新型飞轮储能技术及其应用展望.pdf

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1、第33卷第2期2012年4月电力与能源181新型飞轮储能技术及其应用展望葛举生，王培红(东南大学能源与环境学院，南京210096)摘要：简要介绍了新型飞轮储能系统的工作原理和基本结构，并从关键技术发展及应用研究的角度出发，系统地介绍了飞轮储能系统的研究情况和今后的发展方向，还对飞轮储能和其他储能方式的特点进行了详细比较。飞轮储能系统具有的诸多优点，有着广阔的应用前景。关键词：飞轮；储能；电力系统；电动汽车；航空航天中图分类号：TK02文献标志码：A文章编号：2095—1256(2012)02—0181—04NewTypeofFlywheelEnergyStorageT

2、echnologyanditsForecastofApplicationGeJusheng。W，』ngPeihong(SchoolofEnergyandEnvironment，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China)Abstract：Thepaperbrieflyintroducedtheprincipleandstructureofflywheelenergystoragesystem(FESS)．ThetrendofdevelopmentandresearchsituationofFESSareintroducedsyste

3、maticallyfromtheperspectiveoftechnologydevelopmentandapplicationresearch．Flywheelenergystorageandotherenergystoragemethodsarecomparedcompletely，alloftheadvantagesofFESSpromiseitsawideapplicationprospects．Keywords：flywheel；energystorage；powersystem；electricvehicle；aerospace飞轮储能系统(FESS)又称

4、飞轮电池_1]，早在从外界输入的电能驱动电动机转动，电动机带动20世纪5O年代就有人提出了利用高速旋转的飞飞轮旋转，将电能转化为飞轮的动能储存起来；放轮来储存能量、并将其用于电动汽车的设想，但由电时，用飞轮带动发电机旋转，通过发电机将飞轮于当时技术条件的限制，一直未取得突破性的进的动能转化为电能，再通过电力转换器转化成外展。20世纪9O年代以来，随着新材料和电力电子部负载所需要的各种频率、电压等级的电能。典技术的飞速进步，飞轮储能及其应用也取得了重要型的飞轮储能系统包括飞轮、轴承、电机、电力电进展，特别是高性能永磁材料、高温超导磁悬浮技子变换器和真空容器等，见图2。术

5、以及真空技术的进展，极大降低了飞轮转子的摩擦损耗和风损耗；高强度碳纤维复合材料的运用，飞轮允许的线速度可达到1000m／s，极大提升了飞轮储能系统的储能密度；电力电子技术的新发展，使飞轮电机与电网之间灵活的能量转换成为可图1飞轮储能系统原理图能。作为储能技术之一的飞轮储能，由于其寿命长、储能密度大、能量转换率高、不受充放电次数限制、安装维护方便以及对环境危害小等优点，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。1结构和原理飞轮储能系统作为一种机电能量转换和储存装置，主要包括飞轮、电动机／发电机和电力转换器3个核心部分，见图l。飞轮储能系统充电时，图2飞轮储能系统结构

6、示意图182葛举生等：新型飞轮储能技术及其应用展望飞轮是该系统的核心部件，一般由特殊合成材用磁悬浮轴承支承飞轮l4]，轴承付不直接接触，因此料制成；采用磁悬浮轴承可以减少飞轮空转时的损轴承的运行稳定，运行过程基本上无磨损，轴承的工耗、提高飞轮的转速。发电机和电动机采用一台电作寿命长。由于磁悬浮轴承没有直接接触面，因此机，通过轴承直接和飞轮连接，为了减少风损，电机也无需润滑和润滑介质，避免了润滑剂泄露环境污与飞轮都被密封在一个真空容器。为了减小整个染，省略了传统润滑系统所需要的泵、管道、过滤器系统的重量和外形，提高储能密度，电力转换器通和密封件等，并能在高温或极低温(一

7、253～45O℃)等常采用IGBT(绝缘栅极场效应晶体管)和MOS—特殊环境下工作。飞轮储能系统采用磁悬浮轴承FET(场效应晶体管)组成的双向逆变器。后，只要飞轮的材料有足够的机械强度，飞轮的转速就可以大大提高，储能密度也因此得到提高。2关键技术磁悬浮技术常用的有永磁悬浮、电磁悬浮、超飞轮储能系统的关键技术，包括飞轮采用的导磁悬浮等支承方式，美国Maryland大学、阿贡复合材料的选择、轴承支承系统、电能转换系统和国家实验室、日本三菱重工、德国KFK核物理研真空室的设计等。究所等机构，对磁悬浮储能飞轮_5]、超导磁悬浮储2．1飞轮采用的复合材料能飞轮