中國儲能網(wǎng)訊:飛輪儲能是將能量以動能的形式儲存在高速旋轉的飛輪中,它主要由高強度合金和復合材料的飛輪轉子、高速軸承、電動/發(fā)電機、電力轉換器和真空安全罩(真空室)組成。其基本原理是由電能驅動飛輪到高速旋轉,電能轉變?yōu)轱w輪動能而儲存,當需要電能時,飛輪減速,電動機作發(fā)電機運行,將飛輪動能轉換成電能,飛輪的加速和減速實現(xiàn)了充電和放電,因此也被稱為飛輪電池。
與傳統(tǒng)的化學電池(如鉛酸電池、鋰離子電池等)相比,飛輪儲能具有儲能密度高、充放電速度快、效率高、壽命長(20年以上)、無需特殊維護、無污染、應用范圍廣、適應性強等優(yōu)點。系統(tǒng)在任何時點的實際電量信息可直接準確獲得。此外,飛輪儲能的占地面積不大,還可以埋在地下。以不間斷電源(UPS)應用來說,同等電量下飛輪儲能的占地面積只有鉛酸電池的1/4~1/3。
關于飛輪儲能與鉛酸電池的成本比較,清華大學工程物理系副研究員戴興建曾在2011年12月時對媒體記者表示:電池的運行需要空調作保證,因此需要額外的電費;兩三年更換電池,又是一筆費用;同樣容量的儲能,飛輪儲能占地面積小。綜合起來,兩者在壽命期內的競爭成本差不多。
但是,飛輪儲能技術也存在明顯的不足,主要是能量密度不高;放電時間短,一般不超過15分鐘;另外就是自放電率較高,,大約每小時自放電0.1%,這意味著1,000kWh的飛輪存儲電量,如果一直不用,大約41天就會消耗殆盡??蛰d損耗大(自放電率高)是制約其進一步發(fā)展的決定因素。據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示,現(xiàn)在產業(yè)化的主流技術的放電時間基本在10~100秒,最長達到900秒。
從飛輪儲能的技術特點來看,它最適合那些高功率、應用次數(shù)頻繁但應用時間又不長的不間斷電源(UPS)、電力調峰調頻等需求市場。目前,在不間斷電源市場,成立于1992年的Active Power公司(NASDAQ:ACPW)公司的飛輪儲能產品已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?;N售,而且,在為數(shù)不多的飛輪儲能企業(yè)中,Active Power是財務狀況比較好的一家公司。在電力調峰調頻市場,Beacon Power公司(NASDAQ:BCON)最具代表性,2011年春,全球首個大型“飛輪計劃”宣告展開——Beacon Power公司在紐約州史蒂芬鎮(zhèn)(Stephentown)的20MW項目裝置了200個飛輪。
在交通運輸領域,飛輪儲能技術也在積極嘗試,目前已有機構在積極開發(fā)HEV用的飛輪電池系統(tǒng)。其主要作用:A)穩(wěn)定主動力源的功率輸出。在混合動力汽車起步、爬坡和加速時,飛輪電池能夠快速、大能量的放電,為主動力源提供輔助動力,并減少主動力源的動力輸出損耗。B)提高能量回收的效率。在混合動力電動汽車下坡、滑行和制動時,飛輪電池能夠快速、大量的存儲動能,充電速度不受“活性物質”化學反應速度的影響,可提高再生制動時能量回收的效率。飛輪儲能用于HEV,存在的主要問題是如何盡可能減輕飛輪的陀螺效應以及提高飛輪的工作效率。
中國對飛輪儲能技術的研究大致始于上世紀80年代,但一直研究者甚少,政府也不太重視。資料顯示,到現(xiàn)在為止30多年來,飛輪儲能只獲得過兩個863計劃(國家高技術研究發(fā)展計劃)探索項目和一個“八·五”攻關項目的支持,除國防領域外,公開的總共投入經(jīng)費不足500萬元。
中國開發(fā)飛輪儲能技術的研究機構也不多,主要有清華大學工程物理系飛輪儲能實驗室、中科院電工所、北京航空航天大學、華北電力大學等少數(shù)幾家,其中中科院電工所是中國最早研發(fā)飛輪儲能技術的機構。目前,中科院電工所與天津核工業(yè)理化工程研究院等組成了北京飛輪儲能柔性研究所,專注于飛輪儲能技術的研究開發(fā)工作。企業(yè)方面,目前似乎只有英利集團一家在做。英利飛輪儲能設備的市場定位有兩個:一個是智能電網(wǎng)市場,另一個是新能源汽車的動力源市場。目前的市場重心主要在前者。
(來源:中國電池網(wǎng)-中國電池雜志)