中國儲能網(wǎng)訊：從我們小時候玩過的回力玩具汽車，到如今F1賽車上的動能回收系統(tǒng)，高速旋轉(zhuǎn)飛輪這種既傳統(tǒng)又陌生的儲能方式，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)透露了下一個高投入、高風(fēng)險和高產(chǎn)出項目——飛輪儲能設(shè)備，預(yù)計年底推出第一批樣機，“十二五”期間將生產(chǎn)至少45萬臺。
當(dāng)然，一個不容忽視的現(xiàn)實是，即便國際上最先進(jìn)的飛輪儲能設(shè)備，其儲能時間也僅有十幾分鐘。英利的此番投入，恐怕不會像世界杯上的廣告牌一樣，取得立竿見影的效果。
F1賽車場寵兒
所謂飛輪儲能技術(shù)，是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動能的形式儲存起來。需要能量時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來。
早在上個世紀(jì)50年代，瑞士歐瑞康公司就開發(fā)出飛輪儲能巴士。但此后三四十年間，由于高速旋轉(zhuǎn)飛輪驅(qū)動、飛輪軸承摩擦等問題都難以解決，飛輪儲能技術(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，飛輪儲能設(shè)備從2000年開始實現(xiàn)商業(yè)示范應(yīng)用。
特別地，超導(dǎo)技術(shù)和高強度材料為飛輪儲能提供了支撐。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、無需控制即可實現(xiàn)自穩(wěn)定懸浮等優(yōu)點。
飛輪儲能系統(tǒng)主要包括三個部分：儲存能量用的轉(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)電機系統(tǒng)。與其他形式的儲能技術(shù)相比，飛輪儲能具有使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數(shù)限制、安裝維護(hù)方便、對環(huán)境危害小等優(yōu)點。
代理美國艾泰沃（active power）公司產(chǎn)品的北京中誠安源電力技術(shù)有限公司尹志強總經(jīng)理說，現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)飛輪儲能商用的，包括美國艾泰沃和法國索克曼（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3萬轉(zhuǎn)。上海世博會和即將召開的廣州亞運會上均采用了艾泰沃的飛輪發(fā)電車。
據(jù)尹志強分析，一家三甲醫(yī)院采用蓄電池可能要花六七十萬元人民幣，用飛輪UPS大概100多萬元，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ATZ公司、美國波音公司、日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機構(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方程式汽車（F1）大賽中，允許各個車隊采用動能回收系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中將剎車時的動能回收后，可以選擇儲存在飛輪或電池，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)時的國際汽聯(lián)主席科斯·莫斯利（Max Mosley）表示，鋰電池更適合于長期的能量儲存，飛輪則適合吸收汽車大力制動下釋放的巨大能量流。
助力風(fēng)能輸出
在全球風(fēng)電場開發(fā)的熱潮中，飛輪儲能尋找到了新的發(fā)揮空間。
風(fēng)能具有隨機性、間歇性特點，風(fēng)電場輸送到電網(wǎng)的能量也是隨機波動的，給電網(wǎng)運行調(diào)度、系統(tǒng)安全運行帶來巨大壓力，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)院院長房建成教授說，飛輪儲能可以在很大程度上解決新能源發(fā)電的隨機性、波動性問題，實現(xiàn)風(fēng)電和太陽能發(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，可以用飛輪儲能將過多的能量儲存起來，能量過少的時候則釋放出來，作為一個整體系統(tǒng)，對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，加入飛輪儲能系統(tǒng)后，當(dāng)風(fēng)電場功率處于波峰時，飛輪加速旋轉(zhuǎn)，將波峰能量以機械能的形式儲存起來，當(dāng)風(fēng)電場功率處于波谷時將能量釋放出來，從而提高供電質(zhì)量。
目前，國外有公司或研究機構(gòu)已嘗試將飛輪儲能引入風(fēng)力發(fā)電。其中，德國琵樂公司（Piller）的飛輪儲能具備在15秒內(nèi)提供1.65兆瓦電力的能力；美國Beacon power公司（BCON）的20兆瓦飛輪儲能系統(tǒng)已在紐約州史蒂芬鎮(zhèn)開建，用來配合當(dāng)?shù)仫L(fēng)場，建成后可以滿足紐約州10%的儲能需要。
當(dāng)然，飛輪儲能還具有很大的局限性。中國電力科學(xué)研究院副總工程師胡學(xué)浩表示，對于電網(wǎng)來說，可根據(jù)時間長短將儲能可分為三大塊。時間最長的是能源管理，包括抽水蓄能電站、壓縮空氣儲能和蓄電池；時間稍短的是過渡能源，通?？啃铍姵亟鉀Q；時間最短的則是超級電容和飛輪。
他舉例說，電動汽車用鋰電池充電，但啟動時需要的電壓非常大，在這一瞬間就用超級電容，“沒有它不行，只有它也不行?！?
