中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從我們小時(shí)候玩過的回力玩具汽車，到如今F1賽車上的動(dòng)能回收系統(tǒng)，高速旋轉(zhuǎn)飛輪這種既傳統(tǒng)又陌生的儲(chǔ)能方式，正步入商業(yè)化應(yīng)用的階段。
7月初，在南非世界杯上大出風(fēng)頭的保定英利集團(tuán)透露了下一個(gè)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)和高產(chǎn)出項(xiàng)目——飛輪儲(chǔ)能設(shè)備，預(yù)計(jì)年底推出第一批樣機(jī)，“十二五”期間將生產(chǎn)至少45萬(wàn)臺(tái)。
當(dāng)然，一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，即便國(guó)際上最先進(jìn)的飛輪儲(chǔ)能設(shè)備，其儲(chǔ)能時(shí)間也僅有十幾分鐘。英利的此番投入，恐怕不會(huì)像世界杯上的廣告牌一樣，取得立竿見影的效果。
F1賽車場(chǎng)寵兒
所謂飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來。需要能量時(shí)，飛輪減速運(yùn)行，將存儲(chǔ)的能量釋放出來。
早在上個(gè)世紀(jì)50年代，瑞士歐瑞康公司就開發(fā)出飛輪儲(chǔ)能巴士。但此后三四十年間，由于高速旋轉(zhuǎn)飛輪驅(qū)動(dòng)、飛輪軸承摩擦等問題都難以解決，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展非常緩慢。
據(jù)清華大學(xué)工程物理系戴興建教授介紹，以不間斷供電備用電源（UPS）為突破點(diǎn)，飛輪儲(chǔ)能設(shè)備從2000年開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)示范應(yīng)用。
特別地，超導(dǎo)技術(shù)和高強(qiáng)度材料為飛輪儲(chǔ)能提供了支撐。西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所林群煦博士說，高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承具有旋轉(zhuǎn)損耗小、無(wú)需控制即可實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定懸浮等優(yōu)點(diǎn)。
飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：儲(chǔ)存能量用的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、支撐轉(zhuǎn)子的軸承系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)換能量和功率的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。與其他形式的儲(chǔ)能技術(shù)相比，飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對(duì)環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)。
代理美國(guó)艾泰沃（active power）公司產(chǎn)品的北京中誠(chéng)安源電力技術(shù)有限公司尹志強(qiáng)總經(jīng)理說，現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)飛輪儲(chǔ)能商用的，包括美國(guó)艾泰沃和法國(guó)索克曼（Socomec）等公司。艾泰沃用精鋼材質(zhì)，其轉(zhuǎn)速大概是每分鐘7700轉(zhuǎn)；索克曼用碳纖維材質(zhì)，轉(zhuǎn)速接近每分鐘3萬(wàn)轉(zhuǎn)。上海世博會(huì)和即將召開的廣州亞運(yùn)會(huì)上均采用了艾泰沃的飛輪發(fā)電車。
據(jù)尹志強(qiáng)分析，一家三甲醫(yī)院采用蓄電池可能要花六七十萬(wàn)元人民幣，用飛輪UPS大概100多萬(wàn)元，但使用和維護(hù)成本低得多，20年內(nèi)不需要任何更換。
目前，德國(guó)ATZ公司、美國(guó)波音公司、日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）等都在研制容量更大、功率更高的飛輪系統(tǒng)。
在上一賽季的世界一級(jí)方程式汽車（F1）大賽中，允許各個(gè)車隊(duì)采用動(dòng)能回收系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中將剎車時(shí)的動(dòng)能回收后，可以選擇儲(chǔ)存在飛輪或電池，并在6秒內(nèi)釋放出相當(dāng)于80匹馬力的能量，為賽車助力。當(dāng)時(shí)的國(guó)際汽聯(lián)主席科斯·莫斯利（Max Mosley）表示，鋰電池更適合于長(zhǎng)期的能量?jī)?chǔ)存，飛輪則適合吸收汽車大力制動(dòng)下釋放的巨大能量流。
助力風(fēng)能輸出
在全球風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的熱潮中，飛輪儲(chǔ)能尋找到了新的發(fā)揮空間。
風(fēng)能具有隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)輸送到電網(wǎng)的能量也是隨機(jī)波動(dòng)的，給電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度、系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來巨大壓力，這也成為制約風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的主要因素之一。
北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院院長(zhǎng)房建成教授說，飛輪儲(chǔ)能可以在很大程度上解決新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性問題，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等新能源的平滑輸出，方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)。
林群煦博士說，風(fēng)能發(fā)電功率不穩(wěn)定，可以用飛輪儲(chǔ)能將過多的能量?jī)?chǔ)存起來，能量過少的時(shí)候則釋放出來，作為一個(gè)整體系統(tǒng)，對(duì)外輸出的功率就是恒定的。
根據(jù)四川大學(xué)電氣信息學(xué)院湯凡博士的模擬結(jié)果，加入飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)后，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)功率處于波峰時(shí)，飛輪加速旋轉(zhuǎn)，將波峰能量以機(jī)械能的形式儲(chǔ)存起來，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)功率處于波谷時(shí)將能量釋放出來，從而提高供電質(zhì)量。
