保的產(chǎn)品。因此,配備一套智能綠色UPS供電系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保的重中之重。傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中的蓄電池需要空調(diào)制冷,而且24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲(chǔ)能UPS系統(tǒng)則無(wú)需空調(diào),大大節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本;而且,其占用的空間也大幅減小;維護(hù)成本低,無(wú)需更換電池;壽命長(zhǎng)達(dá)20年。圖3給出了柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能型UPS的外形圖。
在傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)中,當(dāng)電力發(fā)生中斷時(shí),蓄電池會(huì)支撐系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn),與此同時(shí),柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng),以此保證數(shù)據(jù)中心主機(jī)正常工作、空調(diào)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。蓄電池型UPS在此過(guò)程中,提供了“分鐘級(jí)”的電力供電。而飛輪儲(chǔ)能型UPS受制于機(jī)械儲(chǔ)能,僅僅能夠提供30s到1min電力供電,這也是飛輪UPS被詬病的主要原因。然而,專家指出,如今,市電電源的可靠性達(dá)到99.9%,有些重要的負(fù)載都采用雙路市電供電,市電的可靠性可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了99.99%。萬(wàn)一市電中斷,后備電源的可靠性也可以達(dá)到99.9%,從市電到后備電源的切換,在技術(shù)上只需要10s的時(shí)間,這是一個(gè)公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)。目前,歐洲已經(jīng)將這個(gè)時(shí)間定了8s?？梢詳喽?飛輪儲(chǔ)能型UPS能提供30s的電力完全能夠滿足從市電到后備電源的可靠切換的要求。圖4給出了柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能型UPS的運(yùn)行示意圖。

5、國(guó)內(nèi)外飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
(1)國(guó)外飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展處于**地位
美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展處于**地位。日本已經(jīng)制造出容量26.5MVA,系統(tǒng)輸出電壓1100V,轉(zhuǎn)速510690r/min的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24kWh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng),其飛輪重172.8kg,工作轉(zhuǎn)速范圍11,610—46,345rpm,破壞轉(zhuǎn)速為48,784rpm,系統(tǒng)輸出恒壓110～240V,全程效率為81%。經(jīng)濟(jì)分析表明,運(yùn)行3年時(shí)間可收回全部成本。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在美國(guó)發(fā)展得很成熟,他們制造出一種裝置,在空轉(zhuǎn)時(shí)的能量損耗達(dá)到每小時(shí)0.1%。歐洲的法國(guó)國(guó)家科研中心、德國(guó)的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究。2011年10月30日,全球大規(guī)模飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用先驅(qū)Beacon Power申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)。BeaconPower開(kāi)創(chuàng)了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與電力公司合作的先例,使電力市場(chǎng)開(kāi)始接受飛輪儲(chǔ)能技術(shù)。從這個(gè)角度講,在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的歷史上,甚至于儲(chǔ)能發(fā)展的歷史上,Beacon Power的成就無(wú)人可以替代。盡管公司面臨破產(chǎn),但去年6月在紐約Stephen鎮(zhèn),仍為20MW的飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目舉行一個(gè)建成投運(yùn)儀式。該飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)用于電廠儲(chǔ)能調(diào)頻,能做到15min的儲(chǔ)能規(guī)模。而一般應(yīng)用于UPS的飛輪儲(chǔ)能時(shí)間都不超過(guò)100s。可以說(shuō)這是美國(guó)目前*先進(jìn)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。這也說(shuō)明美國(guó)的很多項(xiàng)目還處在示范階段。表1給出了國(guó)外幾個(gè)有名的飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的廠商。
現(xiàn)介紹美國(guó)、西歐和日本的主要研發(fā)飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的廠商。
①美國(guó)宇航局(NASA)Glenn研究中心及其合作單位
N A S A 飛輪主要應(yīng)用于航空航天, 以及**裝甲車輛上, 用途主要是: 能量?jī)?chǔ)存、動(dòng)力和姿態(tài)控制以及峰值功率調(diào)節(jié)等。設(shè)計(jì)儲(chǔ)能量: 3 6 0～8 4 0 kWh ;儲(chǔ)能密度: 4 4Wh / k g ;轉(zhuǎn)速:60000rpm;線速度:不小于880m/s。目標(biāo)建立和測(cè)試大型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng),目標(biāo):儲(chǔ)能密度大于100Wh/kg;線速度不小于1260m/s。工作高低轉(zhuǎn)速比:3:1;放電深度:90%;運(yùn)行轉(zhuǎn)速內(nèi)無(wú)臨界模態(tài),后期研究控制模態(tài)可能性。
