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(zhuǎn)的飛輪中,它主要由高強度合金和復(fù)合材料的飛輪轉(zhuǎn)子、高速軸承、電動/發(fā)電機、電力轉(zhuǎn)換器和真空安全罩(真空室)組成。其基本原理是由電能驅(qū)動飛輪到高速旋轉(zhuǎn),電能轉(zhuǎn)變?yōu)轱w輪動能而儲存,當(dāng)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(zhuǎn)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(xué)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(yīng)用范圍廣、適應(yīng)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(zhǔn)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(yīng)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(guān)于飛輪儲能與鉛酸電池的成本比較,清華大學(xué)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(diào)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(nèi)的競爭成本差不多。
但是,飛輪儲能技術(shù)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(chǎn)業(yè)化的主流技術(shù)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(shù)特點來看,它最適合那些高功率、應(yīng)用次數(shù)頻繁但應(yīng)用時間又不長的不間斷電源(UPS)、電力調(diào)峰調(diào)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(chǎn)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(wù)狀況比較好的一家公司。在電力調(diào)峰調(diào)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(lǐng)域,飛輪儲能技術(shù)也在積極嘗試,目前已有機構(gòu)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(zhì)”化學(xué)反應(yīng)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(yīng)以及提高飛輪的工作效率。
中國對飛輪儲能技術(shù)的研究大致始于上世紀(jì)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(shù)研究發(fā)展計劃)探索項目和一個“八·五”攻關(guān)項目的支持,除國防領(lǐng)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(shù)的研究機構(gòu)也不多,主要有清華大學(xué)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(xué)、華北電力大學(xué)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(shù)的機構(gòu)。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(shù)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(shè)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)