目前，國(guó)外有公司或研究機(jī)構(gòu)已嘗試將飛輪儲(chǔ)能引入風(fēng)力發(fā)電。其中，德國(guó)琵樂公司（Piller）的飛輪儲(chǔ)能具備在15秒內(nèi)提供1.65兆瓦電力的能力；美國(guó)Beacon power公司（BCON）的20兆瓦飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)已在紐約州史蒂芬鎮(zhèn)開建，用來配合當(dāng)?shù)仫L(fēng)場(chǎng)，建成后可以滿足紐約州10%的儲(chǔ)能需要。
當(dāng)然，飛輪儲(chǔ)能還具有很大的局限性。中國(guó)電力科學(xué)研究院副總工程師胡學(xué)浩表示，對(duì)于電網(wǎng)來說，可根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短將儲(chǔ)能可分為三大塊。時(shí)間最長(zhǎng)的是能源管理，包括抽水蓄能電站、壓縮空氣儲(chǔ)能和蓄電池；時(shí)間稍短的是過渡能源，通?？啃铍姵亟鉀Q；時(shí)間最短的則是超級(jí)電容和飛輪。
他舉例說，電動(dòng)汽車用鋰電池充電，但啟動(dòng)時(shí)需要的電壓非常大，在這一瞬間就用超級(jí)電容，“沒有它不行，只有它也不行。”
7月初，財(cái)新記者受到德國(guó)博世基金會(huì)邀請(qǐng)，到意大利都靈參加歐洲開放科學(xué)論壇（ESOF）時(shí)，也感受到了各國(guó)科學(xué)家對(duì)飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)的熱情。據(jù)參會(huì)的科學(xué)家表示，接納可再生能源的智能電網(wǎng)中，儲(chǔ)能設(shè)備的投資將占到將近一半。
西班牙巴塞羅那材料研究所的瑪利亞·羅莎·帕拉辛（Maria Rosa Palacin）說，飛輪和超級(jí)電容的儲(chǔ)能時(shí)間最短，其主要用途是改善電能質(zhì)量和提供不間斷電源（UPS）。
一般而言，飛輪儲(chǔ)能需要電能的持續(xù)輸入，以維持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒定。一旦斷電，飛輪儲(chǔ)能通常只能維持一兩分鐘。這也意味著，飛輪儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)不在于時(shí)間的長(zhǎng)短，而是充放的快捷。
與超級(jí)電容、電池等儲(chǔ)能裝置相比，飛輪儲(chǔ)能是最昂貴的。正因?yàn)榇耍w輪儲(chǔ)能在太空飛行器反而獲得了更多的應(yīng)用。比如，國(guó)際空間站上有飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，中國(guó)也有儲(chǔ)能和陀螺定位兩用飛輪，美國(guó)還推出了飛輪儲(chǔ)能UPS和應(yīng)急供電車。
中國(guó)力量
如果不是英利的飛輪儲(chǔ)能計(jì)劃被媒體報(bào)道，很多公眾和投資人或許還不知道，中國(guó)也有一些機(jī)構(gòu)在從事相關(guān)研究。
據(jù)戴興建教授介紹，早在上世紀(jì)80年代初期，中國(guó)科學(xué)院電工研究所就開始了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的探索，但之后國(guó)內(nèi)沒有開展實(shí)質(zhì)性的研究工作。直到上世紀(jì)90年代中期，在國(guó)外技術(shù)進(jìn)步的影響下，國(guó)內(nèi)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)才逐步興起。
其中，清華大學(xué)在1997年首次實(shí)現(xiàn)0.3千瓦時(shí)飛輪儲(chǔ)能樣機(jī)的充放電實(shí)驗(yàn)。幾年后，該校研究人員完成了0.5千瓦時(shí)飛輪儲(chǔ)能不間斷電源原理樣機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘42000轉(zhuǎn)。
近年來，北京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所等機(jī)構(gòu)還開展了飛輪儲(chǔ)能電源的航天應(yīng)用研究。房建成教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)所完成的“衛(wèi)星新型姿控儲(chǔ)能兩用飛輪技術(shù)”項(xiàng)目，還獲得了2007年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。
房建成教授說，現(xiàn)在全球至少有3000套基于飛輪儲(chǔ)能的大功率綠色電源安全運(yùn)行上千萬(wàn)小時(shí)，但中國(guó)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，與國(guó)外技術(shù)水平差距在十年以上。
西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所王素玉教授也曾經(jīng)表示，該研究所誕生了世界上第一輛高溫超導(dǎo)磁懸浮列車，但在研究高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承方面，中國(guó)起步比較晚，美國(guó)、日本和德國(guó)都領(lǐng)先十年以上。
戴興建教授及其同事在今年年初撰文指出，低速飛輪作為UPS儲(chǔ)能元件在十年前開始產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但高速飛輪因其技術(shù)難度大而至今仍然沒有獲得商業(yè)應(yīng)用。他們還指出，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研究廣泛，理論研究豐富，但工程應(yīng)用研究進(jìn)展緩慢。
根據(jù)英利首席執(zhí)行官苗連生此前透露的情況，當(dāng)前英利的飛輪儲(chǔ)能電機(jī)中飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)6萬(wàn)轉(zhuǎn)，將來會(huì)達(dá)到14萬(wàn)轉(zhuǎn)，第一批飛輪儲(chǔ)能樣機(jī)功率將在20千瓦至60千瓦之間。該公司選擇了日本的小儲(chǔ)能研發(fā)路線，而沒有采取歐美的大儲(chǔ)能研發(fā)路線。
《21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道》稱，英利準(zhǔn)備大規(guī)模生產(chǎn)飛輪儲(chǔ)能電池設(shè)備的想法已經(jīng)引起多個(gè)地方政府的注意，天津、北京、河北三地都希望英利將飛輪儲(chǔ)能設(shè)備生產(chǎn)線放到當(dāng)?shù)?。?br />
