近年,儲能賽道火熱,其中,鋰離子電池、鈉離子電池、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等新型儲能技術,正以前所未有的速度更新迭代。
飛輪儲能是機械儲能的一種,具有長壽命、綠色環保的優勢,近年頗受市場青睞。
飛輪儲能的工作原理是,飛輪受電能等能量驅動旋轉,並將電能轉化為機械能進行存儲,需要時,又將飛輪旋轉存儲的機械能轉換為電能等形式釋放出來。
結構方面,飛輪儲能係統一般由五大部分組成,包括儲能輪體、電機、外殼、電力電子係統和伺服係統。
儲能輪體決定飛輪儲能能儲存的能量多少,常見的有兩類。
首先是合金鋼制成的低速輪體,轉速一般小於10000r/min,優點是成本較低、制造簡單,缺點是質量大、安裝地點要求高。
其次是碳纖維制成的高速輪體,轉速一般大於10000r/min,優點是質量輕,缺點是成本較高、制造難度大。
電機是飛輪儲能實現電能—機械能轉換的關鍵。適用於飛輪儲能的電機需要具備四個特點。
第一,要求電機在電動機工況和發電機工況下均能運行,可實現電能和機械能的雙向轉換;
第二,為保證飛輪儲能係統的長時運行和能量轉換效率,電機的空載損耗率、轉換效率也有較高要求;
第三,飛輪儲能係統正常工作時,轉速範圍較大,電機需要滿足調速範圍廣、調速方式簡單可靠的要求;
第四,要求電機的能量密度要達到程度,要能保證輸出較大轉矩和較大功率。
目前,業界認為,隨著永磁材料的發展,永磁電機具有較大潛力。
飛輪外殼一般包括真空室、軸承係統和散熱係統等,主要作用是保證飛輪運行。
真空室可以保證電力驅動飛輪輪體旋轉,高轉速下不受風阻影響;散熱係統一般採用風冷和空調制冷等方式,主要是為了避免永磁體退磁,保證係統穩定性;軸承係統包括被動磁軸承和主動磁軸承兩種。
電力電子係統負責對電機旋轉、充放電等進行調控,是飛輪儲能的“大腦”。
伺服係統由潤滑係統、監測係統、真空係統等組成,負責監控飛輪運行時各項參數,一旦參數出現異常,它就會提前報警。