國(guó)內(nèi)外飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀、發(fā)展及未來(lái)概述

指利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要的時(shí)候再用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、軸承系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換能量系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。另外還有一些支持系統(tǒng)， 如真空、深冷、外殼和控制系統(tǒng)。基本結(jié)構(gòu)如圖所示。

飛輪儲(chǔ)能裝置中有一個(gè)內(nèi)置電機(jī)，它既是電動(dòng)機(jī)也是發(fā)電機(jī)。在充電時(shí)，它作為電動(dòng)機(jī)給飛輪加速；當(dāng)放電時(shí)，它又作為發(fā)電機(jī)給外設(shè)供電，此時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降；而當(dāng)飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)裝置則以最小損耗運(yùn)行。

飛輪儲(chǔ)能器中沒(méi)有任何化學(xué)活性物質(zhì)，也沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。旋轉(zhuǎn)時(shí)的飛輪是純粹的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，飛輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為：E =1/2Jω^2

式中： J為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。

由于在實(shí)際工作中，飛輪的轉(zhuǎn)速可達(dá)40000～500000r/min，一般金屬制成的飛輪無(wú)法承受這樣高的轉(zhuǎn)速，所以飛輪一般都采用碳纖維制成，既輕又強(qiáng)，進(jìn)一步減少了整個(gè)系統(tǒng)的重量，同時(shí)，為了減少充放電過(guò)程中的能量損耗（主要是摩擦力損耗），電機(jī)和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機(jī)械摩擦；同時(shí)將飛輪和電機(jī)放置在真空容器中，以減少空氣摩擦。這樣飛輪電池的凈效率（輸入輸出）可以達(dá)到95%左右。

二、國(guó)內(nèi)外飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀、發(fā)展及未來(lái)

飛輪電池是90年代提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，由于是電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化，不會(huì)造成污染。 飛輪儲(chǔ)能電池最初只是想將其應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，并沒(méi)有得到發(fā)展。直到上世紀(jì)90年代由于電路拓?fù)渌枷氲陌l(fā)展，碳纖維材料的廣泛應(yīng)用，以及全世界范圍對(duì)污染的重視，這種新型電池又得到了高速發(fā)展，并且伴隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展，這種電池顯示出更加廣闊的應(yīng)用前景，現(xiàn)正迅速地從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)。