②Bescon Power公司
Bescon Power公司生產(chǎn)的飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品用以滿足迅速增長(zhǎng)的可靠的分布式電源需求。建立為通訊應(yīng)用提供后備電源的商業(yè)基礎(chǔ),估計(jì)每年擁有10000套飛輪系統(tǒng)需求。為電信/電纜設(shè)備提供備用電力供應(yīng)的20C1000飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)為主。
飛輪采用高強(qiáng)度復(fù)合材料輪緣,高速、長(zhǎng)壽命、無(wú)需維護(hù)、低損耗永磁偏置主動(dòng)/被動(dòng)磁軸承,直流永磁無(wú)刷高效率、低損耗電動(dòng)/發(fā)電機(jī),正弦波脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓、電流一體化控制的雙向換流器,真空密封,埋入地下,運(yùn)行狀況可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視。
指標(biāo):工作轉(zhuǎn)速:30000～100000rpm,*高線速度:700m/s,放電深度:90%,電機(jī)效率:96%,輸出可用儲(chǔ)量2000Wh;輸出電壓為直流3 6 V、4 8 V 或9 6 V , 額定輸出功率1 k W ; 輸入電壓120/240VDC,50/60Hz,*大輸入功率1.05kW;轉(zhuǎn)子重量:68kg,飛輪模塊重量:383kg,電子模塊重量9 0 k g ;設(shè)計(jì)壽命: 2 0年,平均故障間隔時(shí)間:10萬(wàn)小時(shí)。

Bescon Power公司雖在去年破產(chǎn),但使其在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)方面的**對(duì)于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用還是具有重大意義的。
③Active Power 公司
公司主要生產(chǎn)不間斷電源(UPS)的飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng),以取代傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池,解決當(dāng)今對(duì)于電力品質(zhì)的高要求。公司產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象主要是廣大工業(yè)用戶,比如:先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心、工業(yè)設(shè)備和廣播站等。目前,公司擁有29項(xiàng)發(fā)明**,主要產(chǎn)品有Cat UPS系列和Cleansource DC 系列。Active Power的飛輪材料為4340鍛鐵,其飛輪轉(zhuǎn)子與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、磁軸承整合在一起。用磁鐵卸去80%的重量以延長(zhǎng)飛輪軸承的壽命和減小損耗。飛輪的工作轉(zhuǎn)速在7000～7700rpm。工作維持時(shí)間為幾十秒到幾分鐘。目前公司飛輪已經(jīng)產(chǎn)品化出售,并在北京設(shè)有辦事處。
由Active Power公司所研發(fā)的、一款集成飛輪UPS的模塊化電源系統(tǒng)“PowerHouse”已在中國(guó)推廣。作為箱式數(shù)據(jù)中心中不可缺少的部分——電源系統(tǒng),PowerHouse擯棄傳統(tǒng)蓄電池UPS而采用飛輪UPS作為整個(gè)系統(tǒng)的核心。專家認(rèn)為飛輪儲(chǔ)能不間斷供電系統(tǒng)將把箱式數(shù)據(jù)中心帶入全新境界。
PowerHouse以飛輪UPS為核心部件，并將柴油機(jī)組、ATS切換柜、開(kāi)關(guān)配電柜及制況設(shè)備等部件集成在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，形成可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)?；贏ctive Power公司的高效及靈活性結(jié)構(gòu)，PowerHouse系統(tǒng)可被快速裝配及應(yīng)用。它的功率范圍從200kW到800kW不等，是完全可以擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，可隨用戶需求擴(kuò)容備用電源。
傳統(tǒng)備用電源需單個(gè)部件現(xiàn)場(chǎng)組裝, 而PowerHouse系統(tǒng)則是在工廠組裝完成、可現(xiàn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)的電源解決方案。其設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、測(cè)試、建設(shè)和驗(yàn)證都在工廠完成,而不是現(xiàn)場(chǎng)完成的,所以確保了集成飛輪UPS、開(kāi)關(guān)柜、備用發(fā)電機(jī)和冷卻設(shè)備之間的相互操作性,也為系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝、部署節(jié)省了寶貴時(shí)間。
傳統(tǒng)U P S 中的蓄電池有效工作溫度為20～25℃,并且溫度每升高或降低10℃,其性能都會(huì)下降一半甚至更多。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)25℃之后,溫度每升高1℃,蓄電池壽命將縮短一年。飛輪UPS對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng),可以在0℃到40℃之間正常運(yùn)轉(zhuǎn),它不會(huì)因外界因素而發(fā)生退化現(xiàn)象,這就為箱式數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。另外,因?yàn)橛?50多個(gè)遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)飛輪的運(yùn)行情況進(jìn)行遙測(cè),并可提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)性能圖片,所以這樣的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)具有可預(yù)知性。也就是說(shuō)PowerHouse系統(tǒng)的**性**可控。
