飛輪儲(chǔ)能是指利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要的時(shí)候再用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。
1.飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的前景
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種新興的電能存儲(chǔ)技術(shù)，它與超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)、燃料電池儲(chǔ)能技術(shù)等各種先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，是近年來(lái)出現(xiàn)的、具有很大發(fā)展前景的儲(chǔ)能技術(shù)。雖然目前化學(xué)電池(鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池等)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，但是，鉛酸蓄電池有污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，磷酸鐵鋰蓄電池的充放電次數(shù)受到一定的限制。新能源、電動(dòng)汽車、UPS供電等許多行業(yè)迫切需要新型的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)滿足某些特殊技術(shù)要求。其中飛輪儲(chǔ)能技術(shù)就是一種具有無(wú)限的充放電次數(shù)和綠色環(huán)保型的儲(chǔ)能技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)始越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的許多行業(yè)中。《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃》及《2020年能源科技發(fā)展目標(biāo)》已將智能電網(wǎng)、間歇式電源的接入和大規(guī)模儲(chǔ)能等列為重大技術(shù)研究、重大技術(shù)裝備及示范工程項(xiàng)目?，F(xiàn)在，發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能已成為國(guó)家戰(zhàn)略，而中國(guó)也已成為可再生能源及城市交通電動(dòng)化（城軌及電動(dòng)汽車）的最大市場(chǎng)，這為飛輪儲(chǔ)能技術(shù)提供了廣闊市場(chǎng)。隨著 “新基建”的新一輪能源儲(chǔ)能技術(shù)變革，飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用將進(jìn)入快速發(fā)展期。
2.國(guó)內(nèi)外的技術(shù)概況
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展1967-2019年經(jīng)歷53年的歷程。美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用比較多，技術(shù)處于領(lǐng)先地位。歐洲的法國(guó)國(guó)家科研中心、德國(guó)的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究。目前國(guó)外主流技術(shù)采用第三代飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其采用NASA提出的碳纖維和磁懸浮技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)整體提高。2014年9月16日國(guó)內(nèi)第一臺(tái)飛輪200千瓦工業(yè)化磁飛輪調(diào)試成功，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)均達(dá)良好，這項(xiàng)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)科技和市場(chǎng)的空白。盾石磁能的 GTR 飛輪儲(chǔ)能裝置在城市軌道交通應(yīng)用項(xiàng)目在軌道交通領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但從總體上來(lái)看，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀落后國(guó)外十年，許多成果尚處于研究階段，在推廣應(yīng)用上還會(huì)有一段路要走。2020年4月，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟正式發(fā)布國(guó)內(nèi)首個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CNESA1202-2020《飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)通用技術(shù)條件》，助推國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能行業(yè)規(guī)范化發(fā)展。
3.存在的關(guān)鍵問(wèn)題
能量密度不夠高，能量釋放只能維持較短時(shí)間，一般只有幾十秒鐘。自放電率高，如停止充電，能量在幾到幾十個(gè)小時(shí)內(nèi)就會(huì)自行耗盡。ActivePower公司的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)單位模塊輸出250千瓦，待機(jī)損耗為2.5千瓦，有些數(shù)據(jù)稱其效率為99%。但其前提是迅速用掉電量的情況下才可具備的效率。自放電的情況效率大大降低。例如，幾萬(wàn)轉(zhuǎn)高速飛輪系統(tǒng)損耗在100瓦左右，1千瓦時(shí)的系統(tǒng)只能維持10小時(shí)的自放電。因此，飛輪儲(chǔ)能最適合高功率、短時(shí)間放電或頻繁充放電的儲(chǔ)能需求。對(duì)于數(shù)據(jù)中心，飛輪儲(chǔ)能秒級(jí)的放電時(shí)間是否可靠存在考量。
飛輪儲(chǔ)能概念與原理
1.概念
