飞轮储能简介飞轮储能的想法早在百年前就已经提出，但由于当时的技术条件，很长一段时间都没有突破。直到20世纪60 ~ 70年代，美国宇航局格伦研究中心才将飞轮应用到卫星上。20世纪90年代以后，飞轮储能技术有了更大的发展空间，因为在以下三个方面取得了突破。(1)高强度碳纤维复合材料(拉伸强度高达8.27GPa)的出现，大大增加了单位质量的动能储备。(2)磁悬浮技术和高温超导技术的研究进展迅速。采用磁悬浮和真空技术，飞轮转子的摩擦损耗和风损已经降到最低。(3)电力电子技术的新进展，如电动机/发电机和功率变换技术的突破，为飞轮储存的动能和电能之间的交换提供了先进的手段。飞轮是一种高科技机电一体化产品，在航空航天(卫星储能电池、一体化电源和姿态控制)、军事(大功率电磁炮)、电力(调峰)、UPS、汽车工业(电动汽车)等领域有着广阔的应用前景。2飞轮储能的工作原理飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限性，通过物理方法实现储能。高速飞轮的电能和机械动能由电动/发电双向电机转换储存，通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。储能时，电能经功率变换器转换后驱动电机运转，电机带动飞轮加速旋转。飞轮以动能的形式储存能量，完成电能转化为机械能的储能过程，能量储存在高速旋转的飞轮体内；之后电机保持恒速，直到收到能量释放的控制信号；释放能量时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，由功率变换器输出适合负载的电流和电压，从而完成机械能转化为电能的能量释放过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、存储和输出过程。3飞轮储能结构飞轮体是飞轮储能系统的核心部件。它的作用是提高转子的极限角速度，减轻转子的重量，使飞轮储能系统的储能最大化。目前多以碳纤维材料制成。轴承系统的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。目前飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，可以减少电机转子的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。飞轮储能系统以电动机/发电机及其控制为核心，实现机械能和电能的转换。电动机/发电机在储能时集成了一个部件，作为电动机运行，外部电能驱动电动机带动飞轮转子加速旋转到一定的设定速度。当释放能量时，电动机作为发电机运行并输出电能。此时，飞轮的速度不断降低。显然，低损耗和高效率的电动机/发电机是高效能量传递的关键。功率转换装置用于提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并对输出电能进行转换(调频、整流或恒压等。)转化为电能以满足负载供电的要求。真空室的主要作用是提供真空环境，减少电机运行时的风阻损失。飞轮储能系统主要包括转子系统、轴承系统和能量转换系统。还有其他支持系统，如真空、低温、壳体和控制系统。1.当转子系统的飞轮转动时，动能与飞轮的转动惯量成正比。飞轮的惯性矩与fl的二次方成正比 3.转换能量系统的飞轮储能装置中有一个内置电机，既是电动机又是发电机。充电时，充当电机加速飞轮；放电时充当发电机给外设供电，此时飞轮转速不断降低；当飞轮空转时，整个装置以最小的损耗运行。飞轮储能器中没有化学活性物质，不会发生化学反应。旋转的飞轮是纯机械的，飞轮的动能为：E=1/2J/2，其中：J为飞轮的转动惯量，为飞轮的角速度。飞轮储能的技术优势是技术成熟度高，充放电次数不限，无污染。飞轮能量密度不够高，自放电率高。如果停止充电，能量会在几个到几十个小时内自行耗尽。适用于电网调频和电能质量保证。4飞轮储能的应用。无电池磁悬浮飞轮储能UPS(1)当市电输入正常，或者市电输入低或高(在一定范围内)时，UPS会通过其内部的有源动态滤波器对市电进行稳定和滤波，从而保证对负载设备的高质量电力保护，同时对飞轮储能装置进行充电。UPS使用内置飞轮储能装置储存能量。(2)当市电输入质量不能满足UPS正常运行要求时，或者市电输入中断时，UPS会将飞轮储能装置中储存的机械能转化为电能，继续为负载设备提供优质不间断的电力保护。(3)在UPS内部问题影响工作的情况下，UPS通过其内部静态开关切换到旁路模式，市电直接向负载设备提供不间断电源保护。(4)当市电输入的供电恢复，或市电输入的质量恢复到满足UPS正常运行要求时，立即切换到通过UPS供电的模式，继续向负载设备提供优质不间断的电力保障，并继续向飞轮储能装置充电。2.电动汽车用电池目前，随着环保意识的提高和全球能源供需矛盾的加剧，开发节约能源的环保型汽车，采用替代能源减少环境污染，是世界汽车工业发展的重要趋势。汽车工业已经将注意力转向电动汽车的发展。寻找一种储能密度高、充电时间短、价格合理的新型电池，是电动汽车能否拥有更大机动性并与汽油车竞争的关键。飞轮电池因其清洁、高效、快速充放电、无环境污染而受到汽车行业的广泛重视。预计飞轮电池将是21世纪电动汽车行业的研究热点。3.不间断电源不间断电源因能保证不间断供电和供电质量，广泛应用于通信枢纽、国防指挥中心、工业生产控制中心等场所。目前，不间断电源由整流器、逆变器、静态开关和电池组组成。但目前通常对电池的工作温度、工作湿度、输入电压、放电深度都有要求，不允许电池频繁开合。飞轮具有储能大、储能密度高、充电快、充放电次数不限等优点，在不间断电源系统领域具有良好的应用前景。4.风力发电系统不间断供电由于风速不稳定，风力发电对风力发电用户来说是一个难题。传统的方法是安装柴油发电机，但由于柴油机本身的特殊要求，只能在启动后30分钟内停止。风经常持续几秒钟甚至几分钟。不仅柴油机组启动频繁，影响使用寿命；而且风扇重启后，柴油机会同时动作，会造成电能过剩。考虑到飞轮储存的大量能量。充电快，所以国外很多 5.大功率脉冲放电电源为了避免运载火箭只能使用一次的巨大浪费，减少空气污染，美国正在研究一种磁悬浮直线电机支架(又称太空电梯)来发射航天飞机，这就需要一种功率巨大但放电时间极短的电源。因此，降低一个容量巨大的存储系统提供的能量显然是不合理的。这可以通过使用飞轮储能系统来实现。