現(xiàn)介紹美國、西歐和日本的主要研發(fā)飛輪儲能電源系統(tǒng)的廠商。
①美國宇航局(NASA)Glenn研究中心及其合作單位
N A S A 飛輪主要應(yīng)用于航空航天, 以及軍用裝甲車輛上, 用途主要是: 能量儲存、動力和姿態(tài)控制以及峰值功率調(diào)節(jié)等。設(shè)計儲能量: 3 6 0～8 4 0 kWh ;儲能密度: 4 4Wh / k g ;轉(zhuǎn)速:60000rpm;線速度:不小于880m/s。目標(biāo)建立和測試大型飛輪儲能系統(tǒng),目標(biāo):儲能密度大于100Wh/kg;線速度不小于1260m/s。工作高低轉(zhuǎn)速比:3:1;放電深度:90%;運行轉(zhuǎn)速內(nèi)無臨界模態(tài),后期研究控制模態(tài)可能性。
?、贐escon Power公司
Bescon Power公司生產(chǎn)的飛輪儲能產(chǎn)品用以滿足迅速增長的可靠的分布式電源需求。建立為通訊應(yīng)用提供后備電源的商業(yè)基礎(chǔ),估計每年擁有10000套飛輪系統(tǒng)需求。為電信/電纜設(shè)備提供備用電力供應(yīng)的20C1000飛輪儲能系統(tǒng)為主。
飛輪采用高強(qiáng)度復(fù)合材料輪緣,高速、長壽命、無需維護(hù)、低損耗永磁偏置主動/被動磁軸承,直流永磁無刷高效率、低損耗電動/發(fā)電機(jī),正弦波脈寬調(diào)制實現(xiàn)驅(qū)動電壓、電流一體化控制的雙向換流器,真空密封,埋入地下,運行狀況可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視。
指標(biāo):工作轉(zhuǎn)速:30000～100000rpm,最高線速度:700m/s,放電深度:90%,電機(jī)效率:96%,輸出可用儲量2000Wh;輸出電壓為直流3 6 V、4 8 V 或9 6 V , 額定輸出功率1 k W ; 輸入電壓120/240VDC,50/60Hz,最大輸入功率1.05kW;轉(zhuǎn)子重量:68kg,飛輪模塊重量:383kg,電子模塊重量9 0 k g ;設(shè)計壽命: 2 0年,平均故障間隔時間:10萬小時。
Bescon Power公司雖在去年破產(chǎn),但使其在飛輪儲能技術(shù)方面的領(lǐng)先對于飛輪儲能技術(shù)的應(yīng)用還是具有重大意義的。
?、跘ctive Power 公司
公司主要生產(chǎn)不間斷電源(UPS)的飛輪儲能電源系統(tǒng),以取代傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池,解決當(dāng)今對于電力品質(zhì)的高要求。公司產(chǎn)品的應(yīng)用對象主要是廣大工業(yè)用戶,比如:先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心、工業(yè)設(shè)備和廣播站等。目前,公司擁有29項發(fā)明專利,主要產(chǎn)品有Cat UPS系列和Cleansource DC 系列。Active Power的飛輪材料為4340鍛鐵,其飛輪轉(zhuǎn)子與電動/發(fā)電機(jī)、磁軸承整合在一起。用磁鐵卸去80%的重量以延長飛輪軸承的壽命和減小損耗。飛輪的工作轉(zhuǎn)速在7000～7700rpm。工作維持時間為幾十秒到幾分鐘。目前公司飛輪已經(jīng)產(chǎn)品化出售,并在北京設(shè)有辦事處。
由Active Power公司所研發(fā)的、一款集成飛輪UPS的模塊化電源系統(tǒng)“PowerHouse”已在中國推廣。作為箱式數(shù)據(jù)中心中不可缺少的部分——電源系統(tǒng),PowerHouse擯棄傳統(tǒng)蓄電池UPS而采用飛輪UPS作為整個系統(tǒng)的核心。專家認(rèn)為飛輪儲能不間斷供電系統(tǒng)將把箱式數(shù)據(jù)中心帶入全新境界。
PowerHouse以飛輪UPS為核心部件，并將柴油機(jī)組、ATS切換柜、開關(guān)配電柜及制況設(shè)備等部件集成在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，形成可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)?；贏ctive Power公司的高效及靈活性結(jié)構(gòu)，PowerHouse系統(tǒng)可被快速裝配及應(yīng)用。它的功率范圍從200kW到800kW不等，是完全可以擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，可隨用戶需求擴(kuò)容備用電源。
傳統(tǒng)備用電源需單個部件現(xiàn)場組裝, 而PowerHouse系統(tǒng)則是在工廠組裝完成、可現(xiàn)場復(fù)驗的電源解決方案。其設(shè)計、質(zhì)量控制、測試、建設(shè)和驗證都在工廠完成,而不是現(xiàn)場完成的,所以確保了集成飛輪UPS、開關(guān)柜、備用發(fā)電機(jī)和冷卻設(shè)備之間的相互操作性,也為系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝、部署節(jié)省了寶貴時間。