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是利用互逆式雙向電機(jī)（電動(dòng)/發(fā)電機(jī)）實(shí)現(xiàn)電能與高速旋轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種儲(chǔ)能技術(shù)。
圖1.飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖
2.技術(shù)原理
飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)主要由以下三部分組成：飛輪、電機(jī)和軸承，整個(gè)系統(tǒng)置于真空容器內(nèi)。飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)中的電機(jī)，既是電動(dòng)機(jī)也是發(fā)電機(jī)。
“充電”時(shí)，作為電動(dòng)機(jī)給飛輪加速，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能;“放電”時(shí)，作為發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，給外部供電;在為外部供電時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降。而當(dāng)飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的運(yùn)行損耗非常小。
飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能為：
式中：J為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ω為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。
從式(1)中可以看出，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能E與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J成正比。而飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J又正比于飛輪的直徑和飛輪的質(zhì)量，為得到較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J ，要采用大直徑和大質(zhì)量的飛輪。龐大、沉重的飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生極大的離心力，若超過(guò)飛輪材料的極限強(qiáng)度，將是極不安全的。因此，用增大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法來(lái)增加飛輪的動(dòng)能是不現(xiàn)實(shí)的。
不能用增大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)獲得飛輪動(dòng)能的增加，那么，只有通過(guò)提高飛輪的角速度ω 來(lái)增大飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)飛輪處于大氣中時(shí)，飛輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)要克服空氣的阻力(摩擦力)和軸承的摩擦損耗。將飛輪系統(tǒng)置于真空容器中，并采用超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，可以使飛輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)耗能達(dá)到最小。另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是軸承的設(shè)計(jì)和選擇。能在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下工作的軸承除要求軸承的摩擦損耗極小外，還應(yīng)具有足夠的承載能力，保證飛輪工作的可靠性和穩(wěn)定性。
飛輪儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)分析
1.飛輪材料的選擇
飛輪的儲(chǔ)能密度和飛輪能承受的強(qiáng)度會(huì)直接影響飛輪材料的選擇。
飛輪的儲(chǔ)能密度e為：
式中：ks—飛輪形狀系數(shù)；ρ—飛輪材料的密度，kg/cm3；σ—飛輪材料的許用應(yīng)力，MPa。
表1.飛輪轉(zhuǎn)子材料參數(shù)
由式（2）可以看出，飛輪材料密度成反比，與飛輪材料的許用應(yīng)力成正比。幾種常見(jiàn)的用于飛輪的材料，如表 1 所示。從數(shù)據(jù)中可以看出碳素纖維密度小，強(qiáng)度高，是其中最好的選擇。同時(shí)，使用碳素纖維制成的飛輪一旦發(fā)生解體，飛輪本身會(huì)變成絮狀物飛出，降低了事故帶來(lái)的危害。
2.真空室
當(dāng)前真空室的真空度達(dá)到了 10-5 Pa 級(jí)，用于減少飛輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與空氣的摩擦，同時(shí)也防止外力影響飛輪正常運(yùn)行。真空室可以使用透明的高強(qiáng)度玻璃鋼，這樣方便觀測(cè)飛輪的運(yùn)行狀況。同等氣壓下氦氣的導(dǎo)熱性是空氣的七倍，與飛輪的摩擦損耗大約只有空氣的七分之一，并且充入氦氣的工藝更簡(jiǎn)單，因此選擇氦氣作為真空室的介質(zhì)氣體具有一定優(yōu)勢(shì)。
3.軸承技術(shù)
在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的眾多損耗中，軸承的損耗占據(jù)了很大的比例，隨著各種先進(jìn)軸承技術(shù)的問(wèn)世，這部分損耗可以被大大的減少。下面將介紹幾種用于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的軸承。
機(jī)械軸承
較為普遍的機(jī)械軸承有滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、擠壓油膜阻尼軸承和陶瓷軸承等，由于滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的摩擦損耗相對(duì)較大，所以在高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中一般只用做輔助軸承，擠壓油膜阻尼軸承和陶瓷軸承在飛輪儲(chǔ)能中有所應(yīng)用。
