電的儲(chǔ)能方式。該系統(tǒng)采用物理方法進(jìn)行儲(chǔ)能，并通過電動(dòng)/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)實(shí)現(xiàn)電能與高速運(yùn)轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有功率密度高、儲(chǔ)能密度高、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、效率高、長壽命、無污染和維修花費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)。

典型的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由飛輪本體、軸承、電動(dòng)／發(fā)電機(jī)、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個(gè)主要組件構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種。圖1是一種飛輪與電機(jī)合為一個(gè)整體的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。

飛輪本體是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中的核心部件，作用是力求提高轉(zhuǎn)子的極限角速度，減輕轉(zhuǎn)子重量，最大限度地增加飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能量，目前多采用碳素纖維材料制作。軸承系統(tǒng)的性能直接影響飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命。

目前應(yīng)用的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)多采用磁懸浮系統(tǒng)，減少電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，降低機(jī)械損耗，提高儲(chǔ)能效率。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換是以電動(dòng)／發(fā)電機(jī)及其控制為核心實(shí)現(xiàn)的，電動(dòng)／發(fā)電機(jī)集成一個(gè)部件，在儲(chǔ)能時(shí)，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，由外界電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的某一轉(zhuǎn)速；在釋能時(shí)，電機(jī)又作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，向外輸出電能，此時(shí)飛輪轉(zhuǎn)速不斷下降。顯然，低損耗、高效率的電動(dòng)／發(fā)電機(jī)是能量高效傳遞的關(guān)鍵。

電力轉(zhuǎn)換裝置是為了提高飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性和可控性，并將輸出電能變換（調(diào)頻、整流或恒壓等）為滿足負(fù)荷供電要求的電能。真空室的主要作用是提供真空環(huán)境，降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)阻損耗。

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心部件是飛輪，它的設(shè)計(jì)力求提高轉(zhuǎn)子的極限角速度，減輕轉(zhuǎn)子重量，以最大限度地增加飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能量。同時(shí)，采用先進(jìn)的材料如碳素纖維制作飛輪，以提高其性能和安全性。

飛輪儲(chǔ)能器中沒有任何化學(xué)活性物質(zhì)，也沒有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。旋轉(zhuǎn)時(shí)的飛輪是純粹的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，飛輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為：E=1/2Jω2式中：J為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。

飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。而飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又正比于飛輪的直徑和飛輪的質(zhì)量，過于龐大、沉重的飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)受到極大的離心力作用，往往超過飛輪材料的極限強(qiáng)度，很不安全。因此，用增大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法來增加飛輪的動(dòng)能是有限的。

飛輪儲(chǔ)能裝置中有一個(gè)內(nèi)置電機(jī)，它既是電動(dòng)機(jī)也是發(fā)電機(jī)。在充電時(shí)，它作為電動(dòng)機(jī)給飛輪加速；當(dāng)放電時(shí)，它又作為發(fā)電機(jī)給外設(shè)供電，此時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降；而當(dāng)飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)裝置則以最小損耗運(yùn)行。

飛輪儲(chǔ)能是通過電動(dòng)/發(fā)電互逆式雙向電機(jī)，電能與高速運(yùn)轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存，并通過調(diào)頻、整流、恒壓與不同類型的負(fù)載接口。典型的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由飛輪本體、軸承、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個(gè)主要組件構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種。

圖1是一種飛輪與電機(jī)合為一個(gè)整體的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。充電時(shí)，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)通過轉(zhuǎn)換器接外電源作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，把飛輪轉(zhuǎn)子快速加速到非常高的轉(zhuǎn)速，于是電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能儲(chǔ)存起來。放電時(shí)，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，通過電子轉(zhuǎn)換器向負(fù)載輸出電能，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在航空航天、UPS電源、交通運(yùn)輸、風(fēng)力發(fā)電、核工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。與化學(xué)儲(chǔ)能相比，飛輪儲(chǔ)能的主要優(yōu)勢(shì)在于支持高頻次充放電、使用壽命長、安全性高，但劣勢(shì)在于儲(chǔ)電量低、度電成本高和功耗高。

目前，我國自主研發(fā)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)已取得重大突破，例如兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能裝置在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，以及飛輪與鋰電池儲(chǔ)能復(fù)合調(diào)頻項(xiàng)目的投運(yùn)。然而，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)尚不具備規(guī)?；a(chǎn)能力，仍需要進(jìn)一步的技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)推廣。

審核編輯：黃飛