傳統(tǒng)U P S 中的蓄電池有效工作溫度為20～25℃,并且溫度每升高或降低10℃,其性能都會下降一半甚至更多。當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃之后,溫度每升高1℃,蓄電池壽命將縮短一年。飛輪UPS對環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng),可以在0℃到40℃之間正常運轉(zhuǎn),它不會因外界因素而發(fā)生退化現(xiàn)象,這就為箱式數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。另外,因為有150多個遙測網(wǎng)絡(luò)點對飛輪的運行情況進(jìn)行遙測,并可提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)性能圖片,所以這樣的機(jī)械動力系統(tǒng)具有可預(yù)知性。也就是說PowerHouse系統(tǒng)的安全性精確可控。
PowerHouse系統(tǒng)效率很高,但占用空間卻很小,用戶可在現(xiàn)場限制條件下,迅速部署具有安全防護(hù)特點的PowerHouse系統(tǒng)。用戶可以將其放置在諸如房頂、閑置的裝卸間、院落甚至停車廠之類的場所。
PowerHouse系統(tǒng),具有部署快,基建要求低,占地空間小,模塊化可方便升級、擴(kuò)容,結(jié)構(gòu)緊湊、方便移動等特點;越來越成為現(xiàn)今供電系統(tǒng)的新寵。
④VYCON公司
飛輪儲能設(shè)備制造商VYCON日前喜獲美國成長最快500家私營企業(yè)殊榮。排名第436位。這是該公司第二次入選該榜單。入選原因是由于該公司三年之內(nèi)獲得了797%的高速銷售增長率,實現(xiàn)收益660萬美元。同時,總部位于加利福尼亞州的約巴林達(dá)的VYCON公司也是加州能源行業(yè)中獲得本排名最高的入選企業(yè)。
VYCON公司更是將飛輪儲能系統(tǒng)納入港口起重機(jī)制造的先驅(qū),需要提及的是VYCON公司繼續(xù)加大與伊頓電氣集團(tuán)的合作,以促進(jìn)其VDC和VDC-XE飛輪儲能系統(tǒng)的市場銷售。
VYCON公司總裁FrankDeLattre表示:我們與伊頓的合作是十分成功的,我們將繼續(xù)加強(qiáng)雙方的合作關(guān)系,為伊頓的客戶提供安全高效的清潔能源儲備裝置。
伊頓產(chǎn)品經(jīng)理PedroRobredo表示:“我們十分高興繼續(xù)與VYCON加深合作,VYCON的高速飛輪儲能系統(tǒng)作為一種替代蓄電池的儲能系統(tǒng),各方面性能都非常好,這為我們的客戶提供了很好的解決方案。
⑤德國Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司
德國Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司1997年著手設(shè)計5MWh/100MW超導(dǎo)飛輪儲能電站的概念設(shè)計。電站由10個飛輪模塊組成,每個模塊儲能0.5MWh,功率10MW,重30t,直徑3.5m、高6.5m,用同步電動/發(fā)電機(jī)進(jìn)行電能輸入輸出。每個模塊包括一個電動/發(fā)電機(jī)子模塊、4個碳纖維復(fù)合材料制成的轉(zhuǎn)子模塊和6個SMB子模塊。每個飛輪轉(zhuǎn)子儲能125kWh,重3t,能量密度42Wh/kg,運行轉(zhuǎn)速2250～4500rpm,最大外緣線速度600m/s,最大拉應(yīng)力810Mpa。SMB由YBCO塊材料和稀土鐵棚型高強(qiáng)度永磁材料構(gòu)成,耗用10t的YBCO塊材和5t的永磁材料。系統(tǒng)效率96%。
⑥日本合作研發(fā)高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承飛輪儲能電源系統(tǒng)日本已投資3500萬美元進(jìn)行高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承飛輪儲能研究,由三菱、日立、精工等公司和多個研究所、高校組成3個研究組合作承擔(dān)。已研制出3種試驗?zāi)Ｐ蜋C(jī),并進(jìn)行了儲能8MWh容量1000kW的飛輪儲能機(jī)組的概念設(shè)計。日本原子能研究所一座大型核融合實驗爐采用了飛輪儲能發(fā)電裝置,其主要參數(shù)為:功率235MVA、電壓18kV、電流6898A、飛輪轉(zhuǎn)速420～600rpm、可釋放能量20MJ,轉(zhuǎn)子為碳素鋼鍛造的實心圓盤,重1000t。
(2)我國飛輪儲能技術(shù)的現(xiàn)狀落后國外十年
目前國內(nèi)從事與飛輪研究相關(guān)的單位有:清華大學(xué)工程物理系飛輪儲能實驗室、華北電力大學(xué)、北京飛輪儲能柔性研究所(由中國科學(xué)院電工研究所、天津核工業(yè)理化工程研究院等組成)、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國科大、中科院力學(xué)所、東南大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等,主要集中在小容量系列。其中,北航針對航天領(lǐng)域研制的“姿控/儲能兩用磁懸浮飛輪”已獲得2007年國家技術(shù)發(fā)明一等獎。華北電力大學(xué)和中國科學(xué)院電工研究所、河北省電力局合作, 已經(jīng)開始就電力系統(tǒng)調(diào)峰用飛輪儲能系統(tǒng)的課題進(jìn)行研究， 預(yù)計能夠取得可喜的成果。從總體上來看，國內(nèi)飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀落后國外十年，許多成果尚處于研究階段，在推廣應(yīng)用上還會有一段路要走。
總結(jié)
飛輪儲能電源系統(tǒng)具有效率高、建設(shè)周期短、壽命長、高儲能、充放電快捷、充放電次數(shù)無限以及無污染等特點,必將得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。