被動(dòng)磁軸承
（1）永磁軸承是被動(dòng)磁軸承的一種，是利用永磁體使兩個(gè)或多個(gè)磁環(huán)在軸向或是徑向懸浮。隨著這幾年永磁體的不斷發(fā)展，其承載力也大大提高，應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。然而根據(jù)Earnshaw 定理，僅依靠永磁體無(wú)法使物體在空間六個(gè)自由度都達(dá)到穩(wěn)定懸浮，穩(wěn)定懸浮至少需要其中一個(gè)自由的上的主動(dòng)控制。
（2）超導(dǎo)磁軸承也是被動(dòng)磁軸承的一種。超導(dǎo)體在超導(dǎo)環(huán)境下具有邁斯納效應(yīng)，當(dāng)超導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中時(shí)，其內(nèi)部的磁場(chǎng)恒等于零，即超導(dǎo)體在磁場(chǎng)中表現(xiàn)出完全抗磁性。超導(dǎo)體在磁場(chǎng)作用下其表面產(chǎn)生無(wú)損的感應(yīng)電流，該電流在超導(dǎo)體中沒(méi)有損耗，同時(shí)形成了一個(gè)和原磁場(chǎng)大小相等、方向相反的鏡像磁場(chǎng)，如圖 2所示。這種磁場(chǎng)可以使物體穩(wěn)定懸浮。
圖2.邁斯納效應(yīng)
主動(dòng)磁軸承
主動(dòng)磁軸承又稱電磁軸承，是通過(guò)改變控制電路中電流的通斷和大小來(lái)控制磁場(chǎng)的變化，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)反饋位置信號(hào)與輸出電流信號(hào)及時(shí)調(diào)整控制電流，從而使軸承定子、轉(zhuǎn)子之間能夠穩(wěn)定懸浮，主動(dòng)磁軸承控制策略框圖，如圖 3所示。
圖3.主動(dòng)磁軸承控制策略框圖
混合軸承
在實(shí)際應(yīng)用中，通常將上述幾種軸承結(jié)合起來(lái)使用達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。（1）機(jī)械軸承與永磁軸承結(jié)合。機(jī)械軸承主要的缺點(diǎn)是摩擦損耗較大，永磁軸承可以幫助克服重力到來(lái)的定子、轉(zhuǎn)子之間的壓力，從而減少摩擦損耗。（2）超導(dǎo)體與永磁體混合軸承。超導(dǎo)體作為定子，永磁體做轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子能夠懸浮在某一位置。同時(shí)超導(dǎo)體中俘獲的磁通由于釘扎力的存在不會(huì)隨便運(yùn)動(dòng)，保證了軸向穩(wěn)定性，使得轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。（3）電磁與永磁體混合軸承。為了減少功耗，利用永磁體產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，電流產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，圖三極混合磁軸承如圖4 所示。
圖4.三極混合磁軸承
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)
1.參數(shù)性能
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，特別是高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有功率密度高、壽命長(zhǎng)、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)荷電狀態(tài)，對(duì)環(huán)境溫度不敏感等優(yōu)點(diǎn)，但也不可避免地存在嚴(yán)重的自放電現(xiàn)象。在能量型應(yīng)用時(shí)，飛輪儲(chǔ)能價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了其在能量型應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。高速飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的性能參數(shù)見(jiàn)表。
表2. 高速飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的性能參數(shù)表
2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)
目前大規(guī)模電儲(chǔ)能以抽水儲(chǔ)能為主，各種正在研發(fā)的新型儲(chǔ)能技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，如飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池儲(chǔ)能等。
電能存儲(chǔ)按容量可分為長(zhǎng)時(shí)大能量、短時(shí)高功率兩種，長(zhǎng)時(shí)大容量的抽水儲(chǔ)能電站可以在電網(wǎng)規(guī)模上提供數(shù)小時(shí)的電能供給；而短時(shí)高功率的飛輪儲(chǔ)能可為高端用戶端提供高品質(zhì)不間斷電能供給。高品質(zhì)電能供給、過(guò)渡電源、能源管理對(duì)儲(chǔ)能時(shí)間尺度分別為秒分、分時(shí)和數(shù)小時(shí)。
各種儲(chǔ)能方式的技術(shù)對(duì)比如表3所示。從中可以看出，飛輪儲(chǔ)能具有效率高（達(dá) 90%）、瞬時(shí)功率大（單臺(tái)兆瓦級(jí)）、響應(yīng)速度快（數(shù)毫秒）、使用壽命長(zhǎng)（10 萬(wàn)次循環(huán)和 15 年以上）、環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前最有發(fā)展前途的短時(shí)大功率儲(chǔ)能技術(shù)之一。
表3.儲(chǔ)能方式技術(shù)對(duì)比表
飛輪儲(chǔ)能在UPS供電系統(tǒng)中的應(yīng)用