PowerHouse系統(tǒng)效率很高,但占用空間卻很小,用戶可在現(xiàn)場(chǎng)限制條件下,迅速部署具有**防護(hù)特點(diǎn)的PowerHouse系統(tǒng)。用戶可以將其放置在諸如房頂、閑置的裝卸間、院落甚至停車廠之類的場(chǎng)所。
PowerHouse系統(tǒng),具有部署快,基建要求低,占地空間小,模塊化可方便升級(jí)、擴(kuò)容,結(jié)構(gòu)緊湊、方便移動(dòng)等特點(diǎn);越來(lái)越成為現(xiàn)今供電系統(tǒng)的新寵。
④VYCON公司
飛輪儲(chǔ)能設(shè)備制造商VYCON日前喜獲美國(guó)成長(zhǎng)*快500家私營(yíng)企業(yè)殊榮。排名第436位。這是該公司**次入選該榜單。入選原因是由于該公司三年之內(nèi)獲得了797%的高速銷售增長(zhǎng)率,實(shí)現(xiàn)收益660萬(wàn)美元。同時(shí),總部位于加利福尼亞州的約巴林達(dá)的VYCON公司也是加州能源行業(yè)中獲得本排名*高的入選企業(yè)。
VYCON公司更是將飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)納入港口起重機(jī)制造的先驅(qū),需要提及的是VYCON公司繼續(xù)加大與伊頓電氣集團(tuán)的合作,以促進(jìn)其VDC和VDC-XE飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的市場(chǎng)銷售。
VYCON公司總裁FrankDeLattre表示:我們與伊頓的合作是十分成功的,我們將繼續(xù)加強(qiáng)雙方的合作關(guān)系,為伊頓的客戶提供**高效的清潔能源儲(chǔ)備裝置。
伊頓產(chǎn)品經(jīng)理PedroRobredo表示:“我們十分高興繼續(xù)與VYCON加深合作,VYCON的高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種替代蓄電池的儲(chǔ)能系統(tǒng),各方面性能都非常好,這為我們的客戶提供了很好的解決方案。
⑤德國(guó)Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司
德國(guó)Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司1997年著手設(shè)計(jì)5MWh/100MW超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能電站的概念設(shè)計(jì)。電站由10個(gè)飛輪模塊組成,每個(gè)模塊儲(chǔ)能0.5MWh,功率10MW,重30t,直徑3.5m、高6.5m,用同步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)進(jìn)行電能輸入輸出。每個(gè)模塊包括一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)子模塊、4個(gè)碳纖維復(fù)合材料制成的轉(zhuǎn)子模塊和6個(gè)SMB子模塊。每個(gè)飛輪轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能125kWh,重3t,能量密度42Wh/kg,運(yùn)行轉(zhuǎn)速2250～4500rpm,*大外緣線速度600m/s,*大拉應(yīng)力810Mpa。SMB由YBCO塊材料和稀土鐵棚型高強(qiáng)度永磁材料構(gòu)成,耗用10t的YBCO塊材和5t的永磁材料。系統(tǒng)效率96%。
⑥日本合作研發(fā)高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)日本已投資3500萬(wàn)美元進(jìn)行高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承飛輪儲(chǔ)能研究,由三菱、日立、精工等公司和多個(gè)研究所、高校組成3個(gè)研究組合作承擔(dān)。已研制出3種試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī),并進(jìn)行了儲(chǔ)能8MWh容量1000kW的飛輪儲(chǔ)能機(jī)組的概念設(shè)計(jì)。日本原子能研究所一座大型核融合實(shí)驗(yàn)爐采用了飛輪儲(chǔ)能發(fā)電裝置,其主要參數(shù)為:功率235MVA、電壓18kV、電流6898A、飛輪轉(zhuǎn)速420～600rpm、可釋放能量20MJ,轉(zhuǎn)子為碳素鋼鍛造的實(shí)心圓盤(pán),重1000t。
(2)我國(guó)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀落后國(guó)外十年
目前國(guó)內(nèi)從事與飛輪研究相關(guān)的單位有:清華大學(xué)工程物理系飛輪儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室、華北電力大學(xué)、北京飛輪儲(chǔ)能柔性研究所(由中國(guó)科學(xué)院電工研究所、天津核工業(yè)理化工程研究院等組成)、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國(guó)科大、中科院力學(xué)所、東南大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等,主要集中在小容量系列。其中,北航針對(duì)航天領(lǐng)域研制的“姿控/儲(chǔ)能兩用磁懸浮飛輪”已獲得2007年國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。華北電力大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院電工研究所、河北省電力局合作, 已經(jīng)開(kāi)始就電力系統(tǒng)調(diào)峰用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的課題進(jìn)行研究，預(yù)計(jì)能夠取得可喜的成果。從總體上來(lái)看，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀落后國(guó)外十年，許多成果尚處于研究階段，在推廣應(yīng)用上還會(huì)有一段路要走。

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飛輪儲(chǔ)能技術(shù)及其應(yīng)用詳解

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