飞轮储能系统及简述
飞轮储能(整理)
飞轮储能一.飞轮储能原理飞轮储能是通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。
典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电动/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。
图1是一种飞轮与电机合为一个整体的飞轮储能系统。
充电时，电动/发电机通过转换器接外电源作电动机运行,把飞轮转子快速加速到非常高的转速,于是电能转化为动能储存起来。
放电时,电动/发电机作发电机运行,通过电子转换器向负载输出电能,转子转速下降,动能转化为电能。
二.飞轮储能的关键技术飞轮电池的原理简单，主要结构和运行方法已经基本明确，但要实现起来却并不容易,要突破的关键技术有：(1)飞轮转子的设计：转子动力学，强度和密度的优化；(2)磁轴承和真空设计：低功耗，动力设计，高转速，长寿命；(3)功率电子电路：高效率，高可靠性，低功耗电动\发电机；(4)安全及保护特性：不可预期动量传递，防止转子爆炸可能性，安全轻型保护壳设计；(5)机械备份轴承：磁轴承失效时支撑转子。
飞轮储能方法一直未能得到广泛的应用，其原因主要有三个：1.飞轮本身的能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。
人们曾通过改变轴承结构，如变滑动轴承为滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力，通过抽真空的办法来减小空气阻力，轴承摩擦系数已小到0.001。
即使如此飞轮所储的能量在一天之内仍有25％被损失，仍不能满足高效储能的要求。
2. 常规的飞轮是由钢（或铸铁）制成的，储能有限。
例如，欲使一个发电力为100万千瓦的电厂均衡发电，储能轮需用钢材150万吨！3. 要完成电能机械能的转换，还需要一套复杂的电力电子装置。
三.飞轮储能技术的进展近年来，飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展：一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。
飞轮储能控制结构
飞轮储能控制结构
飞轮储能控制结构主要包括飞轮、电机、轴承、密封壳体、电力控制器和监控仪表等部分。
1.飞轮：作为储能的主体，飞轮的质量越大，转速越高，其储存的能量也越多。
飞轮的设计需要考虑到材料的强度和密度，以实现最大的储能效率。
2.电机：电机在飞轮储能系统中起到转换能量的作用，既可以作为电动机给飞轮加速储能，也可以作为发电机将飞轮的动能转换为电能输出。
3.轴承：轴承是支撑飞轮旋转的关键部件，它们需要承受高速旋转产生的离心力。
根据不同的设计，轴承可以是机械轴承、电磁轴承、高温超导磁悬浮轴承或混合轴承。
其中，混合磁轴承性能较优，可以降低飞轮的损耗并提高转速。
4.密封壳体：用于保护内部组件免受外界环境影响，如温度、湿度和污染等。
5.电力控制器：负责控制电机的运行状态，实现能量的有效转换。
6.监控仪表：用于实时监测系统的运行状态，包括转速、温度、压力等关键参数，确保系统安全稳定运行。
飞轮储能系统作为一种物理储能技术，以其高功率密度、高效率和长寿命的特点，在不间断电源（UPS）和电网调频等领域有着广泛的应用前景。
机械工程中飞轮能量存储系统设计分析
机械工程中飞轮能量存储系统设计分析概述：飞轮能量存储系统是一种利用高速旋转的飞轮来储存能量的机械装置。
其原理是将电能通过电动机传递给飞轮，使飞轮高速旋转。
