2小时充满2万度电的飞轮储能技术犀利不？专利看国内同类储能技术成色

2022-08-26 11:38

德高行知情郎

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03飞轮储能结构

最基础的飞轮储能系统主要包括转子系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还有一些支持系统，如真空、深冷、外壳和控制系统。

基本结构如图所示：

1、转子系统

飞轮转动时动能与飞轮的转动惯量成正比。而飞轮的转动惯量又正比于飞轮直径的2次方和飞轮的质量（J＝（0．5～1）＊M＊R＾2，飞轮质量分布均匀时取0．5，质量完全集中在边缘时取1）。

当过于庞大、沉重的飞轮在高速旋转时，会受到极大的离心力作用，往往超过飞轮材料的极限强度，很不安全。因此，用增大飞轮转动惯量的方法来增加飞轮的动能是有限的。

2、轴承系统

支撑转子的轴承，支撑转子运动，降低摩擦阻力，使整个装置则以最小损耗运行。

3、转换能量系统

飞轮储能装置中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降；而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。

飞轮储能器中没有任何化学活性物质，也没有任何化学反应发生。旋转时的飞轮是纯粹的机械运动，飞轮在转动时的动能为：

E ＝1／2Jω／2

式中：J为飞轮的转动惯量、ω为飞轮旋转的角速度

与其他形式的储能技术相比，飞轮储能具有充放电迅速、工作效率高、使用寿命长、储能密度高等优点，被视作最具发展前途的短时大功率储能技术之一，同时它没有电化学部件，安全环保，也不受地理条件的限制，可以建在任何地方。

但是，飞轮储能密度不够高、自放电率高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。适用于电网调频和电能质量保障。

国内大型飞轮储能装置不多。

搜了下新闻，2022年4月11日，2台1兆瓦飞轮储能装置在青岛地铁3号线万年泉路站完成安装调试，并顺利并网应用，这是我国轨道交通行业首台具有完全自主知识产权的兆瓦级飞轮储能装置。

据媒体报道，飞轮储能方面，我国自上世纪90年代就已经开展相关技术研究，走在前列的有上海航天控制技术研究所、清华大学、北京航空航天大学、华北电力大学等单位。

但是与国外相比，我国自主研发的飞轮储能技术及工程应用还相对落后。多数公司主要生产容量较小的飞轮储能设备产品，充放电时间也比较短。

业内专家表示，飞轮储能产品的储能量取决于飞轮转子的转动惯量或最高转速。对于储能量较小的飞轮储能产品，技术上相对容易实现。但是对于大容量功率型飞轮储能产品，当飞轮转子的转动惯量和最高转速超过一定数值，就会面临许多技术瓶颈。例如，高强度飞轮转子材料及结构设计制造技术、支撑高速重载飞轮转子的长寿命复合轴承设计制造技术、宽转速范围运行的高速双向电机设计制造技术、真空状态下的电机及轴承冷却技术、飞轮储能单元能量快速转换控制技术及系统、大规模飞轮储能阵列运行优化控制与先进运维技术等。

直白说，大容量功率型飞轮储能是一种具有很高技术含量的复杂机电设备，这类产品的研发、生产是一项高投入、高风险的事业。

根据中国能源研究会储能专委会数据，截至2021年底，全球飞轮储能在储能装机中占比仅0．22％，未来发展空间巨大。

部分A股公司已有布局。