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时间:2020-03-28
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1、第33卷第2期2012年4月电力与能源181新型飞轮储能技术及其应用展望葛举生,王培红(东南大学能源与环境学院,南京210096)摘要:简要介绍了新型飞轮储能系统的工作原理和基本结构,并从关键技术发展及应用研究的角度出发,系统地介绍了飞轮储能系统的研究情况和今后的发展方向,还对飞轮储能和其他储能方式的特点进行了详细比较。飞轮储能系统具有的诸多优点,有着广阔的应用前景。关键词:飞轮;储能;电力系统;电动汽车;航空航天中图分类号:TK02文献标志码:A文章编号:2095—1256(2012)02—0181—04NewTypeofFlywheelEnergyStorageT
2、echnologyanditsForecastofApplicationGeJusheng。W,』ngPeihong(SchoolofEnergyandEnvironment,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract:Thepaperbrieflyintroducedtheprincipleandstructureofflywheelenergystoragesystem(FESS).ThetrendofdevelopmentandresearchsituationofFESSareintroducedsyste
3、maticallyfromtheperspectiveoftechnologydevelopmentandapplicationresearch.Flywheelenergystorageandotherenergystoragemethodsarecomparedcompletely,alloftheadvantagesofFESSpromiseitsawideapplicationprospects.Keywords:flywheel;energystorage;powersystem;electricvehicle;aerospace飞轮储能系统(FESS)又称
4、飞轮电池_1],早在从外界输入的电能驱动电动机转动,电动机带动20世纪5O年代就有人提出了利用高速旋转的飞飞轮旋转,将电能转化为飞轮的动能储存起来;放轮来储存能量、并将其用于电动汽车的设想,但由电时,用飞轮带动发电机旋转,通过发电机将飞轮于当时技术条件的限制,一直未取得突破性的进的动能转化为电能,再通过电力转换器转化成外展。20世纪9O年代以来,随着新材料和电力电子部负载所需要的各种频率、电压等级的电能。典技术的飞速进步,飞轮储能及其应用也取得了重要型的飞轮储能系统包括飞轮、轴承、电机、电力电进展,特别是高性能永磁材料、高温超导磁悬浮技子变换器和真空容器等,见图2。术
5、以及真空技术的进展,极大降低了飞轮转子的摩擦损耗和风损耗;高强度碳纤维复合材料的运用,飞轮允许的线速度可达到1000m/s,极大提升了飞轮储能系统的储能密度;电力电子技术的新发展,使飞轮电机与电网之间灵活的能量转换成为可图1飞轮储能系统原理图能。作为储能技术之一的飞轮储能,由于其寿命长、储能密度大、能量转换率高、不受充放电次数限制、安装维护方便以及对环境危害小等优点,已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。1结构和原理飞轮储能系统作为一种机电能量转换和储存装置,主要包括飞轮、电动机/发电机和电力转换器3个核心部分,见图l。飞轮储能系统充电时,图2飞轮储能系统结构
6、示意图182葛举生等:新型飞轮储能技术及其应用展望飞轮是该系统的核心部件,一般由特殊合成材用磁悬浮轴承支承飞轮l4],轴承付不直接接触,因此料制成;采用磁悬浮轴承可以减少飞轮空转时的损轴承的运行稳定,运行过程基本上无磨损,轴承的工耗、提高飞轮的转速。发电机和电动机采用一台电作寿命长。由于磁悬浮轴承没有直接接触面,因此机,通过轴承直接和飞轮连接,为了减少风损,电机也无需润滑和润滑介质,避免了润滑剂泄露环境污与飞轮都被密封在一个真空容器。为了减小整个染,省略了传统润滑系统所需要的泵、管道、过滤器系统的重量和外形,提高储能密度,电力转换器通和密封件等,并能在高温或极低温(一
7、253~45O℃)等常采用IGBT(绝缘栅极场效应晶体管)和MOS—特殊环境下工作。飞轮储能系统采用磁悬浮轴承FET(场效应晶体管)组成的双向逆变器。后,只要飞轮的材料有足够的机械强度,飞轮的转速就可以大大提高,储能密度也因此得到提高。2关键技术磁悬浮技术常用的有永磁悬浮、电磁悬浮、超飞轮储能系统的关键技术,包括飞轮采用的导磁悬浮等支承方式,美国Maryland大学、阿贡复合材料的选择、轴承支承系统、电能转换系统和国家实验室、日本三菱重工、德国KFK核物理研真空室的设计等。究所等机构,对磁悬浮储能飞轮_5]、超导磁悬浮储2.1飞轮采用的复合材料能飞轮
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