什么是飛輪儲能系統(tǒng)？飛輪儲能系統(tǒng)的組成和工作原理

飛輪儲能系統(tǒng)是一種機電能量轉(zhuǎn)換的儲能裝置。該系統(tǒng)采用物理方法進行儲能，并通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機實現(xiàn)電能與高速運轉(zhuǎn)飛輪的機械動能之間的相互轉(zhuǎn)換和儲存。

一、飛輪儲能系統(tǒng)的組成

典型的飛輪儲能系統(tǒng)由飛輪本體、軸承、電機/發(fā)電機、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個主要組件構成。在實際應用中，飛輪儲能系統(tǒng)的結構有很多種。

軸承軸承的性能直接影響飛輪儲能系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命。應用的飛輪儲能系統(tǒng)多采用磁懸浮系統(tǒng)，減少電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的摩擦，降低機械損耗，提高儲能效率。

電機/發(fā)電機飛輪儲能系統(tǒng)的機械動能與電能之間的轉(zhuǎn)換是以電動/發(fā)電機及其控制為核心實現(xiàn)的。電動/發(fā)電機集成一個部件，在儲能時，作為電動機運行，由外界電能驅(qū)動電動機，帶動飛輪轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)至設定的某一轉(zhuǎn)速；在釋能時，電機又作為發(fā)電機運行，向外輸出電能，此時飛輪轉(zhuǎn)速不斷下降。顯然，低損耗、高效率的電動/發(fā)電機是能量高效傳遞的關鍵。

電力轉(zhuǎn)換器電力轉(zhuǎn)換器是為了提高飛輪儲能系統(tǒng)的靈活性和可控性，并將輸出電能通過調(diào)頻、整流或恒壓等變換為滿足負荷供電要求的電能。

真空室真空室的主要作用是提供真空環(huán)境，降低電機運行時的風阻損耗。

二、飛輪儲能系統(tǒng)的原理

在儲能時，外界電能通過電力轉(zhuǎn)換器變換后驅(qū)動電機運行，電機帶動飛輪轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)，直至達到設定的某一轉(zhuǎn)速。在飛輪加速旋轉(zhuǎn)的過程中，飛輪以動能的形式把能量儲存起來，完成電能到機械動能轉(zhuǎn)換的儲存能量過程，能量儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪體中。之后，飛輪以設定的那一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，直到接受到一個能量釋放的控制信號。

在釋能時，電機作為發(fā)電機使用，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪拖動電機發(fā)電，經(jīng)電力轉(zhuǎn)換器輸出適用于負載的電流和電壓，完成機械動能到電能轉(zhuǎn)換的釋放能量過程。在釋能的過程中，飛輪的轉(zhuǎn)速不斷的下降。整個飛輪儲能系統(tǒng)實現(xiàn)了電能的輸入、儲存和輸出。

飛輪儲能系統(tǒng)是一種具有廣闊應用前景的機械儲能系統(tǒng)，具有儲能密度高、適應性強、應用范圍廣、效率高、長壽命、無污染和維修花費低等優(yōu)點。飛輪儲能系統(tǒng)已被應用于航空航天、UPS電源、交通運輸、風力發(fā)電、核工業(yè)等領域。隨著復合材料技術、磁支撐技術、動發(fā)一體機技術和多學科優(yōu)化設計技術的不斷進步，對飛輪儲能技術的關注也越來越多，相關的新技術也不斷出現(xiàn)。