汽车飞轮储能的原理和应用_汽车飞轮储能

1.科普储能之飞轮储能知识点

飞轮电池是20世纪90年代提出的新概念电池。它突破了化学电池的限制，采用物理方法储存能量。当飞轮以一定的角速度旋转时，就有一定的动能。飞轮通过其动能转化为电能。高科技飞轮用来储存电能，很像标准电池。

飞轮电池中有一个电机。充电时，电机以电机的形式运行。在外部电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，也就是给飞轮电池充电，增加飞轮的转速，增加其功能。放电时，电机作为发电机运行，飞轮驱动其输出电能，完成机械能(动能)向电能的转换。当飞轮电池发出电流时，飞轮速度逐渐降低。飞轮电池的飞轮在真实空环境下运行，速度极高，最高可达200，000r/min。使用的轴承是非接触磁性轴承。

据说飞轮电池的比能量为150W·h/kg，比功率为5000-10000W/kg，使用寿命可达25年，电动汽车可使用500万公里。美国飞轮系统公司用新开发的飞轮电池成功地将一辆克莱斯勒LHS汽车变成了一辆电动车，一次充电可以行驶600公里，从静止到96公里/小时的加速时间为6.5秒。

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科普储能之飞轮储能知识点

飞轮电池兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点，主要表如下几个方面：

(1)能量密度高：储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～l0000w/kg。

(2)能量转换效率高：工作效率高达百分之90。

(3)体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右。

(4)工作温度范围宽：对环境温度没有严格要求。

(5)使用寿命长：不受重复深度放**响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上。

(6)低损耗、低维护：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长。 （1)由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，容易解体，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，制造飞轮的碳纤维材料目前还很贵，成本比较高。

（2)飞轮一旦充电，就会不停转动下去。当我不用电时，飞轮还在那里转动，浪费了能量。例如给一辆飞轮电池汽车充电后，该汽车可以行驶三小时，汽车走了两个小时后，车主需要就餐半小时，那么，这半小时，飞轮就在那里白白转动。不过，也有人说，飞轮空转时，由于没有负载，能量损失不会太大，比目前存放一段时间不用的蓄电池损失的能量还要小。如果静止不动，几乎没有能量损失。解决的办法：给飞轮电池配备化学充电电池，当不需要用电时，可把飞轮转动的电能充进化学电池中。但是给飞轮电池配备化学电池带来的问题是，增加了汽车或设备的重量。

为了让大家更加全面清楚的了解储能，我特意开设了科普小课堂，每一期都会讲一些关于储能的小知识点，欢迎大家关注北极星储能网微信哦！本期的主题是储能中的飞轮储能。与其他形式的储能技术相比，飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境危害小等优点，因此得到广泛的应用。

知识点1：飞轮储能原理

飞轮储能的工作原理即在电力富裕条件下，由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存;当系统需要时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，供用户使用。飞轮储能通过转子的加速和减速，实现电能的存入和释放。

知识点2：飞轮储能结构

飞轮储能系统基本的结构包括以下五个组成部分：

飞轮轮子：

一般为高强度复合纤维材料组成，通过一定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毅上。

轴承：

利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或其他低摩擦功耗轴承支承飞轮，并采用机械保护轴承。

电动发电机：

一般为直流永磁无刷同步电动发电互逆式双向电机。

电力转换器：

它是输入电能转化为直流电供给电机，输出电能进行调频、整流后供给负载的关键部件。

真空室：

为减少风损、防止高速旋转的飞轮发生安全事故，飞轮系统放置与高真空密封保护套筒内。

知识点3：飞轮储能优点

作为一种新型的物理储能方式，飞轮储能与传统化学电池相比，具备有以下优点：

1)充放电迅速。

从收到电网侧的调节信号到飞轮储能系统做出反应，时间极短，并且在之后数分钟时间内能够完成整个系统的充/放电过程，符合电网的短时响应与调节需求，相比于蓄电池、抽水蓄能、压缩空气等，具有较快的充/放电时间。