当需要释放能量时，通过与发电机相连来逆转电动机，将飞轮的动能转化为电能输出。
在该能量转换过程中，飞轮作为能量的中介，起到了储能和释能的关键角色。
一、飞轮能量储存系统的组成飞轮能量储存系统由主要以下几部分组成：1. 飞轮：飞轮是整个储能系统的核心部分，它通过高速旋转实现能量的储存。
飞轮的惯性决定了能量储存的容量和释放能力。
因此，飞轮的设计及材料选择至关重要。
2. 电动机和发电机：电动机负责将电能传递给飞轮，使其旋转；而发电机则在需要释放能量时将飞轮的动能转化为电能输出。
3. 控制系统：控制系统负责监测储能和释能过程中的动态参数，并根据需要控制电动机和发电机的工作状态。
它保证储能系统的稳定运行，以及能量的高效储存和释放。
4. 储能单元：储能单元用于储存电能，在电能输入阶段，电能首先储存在储能单元中，待需要释放能量时再由储能单元向飞轮输送电能。
二、飞轮能量储存系统的设计考虑因素在设计飞轮能量储存系统时，需要考虑以下因素：1. 飞轮的材料选择：由于飞轮要承受高速旋转的压力和冲击力，因此其材料需要具备高强度、高硬度和良好的耐磨性。
常用的材料有钢、铝合金和碳纤维等。
2. 飞轮的形状和尺寸：飞轮的形状和尺寸直接影响其惯性矩和储能能力。
合理选择飞轮的尺寸和形状可以提高能量储存效率和安全性能。
3. 控制系统的设计：控制系统需要精确监测飞轮的转速、温度和压力等参数，并根据需要调整电动机和发电机的工作状态。
合理设计控制系统可以保证储能系统的稳定运行和高效储能。
4. 储能单元的选择：储能单元需要具备高能量密度和长寿命的特点。
目前常用的储能单元包括超级电容器和锂电池等。
根据实际需求选择适当的储能单元可以提高储能系统的性能和效率。
三、飞轮能量储存系统的应用领域飞轮能量储存系统在许多领域都有着广泛的应用：1. 新能源领域：飞轮能量储存系统可以与风力、太阳能等新能源发电装置相结合，解决新能源波动性大、不稳定的问题，提高能源利用效率。
飞轮储能技术研究报告
飞轮储能技术研究报告飞轮储能技术研究报告1.飞轮储能技术原理简介飞轮储能技术起源于20世纪70年代，但当时技术水平限制了其实际应用。
直到20世纪90年代，随着碳纤维材料和磁轴承技术的发展，美国科学家成功地研发出飞轮电池。
飞轮储能利用物理方法实现储能，实现电能和机械能的相互转化，工作过程中不会造成任何污染。
飞轮储能是一种物理储能方式，通过电力电子设备驱动飞轮进行高速旋转，利用飞轮高速旋转时所具备的动能进行能量存储，通过电动/发电一体化双向高效电机配合真空中的飞轮实现电能和动能的双向转换，如图1所示。
飞轮储能系统由高强度合金或复合材料做成的飞轮转子、高速轴承、电动/发电机、电力转换器、真空安全罩等部分组成，如图2所示。
飞轮储能设施充放电的实现方式为：（1）当飞轮存储能量时，电动/发电一体化双向高效电机实现电动机运行状态，将电能转换为飞轮转子的动能，飞轮转速升高实现能量的存储；（2）当飞轮释放能量时，电动/发电一体化双向高效电机实现发电机运行状态，将高速旋转的飞轮转子动能转换为电能，飞轮转速下降实现能量的释放。
飞轮所存储的能量计算公式为：E=Jω2，其中J为飞轮的转动惯量，ω为飞轮旋转的角速度。
从公式中可以看到，飞轮存储的能量值与飞轮转速的平方以及飞轮的转动惯量成正比。
提高飞轮的转速可以更显著地提高飞轮存储的能量值。
飞轮储能系统的控制策略原理如图3所示。
飞轮储能系统共有三种工作状态，分别为充电、维持和放电，可根据系统电压的高低自动响应充放电动作。
