什么是飞轮储能系统？飞轮储能系统的组成和工作原理

2023-01-04 16:38

飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置。该系统采用物理方法进行储能，并通过电动/发电互逆式双向电机实现电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换和储存。

一、飞轮储能系统的组成

典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电机/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。

轴承：轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。应用的飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，减少电机转子旋转时的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。

电机/发电机：飞轮储能系统的机械动能与电能之间的转换是以电动/发电机及其控制为核心实现的。电动/发电机集成一个部件，在储能时，作为电动机运行，由外界电能驱动电动机，带动飞轮转子加速旋转至设定的某一转速；在释能时，电机又作为发电机运行，向外输出电能，此时飞轮转速不断下降。显然，低损耗、高效率的电动/发电机是能量高效传递的关键。

电力转换器：电力转换器是为了提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并将输出电能通过调频、整流或恒压等变换为满足负荷供电要求的电能。

真空室：真空室的主要作用是提供真空环境，降低电机运行时的风阻损耗。

二、飞轮储能系统的原理

在储能时，外界电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮转子加速旋转，直至达到设定的某一转速。在飞轮加速旋转的过程中，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械动能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中。之后，飞轮以设定的那一转速旋转，直到接受到一个能量释放的控制信号。

在释能时，电机作为发电机使用，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流和电压，完成机械动能到电能转换的释放能量过程。在释能的过程中，飞轮的转速不断的下降。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出。

飞轮储能系统是一种具有广阔应用前景的机械储能系统，具有储能密度高、适应性强、应用范围广、效率高、长寿命、无污染和维修花费低等优点。飞轮储能系统已被应用于航空航天、UPS电源、交通运输、风力发电、核工业等领域。随着复合材料技术、磁支撑技术、动发一体机技术和多学科优化设计技术的不断进步，对飞轮储能技术的关注也越来越多，相关的新技术也不断出现。