2)工作效率高。

一般的飞轮储能系统工作效率可以达到90%左右，相比于抽水蓄能的60%以及蓄电池储能的70%，具有明显的优势，而且采用磁悬浮轴承的飞轮储能系统，其工作效率更高，接近95%。

3)使用寿命长。

飞轮储能系统虽价格昂贵，但是设计良好，其年平均维护费用极低，充放电次数明显优于蓄电池储能等，其达到了百万数量级，且一般免维护的时间是在10a以上。

4)环保无污染。

由于机械储能的缘故，飞轮储能不会排放出污染环境的物质，其是一种环境友好型的绿色储能技术。此外，飞轮储能系统还具有模块性、建设时间短、事故后果影响低等优点。

知识点4：飞轮储能应 ? 用

飞轮储能技术的应用主要集中在储能和峰值动力使用2大类，具体应用体现在以下几方面：

1)UPS不间断电源。

不间断电源(UPS)是一种利用储能装置向负载提供高质量电能的设备，在医疗设备、通信、计算机系统领域有着广泛的应用。目前UPS逐渐倾向于使用飞轮储能装置等新型储能设备，既减少了环境污染，延长了使用寿命，同时也提高了工作效率。

2)节能。

能源利用率一直是我们比较关注的话题，节能已经得到广泛的共识。传统的机械装置，进行机械制动后能量被转化为热能而流失，造成了一定程度上的浪费，降低了能源的使用效率。因此，通过飞轮储能装置把这部分能量转化为动能存储起来，在需要的时候，输出到系统中，可以减少能量损失，提高能量的利用率，目前主要的应用领域集中在新能源汽车和城市轨道交通等方面。

3)传统电力系统。

飞轮储能技术应用于传统电力系统，其能够较好地调节有功功率，削峰填谷，增大功率因数，稳定电压和频率，并对改善电能质量和稳定负荷具有良好的作用。暂态稳定性问题一直是电力系统稳定运行和分析的重点，依靠飞轮储能的瞬时功率大、响应迅速、充放电完成时间短等特点，投入到电力系统中，能够快速主动地参与电力系统动态过程，消除扰动并缩短暂态过程，尽量避免了电压崩溃、低频振荡等危险状况的出现，为电力系统恢复到稳定运行起到了积极作用。

4)微网。

目前，微网(Microgrid)作为一个小型发配电系统，能够实现自我监控、自我调节，既可以并网运行，也能独立运行。因此，相对于传统大电网而言，微网由于分布式电源多、位置灵活、分散等特点，需要有储能系统的支撑做保障。在微网能量充足时，飞轮储能系统将多余的能量存储起来，稳定端电压;当微网发生故障，或出现功率性缺额现象时，将存储的能量释放出去，增强了局部供电可靠性，维持了微网的频率稳定。

5)可再生能源的并网。

飞轮储能技术的一个关键应用领域是可再生能源的并网。当前，风力发电、光伏发电等新能源因为清洁、巨量、可再生等优点，受到越来越多的关注。但是由于风光等可再生能源自身的间歇性和波动性，并网后增大了电网的冲击，对电力系统的安全稳定运行造成了一定的影响。而飞轮储能系统作为一个可灵活调控的有功源，能稳定并网频率和电压，减小可再生能源的波动性，削峰填谷，降低对电网的冲击，有效地改善可再生能源并网过程中产生的电能质量问题，确保安全性和可靠性。

关于微控新能源

深圳微控新能源技术有限公司（简称微控或微控新能源）是全球物理储能技术领航者。公司全球总部位于深圳，业务覆盖北美、欧洲、亚洲、拉美等地区，凭借“安全、可靠、高效”的全球领先的磁悬浮能源技术，产品与服务广泛受到华为、GE、ABB、西门子、爱默生等众多世界500强企业的信赖。

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