飛輪本質(zhì)上是一個機械電池，由繞軸旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量組成。它以動能的形式儲存能量，其工作原理是將轉(zhuǎn)子加速到非常高的速度，并將系統(tǒng)中的能量維持為旋轉(zhuǎn)能。飛輪儲能是一種很有前途的技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)的鉛酸電池作為儲能系統(tǒng)。

大多數(shù)現(xiàn)代高速飛輪儲能系統(tǒng) （FESS） 由一個巨大的旋轉(zhuǎn)圓柱體組成，該圓柱體由磁懸浮軸承支撐在定子（旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的固定部分）上。這些軸承是永磁體，通過排斥力支撐飛輪的重量，并通過電磁鐵穩(wěn)定。

理論與應(yīng)用

FESS 利用存儲在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量中的動能，摩擦損失低。系統(tǒng)的動能由方程 Ek = ? Iω2

其中 I 是慣性矩，ω 是旋轉(zhuǎn)圓盤的角速度;當(dāng) ω 或 I 增加時，系統(tǒng)的能量增加。

飛輪曾經(jīng)由鋼制成，現(xiàn)在由碳纖維復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料具有高抗拉強度，可以儲存更多的能量。飛輪中存儲的能量是其轉(zhuǎn)速與質(zhì)量的平方的函數(shù)，因此需要更高的轉(zhuǎn)速。以盡可能高的速度旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)最佳能量質(zhì)量比。然而，飛輪會受到很大的離心力，并且在低于較低密度材料的轉(zhuǎn)速下可能容易失效。

FESS 在真空中運行以減少阻力、摩擦和能量損失，并連接到電動發(fā)電機，該發(fā)電機通過先進(jìn)的電力電子設(shè)備與公用電網(wǎng)互動。它們在能源網(wǎng)存儲中用作瞬時電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)和平衡供需和用電之間突然變化的儲備，因此當(dāng)由于市電波動或丟失而需要短期備用電源時。

電能輸入用于使用內(nèi)置電動發(fā)電機將轉(zhuǎn)子加速到速度;慣性允許轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能。通過使用與發(fā)電機相同的電機消耗動能來釋放能量。

但它并不是發(fā)電的主要來源。電網(wǎng)中的額外動力被分流到飛輪并用于使它們運動。當(dāng)以后需要電力時，利用飛輪的動量產(chǎn)生電力，反饋給電網(wǎng)。

其他應(yīng)用

在 1950 年代，飛輪儲能系統(tǒng)被用于瑞士和比利時的陀螺車等車輛，它們還可以替代電動汽車中的傳統(tǒng)化學(xué)電池。它們還用于鐵路運輸、飛機發(fā)射系統(tǒng)以及 NASA 用于航天器儲能的 G2 飛輪。它們還可用于風(fēng)力渦輪機，以在非高峰期或高風(fēng)速期間儲存能量。

但這還不是全部。簡單的飛輪存在于摩擦玩具中，而更復(fù)雜的飛輪則用于過山車等游樂設(shè)施和賽車運動，以提高汽車的加速度。

優(yōu)勢

與其他儲電方式相比，F(xiàn)ESS 的使用壽命很長，可以使用幾十年，幾乎不需要維護(hù)。詹姆斯瓦特蒸汽機中的飛輪已經(jīng)連續(xù)工作了 200 多年。

FESS 還具有較高的比能量和較大的最大功率輸出。它們的能源效率 - 每輸入能量的能量輸出比率 - 可高達(dá) 90%。

此外，此類系統(tǒng)不像電池那樣受到溫度波動的影響，也不會受到許多其他常見故障的影響。FESS 對環(huán)境的破壞也較小，因為它們由惰性或良性材料制成。

審核編輯 黃宇