飛輪本質(zhì)上是一個(gè)機(jī)械電池，由繞軸旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量組成。它以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存能量，其工作原理是將轉(zhuǎn)子加速到非常高的速度，并將系統(tǒng)中的能量維持為旋轉(zhuǎn)能。飛輪儲(chǔ)能是一種很有前途的技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)的鉛酸電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)。

大多數(shù)現(xiàn)代高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng) （FESS） 由一個(gè)巨大的旋轉(zhuǎn)圓柱體組成，該圓柱體由磁懸浮軸承支撐在定子（旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的固定部分）上。這些軸承是永磁體，通過(guò)排斥力支撐飛輪的重量，并通過(guò)電磁鐵穩(wěn)定。

理論與應(yīng)用

FESS 利用存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量中的動(dòng)能，摩擦損失低。系統(tǒng)的動(dòng)能由方程 Ek = ? Iω2

其中 I 是慣性矩，ω 是旋轉(zhuǎn)圓盤的角速度;當(dāng) ω 或 I 增加時(shí)，系統(tǒng)的能量增加。

飛輪曾經(jīng)由鋼制成，現(xiàn)在由碳纖維復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料具有高抗拉強(qiáng)度，可以儲(chǔ)存更多的能量。飛輪中存儲(chǔ)的能量是其轉(zhuǎn)速與質(zhì)量的平方的函數(shù)，因此需要更高的轉(zhuǎn)速。以盡可能高的速度旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)最佳能量質(zhì)量比。然而，飛輪會(huì)受到很大的離心力，并且在低于較低密度材料的轉(zhuǎn)速下可能容易失效。

FESS 在真空中運(yùn)行以減少阻力、摩擦和能量損失，并連接到電動(dòng)發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)通過(guò)先進(jìn)的電力電子設(shè)備與公用電網(wǎng)互動(dòng)。它們?cè)谀茉淳W(wǎng)存儲(chǔ)中用作瞬時(shí)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)和平衡供需和用電之間突然變化的儲(chǔ)備，因此當(dāng)由于市電波動(dòng)或丟失而需要短期備用電源時(shí)。

電能輸入用于使用內(nèi)置電動(dòng)發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)子加速到速度;慣性允許轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。通過(guò)使用與發(fā)電機(jī)相同的電機(jī)消耗動(dòng)能來(lái)釋放能量。

但它并不是發(fā)電的主要來(lái)源。電網(wǎng)中的額外動(dòng)力被分流到飛輪并用于使它們運(yùn)動(dòng)。當(dāng)以后需要電力時(shí)，利用飛輪的動(dòng)量產(chǎn)生電力，反饋給電網(wǎng)。

其他應(yīng)用

在 1950 年代，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)被用于瑞士和比利時(shí)的陀螺車等車輛，它們還可以替代電動(dòng)汽車中的傳統(tǒng)化學(xué)電池。它們還用于鐵路運(yùn)輸、飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng)以及 NASA 用于航天器儲(chǔ)能的 G2 飛輪。它們還可用于風(fēng)力渦輪機(jī)，以在非高峰期或高風(fēng)速期間儲(chǔ)存能量。

但這還不是全部。簡(jiǎn)單的飛輪存在于摩擦玩具中，而更復(fù)雜的飛輪則用于過(guò)山車等游樂(lè)設(shè)施和賽車運(yùn)動(dòng)，以提高汽車的加速度。

優(yōu)勢(shì)

與其他儲(chǔ)電方式相比，F(xiàn)ESS 的使用壽命很長(zhǎng)，可以使用幾十年，幾乎不需要維護(hù)。詹姆斯瓦特蒸汽機(jī)中的飛輪已經(jīng)連續(xù)工作了 200 多年。

FESS 還具有較高的比能量和較大的最大功率輸出。它們的能源效率 - 每輸入能量的能量輸出比率 - 可高達(dá) 90%。

此外，此類系統(tǒng)不像電池那樣受到溫度波動(dòng)的影響，也不會(huì)受到許多其他常見(jiàn)故障的影響。FESS 對(duì)環(huán)境的破壞也較小，因?yàn)樗鼈冇啥栊曰蛄夹圆牧现瞥伞?br />
審核編輯 黃宇