磁懸浮式飛輪儲(chǔ)能UPS引發(fā)了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。這種技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)UPS利用鉛酸蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能的方式。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中，迅速增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，日益增加的運(yùn)營(yíng)成本，有限的機(jī)房空間和更高的能量密度，已經(jīng)成為云計(jì)算時(shí)代下，數(shù)據(jù)中心及其電源管理系統(tǒng)建設(shè)面臨的最大挑戰(zhàn)。
IDC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，電力能源成本已經(jīng)成為困擾數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者的頭號(hào)難題。其中，UPS、空調(diào)等周邊設(shè)備的耗電量大大高于主機(jī)電量。另外，酸鉛蓄電池并非綠色環(huán)保的產(chǎn)品。
因此，配備一套智能綠色UPS供電系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保的重中之重。傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中的蓄電池需要空調(diào)制冷，而且24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲(chǔ)能UPS系統(tǒng)則無(wú)需空調(diào)，大大節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本；而且，其占用的空間也大幅減??；維護(hù)成本低，無(wú)需更換電池；壽命長(zhǎng)達(dá)20年。圖6給出了柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能型UPS的外形圖。
圖6.柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能UPS的外形圖
在傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)中，當(dāng)電力發(fā)生中斷時(shí)，蓄電池會(huì)支撐系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，以此保證數(shù)據(jù)中心主機(jī)正常工作、空調(diào)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。蓄電池型UPS在此過(guò)程中，提供了“分鐘級(jí)”的電力供電。
而飛輪儲(chǔ)能型UPS受制于機(jī)械儲(chǔ)能，僅僅能夠提供30s到1min電力供電，這也是飛輪UPS被詬病的主要原因。然而，專家指出，如今，市電電源的可性達(dá)到99.9%，有些重要的負(fù)載都采用雙路市電供電，市電的可靠性可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了99.99%。萬(wàn)一市電中斷，后備電源的可靠性也可以達(dá)到99.9%，從市電到后備電源的切換，在技術(shù)上只需要10s的時(shí)間，這是一個(gè)公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，歐洲已經(jīng)將這個(gè)時(shí)間定了8s?？梢詳喽ǎw輪儲(chǔ)能型UPS能提供30s的電力完全能夠滿足從市電到后備電源的可靠切換的要求。圖7給出了柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能型UPS的運(yùn)行示意圖。
圖7.柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能型UPS的運(yùn)行示意圖
國(guó)內(nèi)外飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.國(guó)外飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展處于領(lǐng)先地位
美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展處于領(lǐng)先地位。日本已經(jīng)制造出容量26.5MVA，系統(tǒng)輸出電壓1100V，轉(zhuǎn)速510690r/min的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)。美國(guó)馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24kWh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)，其飛輪重172.8kg，工作轉(zhuǎn)速范圍11，610～46，345rpm，破壞轉(zhuǎn)速為48，784rpm，系統(tǒng)輸出恒壓110～240V，全程效率為81%。經(jīng)濟(jì)分析表明，運(yùn)行3年時(shí)間可收回全部成本。
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在美國(guó)發(fā)展得很成熟，他們制造出一種裝置，在空轉(zhuǎn)時(shí)的能量損耗達(dá)到每小時(shí)0.1%。歐洲的法國(guó)國(guó)家科研中心、德國(guó)的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究。
