飞轮储能关键技术分析及运作原理

飞轮储能是一种机械储能方式，是一种电能到动能再到电能的装置。典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。

飞轮：一般由高强度复合纤维材料组成，通过一定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毂上；

轴承：利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或其他低摩擦功耗轴承支承飞轮，轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命；

电机：一般为直流永磁无刷同步（电动发电）互逆式双向电机；

电力转换器：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：主要作用是提供真空环境，降低电机运行时的风阻损耗。

飞轮储能关键技术分析

1.参数性能

飞轮储能技术，特别是高速飞轮储能系统，具有功率密度高、寿命长、可实时监测系统荷电状态，对环境温度不敏感等优点，但也不可避免地存在严重的自放电现象。在能量型应用时，飞轮储能价格昂贵，在一定程度上限制了其在能量型应用领域的发展。高速飞轮储能技术的性能参数见表。

表。 高速飞轮储能技术的性能参数表

2.技术优势

目前大规模电储能以抽水储能为主，各种正在研发的新型储能技术具有良好的应用前景，如飞轮储能、超级电容器储能、超导磁储能、压缩空气储能、锂离子电池、液流电池和钠硫电池储能等。

电能存储按容量可分为长时大能量、短时高功率两种，长时大容量的抽水储能电站可以在电网规模上提供数小时的电能供给；而短时高功率的飞轮储能可为高端用户端提供高品质不间断电能供给。高品质电能供给、过渡电源、能源管理对储能时间尺度分别为秒分、分时和数小时。

各种储能方式的技术对比如表3所示。从中可以看出，飞轮储能具有效率高（达 90%）、瞬时功率大（单台兆瓦级）、响应速度快（数毫秒）、使用寿命长（10 万次循环和 15 年以上）、环境影响小等诸多优点，是目前最有发展前途的短时大功率储能技术之一。

飞轮储能系统的运作原理

飞轮储能系统的运作原理主要基于物理学的能量转换与储存机制。当系统处于储能模式时，电能通过电力转换器驱动电机运行，电机则带动飞轮加速旋转。在这一过程中，电能被转换为飞轮的机械动能，并以动能的形式储存在高速旋转的飞轮体中。当系统需要释放能量时，飞轮减速，电机作为发电机运行，将飞轮的机械动能再次转换为电能，供用户使用。

具体来说，飞轮储能系统通过电动/发电互逆式双向电机实现电能与机械能之间的转换。在储能阶段，电能经过调频、整流、恒压处理后，通过电力转换器驱动电机，使飞轮逐渐加速到最大速度。在这一阶段，电能被有效地储存为飞轮转子的动能。当系统接收到能量释放的控制信号时，飞轮开始减速，电机则作为发电机工作，将飞轮的动能转化为电能，并通过电力转换器输出适用于负载的电流与电压。

飞轮储能系统具有多种优势，如快速响应、长寿命、低损耗、可调节性和环保节能等。通过提高飞轮的转速和质量，可以实现更高的储能密度，使单位体积或质量的设备能够储存更多的能量。此外，飞轮储能系统还具有较长的使用寿命，可以经受大量的充放电循环，且不会产生容量衰减和记忆效应。

审核编辑：黄飞