当系统电压抬高，电压值U>U2+a时，飞轮储能系统处于充电状态，吸收外部电能进行存储，充电的功率随系统电压的升高而增大；当系统电压降低，电压值U<U2-a时，飞轮储能系统处于放电状态，向外部释放电能，放电的功率随系统电压的降低而增大；当系统电压值在空载电压附近波动时，为飞轮的旋转维持区域[U2-a。
U2+a]，飞轮执行维持转速指令，处于不充电、不放电的空转状态。
飞轮储能技术及其在石油工程上的应用_概述说明以及解释
飞轮储能技术及其在石油工程上的应用概述说明以及解释1. 引言1.1 概述飞轮储能技术是一种利用高速旋转飞轮来存储和释放能量的先进技术。
随着石油工程领域对能源存储和利用效率的要求不断提高，飞轮储能技术逐渐引起了人们的关注。
本文旨在介绍和探讨飞轮储能技术在石油工程上的应用潜力以及相关的优势和局限性。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、飞轮储能技术概述、石油工程中的能量储存需求和挑战、飞轮储能技术在石油工程中的优势和局限性分析以及结论。
每个部分将详细说明相关内容，并通过案例和数据进行支撑，以全面阐述该领域的发展现状和未来前景。
1.3 目的本文旨在通过对飞轮储能技术及其在石油工程中应用的详细概述，帮助读者深入了解该技术背后原理与机制，并准确评估其在解决石油钻井过程中能量浪费问题上的潜力。
同时，我们将分析飞轮储能技术在应用过程中所面临的挑战和局限性，并提供相应的解决措施和发展方向，以期为相关研究者和从业人员提供相关参考和借鉴。
以上是“1. 引言”部分的内容介绍。
2. 飞轮储能技术概述2.1 飞轮储能技术原理飞轮储能技术是一种通过将机械能转化为旋转动能，并将其存储在旋转的金属轴上的方法。
它基于动力学原理，利用高速旋转的金属轴来存储和释放机械能。
当外部力使飞轮旋转时，它会获得机械能；而当需要释放能量时，它会逆向作用，将存储的机械能转化为有用的功。
2.2 飞轮储能系统组成与工作原理飞轮储能系统通常由以下几个组件构成：主要是由一个强大的电机驱动的大质量金属或复合材料制成的飞轮、驱动系统、控制系统和发电机组成。
该系统通过直接连接到驱动系统，经过电动机提供动力以加速飞轮达到目标运行速度，并将多余的功率通过发电机回馈到电网中。
在工作过程中，电动机向飞轮传递驱动力使其开始加速旋转。
一旦达到设计速度，控制系统便可以确保飞轮保持恒定的旋转速度。
当有能量需求时，系统可以通过切断电动机的供电来释放能量。
这时飞轮便会逆向作用，通过自身惯性继续提供功率。
飞轮物理储能系统分析及应用
飞轮物理储能系统分析及应用随着人们生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，随着储能技术日趋成熟和成本快速下降，中国储能产业快速发展，逐步从研发示范向商业化阶段过渡，但整体来看储能产业还处于发展初期阶段，仍存在发展前景不明晰、技术标准不完善、商业模式和市场机制不清晰等问题。
从发展规模、技术经济性、产业链等方面总结中国储能发展现状，基于“源-网-荷-储”协调规划理论，从宏观层面展望新能源大规模发展形势下中长期储能发展前景，研究储能在电力系统中的合理运行方式、与新能源消纳关系等重要问题;从微观层面对储能在电源侧、电网侧和用户侧等场景的应用关键问题及发展对策进行分析，并提出相关建议，为推动中国储能产业健康发展提供参考。
标签：飞轮储能系统;交流侧储能;直流侧储能;储能前景分析1、引言通过对相关一系列储能技术进行分析和研究，就能对我国电力系统在实际运行过程中的状况进行全面的了解。
通过运用新能源，能科学有效的处理能源大规模缺乏这一问题。
在对系统自身稳定性进行加强的基础上，还能对其全面性给予保证，进一步提高功率在波动过程中的指令，加强电能质量，对出现的问题进行科学处理。