2011年10月30日，全球大規(guī)模飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用先驅(qū)Beacon Power申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)。BeaconPower開(kāi)創(chuàng)了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與電力公司合作的先例，使電力市場(chǎng)開(kāi)始接受飛輪儲(chǔ)能技術(shù)。從這個(gè)角度講，在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的歷史上，甚至于儲(chǔ)能發(fā)展的歷史上，Beacon Power的成就無(wú)人可以替代。盡管公司面臨破產(chǎn)，但其仍為20MW的飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目舉行一個(gè)建成投運(yùn)儀式。該飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)用于電廠儲(chǔ)能調(diào)頻，能做到15min的儲(chǔ)能規(guī)模。而一般應(yīng)用于UPS的飛輪儲(chǔ)能時(shí)間都不超過(guò)100s。就當(dāng)時(shí)而言，可以說(shuō)這是美國(guó)目前最先進(jìn)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。表4給出了國(guó)外幾個(gè)著名的飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的廠商。
表4.國(guó)外幾個(gè)著名的飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的廠商
2.我國(guó)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀落后國(guó)外十年
目前國(guó)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(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室、華北電力大學(xué)、北京飛輪儲(chǔ)能柔性研究所(由中國(guó)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(guó)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(duì)航天領(lǐng)域研制的“姿控/儲(chǔ)能兩用磁懸浮飛輪”已獲得2007年國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。從總體上來(lái)看，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀落后國(guó)外十年，許多成果尚處于研究階段，在推廣應(yīng)用上還會(huì)有一段路要走。
國(guó)內(nèi)從 2010年前后，出現(xiàn)了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)商業(yè)推廣示范應(yīng)用的技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，如北京奇峰聚能科技有限公司、蘇州菲萊特能源科技有限公司、深圳飛能能源有限公司、上海中以投資發(fā)展有限公司、北京泓慧國(guó)際能源技術(shù)發(fā)展有限公司、唐山盾石磁能科技有限責(zé)任公司等，這和 15 年前的美國(guó)情況相似。
飛輪儲(chǔ)能工程分析及應(yīng)用展望
某數(shù)據(jù)中心，需要500kVA UPS 86套，UPS共43MW。配套450kW ups飛輪儲(chǔ)能約86臺(tái)，工程造價(jià)、占地面積和蓄電池采用對(duì)比法分析。
下表為某數(shù)據(jù)中心工程43MW UPS 飛輪儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)分析。
表5. UPS系統(tǒng)飛輪與蓄電池投資造價(jià)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比較
可以看出，采用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)比較傳統(tǒng)蓄電池技術(shù)，20年的TCO可節(jié)省24%，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。
現(xiàn)階段的應(yīng)用問(wèn)題與展望
1.存在的問(wèn)題
高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)門檻較高，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)、磁軸承技術(shù)、真空中的高速高效電機(jī)技術(shù)仍然有一些亟待解決的課題：如復(fù)合材料的使用壽命評(píng)估、電磁軸承和高溫超導(dǎo)磁軸承的工程化應(yīng)用問(wèn)題、大功率高速電機(jī)轉(zhuǎn)子材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題以及高速軸系的機(jī)電耦合轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。
能量密度不夠高，能量釋放只能維持較短時(shí)間，一般只有幾十秒鐘。對(duì)于數(shù)據(jù)中心，飛輪儲(chǔ)能秒級(jí)的放電時(shí)間是否可靠存在考量。
2.應(yīng)用的展望
對(duì)大型數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，飛輪UPS的優(yōu)勢(shì)非常明顯。然而，在我國(guó)市場(chǎng)，飛輪UPS還是個(gè)新生事物，大家普遍在觀望等待。運(yùn)營(yíng)與采購(gòu)分開(kāi)，對(duì)綠色環(huán)保的重視程度不夠，以及創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)成為制約飛輪UPS進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的主要原因。要改變這種狀況，非一朝一夕之功。有專家指出，兩者并行將持續(xù)一段時(shí)間。當(dāng)然，我國(guó)積極倡導(dǎo)和推行運(yùn)用可再生動(dòng)力，開(kāi)展以低能耗、低污染、低排放為根底的低碳經(jīng)濟(jì)，環(huán)保儲(chǔ)能技術(shù)將成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可繼續(xù)開(kāi)展的必定選擇。
