飞轮储能系统的结构和工作原理简述

2023-02-16 17:00

飞轮储能技术是一种通过将飞轮（转子）加速到非常高的速度并将系统中的能量保存为转子的旋转能量（角动能）的能量存储技术。由于能量守恒定律，当飞轮（转子）的速度降低的时候，它会释放出自身储存的旋转能量，从而达到储存和释放能量的作用。

绝大多数的飞轮储能技术是使用电力来加速和减速飞轮的，但是也有一小部分是直接使用机械能。

先进的飞轮储能系统的转子一般是使用高强度碳纤维复合材料制作而成，并使用磁性轴承悬挂系统，让整个转子在真空中以20000~50000转/分钟的速度高速旋转。

飞轮储能系统最大的优点就是它的充能速度极快，可以在几分钟之内将转子的速度提升到最大，达到其储能容量上限。

一、飞轮储能系统的结构

一个典型的飞轮储能系统中会包括一个存储能量的飞轮，飞轮是通过电动机/发电机的滚动轴承支撑的。为了减少摩擦力和能量损失，飞轮和电动机/发电机一般会别封闭在真空室中。

因为飞轮的一个设计要求就是具有非常高的抗拉强度，抗拉强度越大，飞轮就越坚固，飞轮越坚固，飞轮的转速就越快，飞轮转速越快，整个飞轮储能系统存储的能量就越多。

第一代的飞轮储能系统中的滚动轴承一般就是机械轴承，缺点就是会产生磨损，需要更多的维护。

而新一代的飞轮储能系统中的滚动轴承采用的是磁性轴承，可以让轴承悬浮起来工作。在未来还可以会采用室温超导体来作为滚动轴承，这样就能够进一步的降低损耗和提升性能了。

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。

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