7月初，財新記者受到德國博世基金會邀請，到意大利都靈參加歐洲開放科學(xué)論壇（ESOF）時，也感受到了各國科學(xué)家對飛輪儲能等儲能技術(shù)的熱情。據(jù)參會的科學(xué)家表示，接納可再生能源的智能電網(wǎng)中，儲能設(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，飛輪和超級電容的儲能時間最短，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，飛輪儲能通常只能維持一兩分鐘。這也意味著，飛輪儲能優(yōu)勢不在于時間的長短，而是充放的快捷。
與超級電容、電池等儲能裝置相比，飛輪儲能是最昂貴的。正因為此，飛輪儲能在太空飛行器反而獲得了更多的應(yīng)用。比如，國際空間站上有飛輪儲能系統(tǒng)，中國也有儲能和陀螺定位兩用飛輪，美國還推出了飛輪儲能UPS和應(yīng)急供電車。
中國力量
如果不是英利的飛輪儲能計劃被媒體報道，很多公眾和投資人或許還不知道，中國也有一些機構(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，中國科學(xué)院電工研究所就開始了飛輪儲能系統(tǒng)的探索，但之后國內(nèi)沒有開展實質(zhì)性的研究工作。直到上世紀(jì)90年代中期，在國外技術(shù)進(jìn)步的影響下，國內(nèi)的飛輪儲能技術(shù)研發(fā)才逐步興起。
其中，清華大學(xué)在1997年首次實現(xiàn)0.3千瓦時飛輪儲能樣機的充放電實驗。幾年后，該校研究人員完成了0.5千瓦時飛輪儲能不間斷電源原理樣機，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)、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所等機構(gòu)還開展了飛輪儲能電源的航天應(yīng)用研究。房建成教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊所完成的“衛(wèi)星新型姿控儲能兩用飛輪技術(shù)”項目，還獲得了2007年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎。
房建成教授說，現(xiàn)在全球至少有3000套基于飛輪儲能的大功率綠色電源安全運行上千萬小時，但中國的飛輪儲能技術(shù)還停留在實驗室研究階段，與國外技術(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，中國起步比較晚，美國、日本和德國都領(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，國內(nèi)飛輪儲能技術(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)前英利的飛輪儲能電機中飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)6萬轉(zhuǎn)，將來會達(dá)到14萬轉(zhuǎn)，第一批飛輪儲能樣機功率將在20千瓦至60千瓦之間。該公司選擇了日本的小儲能研發(fā)路線，而沒有采取歐美的大儲能研發(fā)路線。
《21世紀(jì)經(jīng)濟報道》稱，英利準(zhǔn)備大規(guī)模生產(chǎn)飛輪儲能電池設(shè)備的想法已經(jīng)引起多個地方政府的注意，天津、北京、河北三地都希望英利將飛輪儲能設(shè)備生產(chǎn)線放到當(dāng)?shù)??！?
