DQZHAN技術(shù)訊：科普儲(chǔ)能之飛輪儲(chǔ)能知識(shí)點(diǎn)
為了讓大家更加**清楚的了解儲(chǔ)能，小編特意開設(shè)了科普小課堂，每一期都會(huì)講一些關(guān)于儲(chǔ)能的小知識(shí)點(diǎn)，歡迎大家關(guān)注北極星儲(chǔ)能網(wǎng)微信哦！本期的主題是儲(chǔ)能中的飛輪儲(chǔ)能。與其他形式的儲(chǔ)能技術(shù)相比，飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對(duì)環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用。
知識(shí)點(diǎn)1：飛輪儲(chǔ)能原理
飛輪儲(chǔ)能的工作原理即在電力富裕條件下，由電能驅(qū)動(dòng)飛輪到高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能儲(chǔ)存;當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，飛輪減速，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，供用戶使用。飛輪儲(chǔ)能通過轉(zhuǎn)子的加速和減速，實(shí)現(xiàn)電能的存入和釋放。
知識(shí)點(diǎn)2：飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)
飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)基本的結(jié)構(gòu)包括以下五個(gè)組成部分：
飛輪輪子：一般為高強(qiáng)度復(fù)合纖維材料組成，通過一定的繞線方式纏繞在與電機(jī)轉(zhuǎn)子一體的金屬輪毅上。
軸承：利用永磁軸承、電磁軸承、超導(dǎo)懸浮軸承或其他低摩擦功耗軸承支承飛輪，并采用機(jī)械保護(hù)軸承。
電動(dòng)發(fā)電機(jī)：一般為直流永磁無刷同步電動(dòng)發(fā)電互逆式雙向電機(jī)。
電力轉(zhuǎn)換器：它是輸入電能轉(zhuǎn)化為直流電供給電機(jī)，輸出電能進(jìn)行調(diào)頻、整流后供給負(fù)載的關(guān)鍵部件。
真空室：為減少風(fēng)損、防止高速旋轉(zhuǎn)的飛輪發(fā)生**事故，飛輪系統(tǒng)放置與高真空密封保護(hù)套筒內(nèi)。
知識(shí)點(diǎn)3：飛輪儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)
作為一種新型的物理儲(chǔ)能方式，飛輪儲(chǔ)能與傳統(tǒng)化學(xué)電池相比，具備有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)充放電迅速。從收到電網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)信號(hào)到飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)做出反應(yīng)，時(shí)間極短，并且在之后數(shù)分鐘時(shí)間內(nèi)能夠完成整個(gè)系統(tǒng)的充/放電過程，符合電網(wǎng)的短時(shí)響應(yīng)與調(diào)節(jié)需求，相比于蓄電池、抽水蓄能、壓縮空氣等，具有較快的充/放電時(shí)間。
2)工作效率高。一般的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)工作效率可以達(dá)到90%左右，相比于抽水蓄能的60%以及蓄電池儲(chǔ)能的70%，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且采用磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，其工作效率更高，接近95%。
3)使用壽命長(zhǎng)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)雖價(jià)格昂貴，但是設(shè)計(jì)良好，其年平均維護(hù)費(fèi)用極低，充放電次數(shù)明顯優(yōu)于蓄電池儲(chǔ)能等，其達(dá)到了百萬(wàn)數(shù)量級(jí)，且一般免維護(hù)的時(shí)間是在10a以上。
4)環(huán)保無污染。由于機(jī)械儲(chǔ)能的緣故，飛輪儲(chǔ)能不會(huì)排放出污染環(huán)境的物質(zhì)，其是一種環(huán)境友好型的綠色儲(chǔ)能技術(shù)。此外，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)還具有模塊性、建設(shè)時(shí)間短、事故后果影響低等優(yōu)點(diǎn)。
知識(shí)點(diǎn)4：飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用主要集中在儲(chǔ)能和峰值動(dòng)力使用2大類，具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾方面：
1)UPS不間斷電源。不間斷電源(UPS)是一種利用儲(chǔ)能裝置向負(fù)載提供高質(zhì)量電能的設(shè)備，在醫(yī)療設(shè)備、通信、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前UPS逐漸傾向于使用飛輪儲(chǔ)能裝置等新型儲(chǔ)能設(shè)備，既減少了環(huán)境污染，延長(zhǎng)了使用壽命，同時(shí)也提高了工作效率。
2)節(jié)能。能源利用率一直是我們比較關(guān)注的話題，節(jié)能已經(jīng)得到廣泛的共識(shí)。傳統(tǒng)的機(jī)械裝置，進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)后能量被轉(zhuǎn)化為熱能而流失，造成了一定程度上的浪費(fèi)，降低了能源的使用效率。因此，通過飛輪儲(chǔ)能裝置把這部分能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能存儲(chǔ)起來，在需要的時(shí)候，輸出到系統(tǒng)中，可以減少能量損失，提高能量的利用率，目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域集中在新能源汽車和城市軌道交通等方面。
3)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，其能夠較好地調(diào)節(jié)有功功率，削峰填谷，增大功率因數(shù)，穩(wěn)定電壓和頻率，并對(duì)改善電能質(zhì)量和穩(wěn)定負(fù)荷具有良好的作用。暫態(tài)穩(wěn)定性問題一直是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和分析的重點(diǎn)，依靠飛輪儲(chǔ)能的瞬時(shí)功率大、響應(yīng)迅速、充放電完成時(shí)間短等特點(diǎn)，投入到電力系統(tǒng)中，能夠快速主動(dòng)地參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程，消除擾動(dòng)并縮短暫態(tài)過程，盡量避免了電壓崩潰、低頻振蕩等危險(xiǎn)狀況的出現(xiàn)，為電力系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極作用。
4)微網(wǎng)。目前，微網(wǎng)(Microgrid)作為一個(gè)小型發(fā)配電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自我監(jiān)控、自我調(diào)節(jié)，既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也能獨(dú)立運(yùn)行。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言，微網(wǎng)由于分布式電源多、位置靈活、分散等特點(diǎn)，需要有儲(chǔ)能系統(tǒng)的支撐做保障。在微網(wǎng)能量充足時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)將多余的能量存儲(chǔ)起來，穩(wěn)定端電壓;當(dāng)微網(wǎng)發(fā)生故障，或出現(xiàn)功率性缺額現(xiàn)象時(shí)，將存儲(chǔ)的能量釋放出去，增強(qiáng)了局部供電可靠性，維持了微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。
5)可再生能源的并網(wǎng)。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域是可再生能源的并網(wǎng)。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源因?yàn)榍鍧崱⒕蘖?、可再生等?yōu)點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。但是由于風(fēng)光等可再生能源自身的間歇性和波動(dòng)性，并網(wǎng)后增大了電網(wǎng)的沖擊，對(duì)電力系統(tǒng)的**穩(wěn)定運(yùn)行造成了一定的影響。而飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)可靈活調(diào)控的有功源，能穩(wěn)定并網(wǎng)頻率和電壓，減小可再生能源的波動(dòng)性，削峰填谷，降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，有效地改善可再生能源并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題，確保**性和可靠性。
