飞轮储能装置的性能特点及其应用展望

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1、飞轮储能装置的性能特点及其应用展望电能存储技术文章发布人：gxy  共80人阅读  文字大小：[大中小]  文字背景色：摘要：介绍了飞轮储能装置的工作原理及其主要性能特点，同时又简单提及了一些其它的储能方法，并把飞轮储能装置与化学蓄电池、超导储能设备和燃料电池作了性能方面的比较，对飞轮储能装置目前的应用做了一些简要的介绍并展望了其未来的应用前景。关键词：飞轮储能系统；化学蓄电池；超导储能；燃料电池CharacteristicsofFESSandProspectofitsApplication WANGRan-ran,LIUYu-qing,XUNing Abstract:Theprinciple

2、ofoperationandmainperformancecharacteristicsoftheFESS(flywheelenergystoragesystem)aswellassomeothersystemsofenergystorageareintroduced.TheperformanceandsomeothercharacteristicsofFESSarecomparedwiththeelectrochemicalbattery,SEMS(superconductingmagneticenergystorage)andfuelcell.Atthelasttheactualappli

3、cationoftheFESSatpresentanditsprospectaredescribed. Keywords:Flywheelenergystoragesystem(FESS);Electrochemicalbattery;Superconductingmagneticenergystorage(SMES);Fuelcell　　1 引言   飞轮储能技术是一种新兴的电能存储技术，它与超导储能技术、燃料电池技术等一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是，化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作温度要

4、求高等问题。这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视。尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。2 飞轮储能装置简介   飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置。它最基本的工作原理就是，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载，要求空闲运转时候损耗非常小。它的原理图如图1所示。图1  飞轮储能装置原理图   事实上，为了减少空闲运转时的损耗，提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率，飞轮储能装置轴承的设计一般都使用非接触式的磁悬浮轴承技术，而且将电机和飞轮都密封在一个

5、真空容器内?减少风阻。通常发电机和电动机使用一台电机来实现，通过轴承直接和飞轮连接在一起。这样，在实际常用的飞轮储能装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子装置，飞轮储能装置结构的示意图如图2所示。图2  飞轮储能装置结构示意图   当外设通过电力电子装置给电机供电时，电机就作为电动机使用，它的作用是给飞轮加速，储存能量；当负载需要电能时，飞轮给电机施加转矩，电机又作为发电机使用，通过电力电子装置给外设供电；当飞轮空闲运转时，整个装置就可以以最小损耗运行。这样利用电机的四象限运行原理，使发电机和电动机共用一台电机的方法，不但可以提高效率，还可以减少整个储能装置的尺寸，

6、使储能密度大大提高。   在整个飞轮储能装置中，飞轮无疑是其中的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量E由式（1）决定。     E=jω2   (1)式中：j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关；        ω为飞轮转动的角速度。   电力电子装置通常是由FET或IGBT组成的双向逆变器，它们决定了飞轮储能装置能量输入输出量的大小，而与储能装置外接负载的性质无关。3 飞轮储能装置与其它储能装置性能比较   电能的储存一般都采用化学蓄电池，无疑化学电池是技术最为完善也是目前产量最大的储能装置，它是通过将电能转换为化学能实现电能储存的，然而伴随而来的环境污染和腐蚀问题就难

7、以避免，而且受到储能方式本身特性的限制，一些主要性能总是难以提高，虽然它价格低廉，但是由于现在对环保和电池性能特点要求的不断提高，在许多领域中，人们已经不能接受化学电池的弊端，而逐渐将目光放在更加先进的储能方式上了。   超导储能装置是一种科技含量较高的先进的储能方式，它把能量储存于超导线圈的磁场中，通过电磁相互转换实现储能装置的充电和放电。由于在超导状态下线圈没有电阻，因此超导储能的能量损耗非常