先进飞轮储能电源工程应用研究进展

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1、综述先进飞轮储能电源工程应用研究进展戴兴建，唐长亮，张剀（清华大学工程物理系，北京100084）摘要：先进飞轮储能电源研究目前集中于三项关键技术：为提高飞轮储能密度的复合材料设计与制作；高效高速大功率永磁无刷电机研制以及重型飞轮的高温超导磁体悬浮轴承技术。经过30余年以工程应用为目标的飞轮储能电源系统实验研究为飞轮电源的工业化应用奠定了坚实的基础，低速飞轮作为不间断电源UPS的储能元件在10年前开始在不间断电源工程中得到商业推广应用，高速飞轮因其技术难度大而至今处于工程试用研发阶段。飞轮储能电源技术在国内研究广泛，理论研

2、究丰富，但工程应用研究进展缓慢。关键词：飞轮储能；不间断电源；工程应用中图分类号：TM921文献标识码：A文章编号：1002-087X(2009)11-1026-03ProgressofadvancedpowersystemusingflywheelenergystorageDAIXing-jian，TANGChang-liang，ZHANGKai（Dept.ofEngineeringPhysics,TsinghuaUniversity,Beijing100084，China）Abstract:Thethreekeyte

3、chnologiesinthestudyofadvancedflywheelenergystoragepowersystemincludethedesignandmanufactureofcompositestoincreasethespecificenergyofflywheel,thedevelopmentofthehighefficientbrushlessmotorwithpermanentmagnetsandtheresearchofthehightemperaturesuper-conductivemagne

4、tbearingsforlargeflywheel.Afterthegreatexperimentalworkontheflywheelenergystoragepowersysteminthepast30years,thelowspeedflywheelwassuccessfullyusedastheenergystorageelementinthemodernuninterruptedpowersystemandfoundactualcommercialapplication.However,thehighspeed

5、flywheelshavenotbeenusedinthepracticebecauseofitstechnologychallenges.TherearemanytheoreticalcasestudiesinChinaonflywheelenergystorage,buttheengineeringapplicationdevelopmentofflywheelenergystorageimprovedslowly.Keywords:flywheelenergystorage；uninterruptedpowersy

6、stem；engineeringapplication煤电、核电能源的大规模连续生产与电力用户分散、间歇已为商家提供上千套飞轮电机作为不间断电源的电池[2]。之间的矛盾为储能电源技术的发展提供了广阔的空间。风如图1所示，现代飞轮储能电源的典型特征是借助功率能、太阳能等可再生能源固有的波动特性更是对现代储能技电子技术控制下的电机既作电动机驱动飞轮储能，又能作发术提出了紧迫的需求。电动汽车的技术瓶颈之一就是如何将电机在飞轮带动下发电运行释放能量。飞轮储能电源系统由电网电能高效、快捷、重复地分散到车辆的独立电源之中。飞轮、轴承

7、、电机、控制器和辅助系统组成。飞轮储能电源的储能技术与人类对能源的利用相伴而生，比如人们在生突出优点是可快速充放电，循环次数多，使用寿命长。目前飞产、生活中离不开广泛使用的各型化学电池。储能技术发展轮储能电源系统通常待机在高速状态，系统固有的较高自损到现在，除了广为人知的化学电池之外，还有机械储能、电储耗特性使其中长期储能效率偏低，并且由于储能容量提高困能、热储能等。新型化学电池一直是储能电源技术重点，其使用次数偏低和污染环境风险是其主要缺点[1]。飞轮储能早在内燃机上广为使用，但仅作为运转平稳的调节部件。具有电池功能的

8、飞轮电机系统（飞轮机械电池）研制始于20世纪50年代，工程师设想用超级飞轮储能并作为汽车的主要动力源。具有工程实用意义的飞轮机械电池在20世纪90年代陆续出现，美国Active电源公司到2007年底收稿日期：2009-04-19作者简介：戴兴建（1970—），男，重庆市人，副研究员，博士，主要研究方向为高速旋转机械、