飛輪儲(chǔ)能是將能量以飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的形式來存儲(chǔ)。充電時(shí)，飛輪由電機(jī)帶動(dòng)飛速旋轉(zhuǎn)；放電時(shí)，相同的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)的飛輪產(chǎn)生電能。儲(chǔ)存在飛輪中的能量與飛輪（以飛輪轉(zhuǎn)軸作為其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的參考軸）的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比。可見，雖然可以通過提高飛輪總質(zhì)量來達(dá)到更大的儲(chǔ)能量，更為有效的方法是提高飛輪的轉(zhuǎn)速。飛輪儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度較高（30Wh/kg和1kW/kg）、充放電次數(shù)與充放電深度無關(guān)、能量轉(zhuǎn)換效率高（可達(dá)90%）、可靠性高、易維護(hù)、使用環(huán)境條件要求低、無污染等優(yōu)點(diǎn)。圖1為一個(gè)典型的飛輪儲(chǔ)存裝置。該裝置包括高速旋轉(zhuǎn)的飛輪；封閉的殼體提供了一個(gè)高真空環(huán)境（~大氣壓力）以減少阻力損失，并保護(hù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；軸承系統(tǒng)為轉(zhuǎn)子提供低損耗支撐；以及電源轉(zhuǎn)換和控制系統(tǒng)。
二、關(guān)鍵技術(shù)
目前飛輪儲(chǔ)能技術(shù)主要有兩大分支，第一個(gè)分支是以接觸式機(jī)械軸承為代表的大容量飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其主要特點(diǎn)是儲(chǔ)存動(dòng)能、釋放功率大，一般用于短時(shí)大功率放電和電力調(diào)峰場合。第二個(gè)分支是以磁懸浮軸承為代表的中小容量飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、效率更高，一般用作飛輪電池、不間斷電源等。
為提高飛輪的轉(zhuǎn)速和降低飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的損耗，飛輪儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)包括高強(qiáng)度復(fù)合材料技術(shù)、高速低損耗軸承技術(shù)、高速高效發(fā)電/電動(dòng)機(jī)技術(shù)、飛輪儲(chǔ)能并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)技術(shù)、真空技術(shù)等。
三、應(yīng)用現(xiàn)狀
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，飛輪儲(chǔ)能受到了廣泛的重視，并得到了快速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了很多高性能的產(chǎn)品。美國、日本、法國、英國、德國、荷蘭、俄羅斯、西班牙、韓國、印度、瑞士、加拿大和意大利等國都在進(jìn)行研究和開發(fā)工作。其中美國投資最多，規(guī)模最大，進(jìn)展最快。美國Active Power公司的100~2000kW Clean Source系列UPS、Pentadyne公司的65~1000kVA VSS系列UPS、Beacon Power公司的25MW Smart Energy Matrix，波音公司Phantom工廠的采用高溫超導(dǎo)磁浮軸承的100kW/5kWh飛輪儲(chǔ)能裝置，以及SatCon Technology公司的315～2200kVA系列Rotary UPS，已經(jīng)開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、電力質(zhì)量改善和電力調(diào)峰等領(lǐng)域。美國的Viata Tech Engineering公司也將飛輪引入到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全頻調(diào)峰，飛輪機(jī)組的發(fā)電功率為300kW。
我國在飛輪的研究上起步較早，對(duì)軸承和轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵技術(shù)的研究做出了一些成果和貢獻(xiàn)。自20 世紀(jì)80年代開始關(guān)注飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，自90年代開始了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究。從事飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)的單位有：北京飛輪儲(chǔ)能（柔性）研究所、核工業(yè)理化工程研究院、中科院電工研究所、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所等。中國科學(xué)院電工研究所較早開展飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，開展了電磁浮軸承和超導(dǎo)磁浮軸承的理論研究與樣機(jī)試制。目前已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于鋼轉(zhuǎn)子和機(jī)械軸承的飛輪儲(chǔ)能裝置并應(yīng)用于微型電網(wǎng)穩(wěn)定控制和電能質(zhì)量改善，其功率為10kW，可利用儲(chǔ)能量為100Wh，轉(zhuǎn)子運(yùn)行于4000~8000r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間。清華大學(xué)從1995年開始相關(guān)研究，1997年300Wh飛輪儲(chǔ)能樣機(jī)首次實(shí)現(xiàn)充放電，支承在永磁-微型螺旋槽軸承上的復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)速高達(dá)43800r/min。華北電力大學(xué)同期也建立了試驗(yàn)裝置，研制的剛質(zhì)飛輪極限轉(zhuǎn)速10000r/min，也采用了低損耗的永磁-流體動(dòng)壓混合支承。北京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所近年來開展飛輪儲(chǔ)能電源的航天應(yīng)用研究。北航的飛輪實(shí)驗(yàn)裝置可用電能為13Wh，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到83%，實(shí)驗(yàn)輸出功率100W，最大輸出功率可達(dá)200W左右。2001年，核工業(yè)理化工程研究院研究設(shè)計(jì)了一種汽車用飛輪儲(chǔ)能裝置，用于燃料電池電動(dòng)汽車的輔助電源。北京飛輪儲(chǔ)能（柔性）研究所設(shè)計(jì)了XD-001型飛輪儲(chǔ)能裝置模擬機(jī)，飛輪材料為玻璃纖維復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速為30000r/min，儲(chǔ)能量為570Wh，發(fā)電電壓達(dá)到140V?？傮w上我國在飛輪的研究與應(yīng)用上與國際先進(jìn)水平相比差距較大，尤其是電力儲(chǔ)能用飛輪，目前大部分停留在小容量的原理驗(yàn)證，還沒有成熟的裝置和產(chǎn)品。
四、發(fā)展趨勢(shì)
飛輪儲(chǔ)能的主要發(fā)展趨勢(shì)包括先進(jìn)復(fù)合材料以提高能量密度、高速高效電機(jī)以提高功率密度和效率、磁懸浮等高承載力、微損耗軸承技術(shù)，以及飛輪陣列技術(shù)。
