飛輪儲能的工作原理

　　飛輪儲能系統(tǒng)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的儲能裝置，突破了化學(xué)電池的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲能。通過電動／發(fā)電互逆式雙向電機(jī)，電能與高速運(yùn)轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械動能之間的相互轉(zhuǎn)換與儲存，并通過調(diào)頻、整流、恒壓與不同類型的負(fù)載接口。

　　在儲能時(shí)，電能通過電力轉(zhuǎn)換器變換后驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)帶動飛輪加速轉(zhuǎn)動，飛輪以動能的形式把能量儲存起來，完成電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲存能量過程，能量儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪體中；之后，電機(jī)維持一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速，直到接收到一個(gè)能量釋放的控制信號；釋能時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪拖動電機(jī)發(fā)電，經(jīng)電力轉(zhuǎn)換器輸出適用于負(fù)載的電流與電壓，完成機(jī)械能到電能轉(zhuǎn)換的釋放能量過程。整個(gè)飛輪儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電能的輸入、儲存和輸出過程。

　　飛輪儲能有哪些特性

　　飛輪蓄能利用電動機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲存起來，在需要時(shí)飛輪帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪系統(tǒng)運(yùn)行于真空度較高的環(huán)境中，其特點(diǎn)是沒有摩擦損耗、風(fēng)阻小、壽命長、對環(huán)境沒有影響，幾乎不需要維護(hù)，適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障。飛輪蓄能的缺點(diǎn)是能量密度比較低。保證系統(tǒng)安全性方面的費(fèi)用很高，在小型場合還無法體現(xiàn)其優(yōu)勢，目前主要應(yīng)用于為蓄電池系統(tǒng)作補(bǔ)充。

　　飛輪儲能系統(tǒng)（FESS）與其它儲能方式相比具有能量密度大、效率高、瞬時(shí)功率大、響應(yīng)速度快、使用壽命長、安裝地點(diǎn)不受地理環(huán)境限制等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前有發(fā)展前途的儲能技術(shù)之一，并且有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

　　飛輪儲能的應(yīng)用

　　1、免蓄電池磁懸浮飛輪儲能UPS

　　（1）在市電輸入正常，或者在市電輸入偏低或偏高（一定范圍內(nèi)）的情況下，UPS通過其內(nèi)部的有源動態(tài)濾波器對市電進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波，保證向負(fù)載設(shè)備提供高品質(zhì)的電力保障，同時(shí)對飛輪儲能裝置進(jìn)行充電，UPS利用內(nèi)置的飛輪儲能裝置儲存能量。

　?。?）在市電輸入質(zhì)量無法滿足UPS正常運(yùn)行要求，或者在市電輸入中斷的情況下，UPS將儲存在飛輪儲能裝置里的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，繼續(xù)向負(fù)載設(shè)備提供高品質(zhì)并且不間斷的電力保障。

　?。?）在UPS內(nèi)部出現(xiàn)問題影響工作的情況下，UPS通過其內(nèi)部的靜態(tài)開關(guān)切換到旁路模式，由市電直接向負(fù)載設(shè)備提供不問斷的電力保障。

　?。?）在市電輸入恢復(fù)供電，或者在市電輸入質(zhì)量恢復(fù)到滿足UPS正常運(yùn)行要求的情況下，則立即切換到市電通過UPS供電的模式，繼續(xù)向負(fù)載設(shè)備提供高品質(zhì)并且不間斷的電力保障，并且繼續(xù)對飛輪儲能裝置進(jìn)行充電。

　　2、電動汽車電池

　　目前隨著環(huán)境保護(hù)意識的提高以及全球能源的供需矛盾，開發(fā)節(jié)能及采用替代能源的環(huán)保型汽車，以減少對環(huán)境的污染，是當(dāng)今世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。汽車制造行業(yè)紛紛把目光轉(zhuǎn)向電動汽車的研制。能找到儲能密度大、充電時(shí)間短、價(jià)格適宜的新型電池，是電動汽車能否擁有更大的機(jī)動性并與汽油車一爭高下的關(guān)鍵，而飛輪電池具有清潔、高效、充放電迅捷、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)飛輪電池將會是電動汽車行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

　　3、不間斷電源

　　不間斷電源由于能確保不間斷供電和保證供電質(zhì)量而在通訊樞紐、國防指揮中心、工業(yè)生產(chǎn)控制中心等地方得到廣泛使用目前不問斷電源由整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組等組成。但目前蓄電池通常都存在對工作溫度、工作濕度、輸入電壓、以及放電深度等條件要求．同時(shí)蓄電池也不允許頻繁的關(guān)閉和開啟。而飛輪具有大儲能量、高儲能密度、充電快捷、充放電次數(shù)無限等優(yōu)點(diǎn)，因此在不間斷電源系統(tǒng)領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

　　4、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不間斷供電

　　風(fēng)力發(fā)電由于風(fēng)速不穩(wěn)定，給風(fēng)力發(fā)電用戶在使用上帶來了困難。傳統(tǒng)的做法是安裝柴油發(fā)電機(jī)，但由于柴油機(jī)本身的特殊要求，在啟動后30分鐘內(nèi)才能停止。而風(fēng)力常常間斷數(shù)秒，數(shù)分鐘。不僅柴油機(jī)組頻繁啟動，影響使用壽命；而且風(fēng)機(jī)重啟動后柴油機(jī)同時(shí)作用，會造成電能過剩?？紤]到飛輪儲能的能量大。充電快捷，因此，國外不少科研機(jī)構(gòu)已將儲能飛輪引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。美國將飛輪引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全程調(diào)峰，飛輪機(jī)組的發(fā)電功率為300KW，大容量儲能飛輪的儲能為277KW每小時(shí)。

　　5、大功率脈沖放電電源

　　為了避免運(yùn)載火箭只能使用一次的巨大浪費(fèi)和減少大氣污染，美國正在研究一種磁懸浮直線電動機(jī)托架（又名太空電梯）來發(fā)射航天飛機(jī)，這需要功率巨大、但放電時(shí)間非常短促的電源，所以專門減少一個(gè)容量巨大的店里系統(tǒng)提供能量，顯然是不合理的。而采用飛輪儲能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。