现阶段无论是储能系统的前期规划，还是中期进行推动的过程，都能加强经济性，对资源配置进行不断优化的基础上，还能保证不同场合的储能系统都能得到科学有效的运用。
2、飞轮物理储能系统简介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，用物理的方式实现储能，通过电动机/发电机互逆式双向电机，实现电能与高速旋转的飞轮的机械动能之间的相互转换与存储，并通过电力电子设备实现与不同系统之间的接入与控制。
当充电时，采用电动机工作模式，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电动机带动飞轮加速旋转，将电能转变为机械能存储，完成充电过程;当放电时，采用发电机工作模式，利用发电机将飞轮高速旋转的动能转变为电能，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成放电过程。
飞轮储能技术及应用
飞轮储能技术及应用汤双清㊀著华中科技大学出版社内容提要本书是以作者多年来从事飞轮储能技术的研究成果,经过整理加工而成的㊂主要介绍了飞轮储能系统的发展历史与现状㊁飞轮电池的主要部件和一些关键技术㊂重点介绍了永磁磁力轴承悬浮力和刚度的计算理论㊁电动磁力轴承的原理和设计计算理论㊁飞轮电池能量转换理论以及飞轮储能系统在分布式发电系统中的应用㊂本书可作为科研院所和高等学校从事飞轮相关技术研究与开发的工程技术人员的参考书,也可作为从事磁力轴承和电机控制方面研究与开发的工程技术人员的参考书㊂作者简介汤双清,男,1962年7月出生于湖北孝感㊂1984年本科毕业于原葛洲坝水电工程学院机械工程系,1989年2月硕士毕业于东南大学机械工程系,1999年9月至2000年2月在法国瓦朗谢纳大学做访问学者,2004年2月博士毕业于华中科技大学机械科学与工程学院㊂现为三峡大学教授,中国机械工程学会会员,湖北省机械工程学会青年分会常务理事兼副秘书长,湖北省金工教学委员会常务理事,湖北省机械原理教学委员会常务理事,三峡大学 151 人才学术带头人㊂主要从事机械设计及理论方面的教学与科研工作,在机器人机构学和人工智能㊁计算机集成制造㊁加工过程数控㊁机电系统动态设计理论与方法㊁磁悬浮轴承及飞轮储能技术等领域有所成就㊂主持研究的课题及项目主要有: 工业机器人动力学参数识别 ㊁ 工业机器人的远㊁近程控制 ㊁ 新型磁力轴承悬浮机理研究 ㊁ 飞轮电池磁悬浮支承系统研究 ㊁ 超细长轴加工方案及制造设备研究 等项目㊂参与国家级研究项目有:国家自然科学基金3项,国家 九五 攀登计划项目子课题1项㊂在国内外刊物上发表论文近50篇,EI检索收录8篇㊂前㊀㊀言飞轮储能既是一个古老的话题,也是一个当今比较热门的话题㊂随着社会的进步和经济的发展,人类对能源的需求与日俱增;能源危机已经初现端倪,它将严重制约人类社会的飞速发展,甚至可能危及人类的生存㊂尽管采用飞轮储能技术并不能增加能源的供给,但它可以扩充能源的供应源,使原来不能直接应用的能源变得可以间接利用,从而可以从根本上缓解能源供应紧张的局面㊂此外,采用飞轮储能技术还可以改善电力供应质量,避免或减缓用电高峰拉闸限电的弊端,进而提高人们的生活质量㊂飞轮储能技术应用十分广泛,涉及卫星和空间站上的后备电源,多种重要设备(如计算机㊁通信系统㊁医疗设备等)的不间断电源(UPS),电动汽车㊁分布式发电㊁运载火箭和电磁炮等的瞬时大功率动力供应源,电网负载调节㊁脉冲动力设备等㊂飞轮储能技术涉及多种学科与技术,主要包括:机械科学㊁电气科学㊁磁学㊁控制科学和材料科学等多学科,以及复合材料的成型与制造技术㊁高矫顽力稀土永磁材料技术㊁磁悬浮技术㊁传感技术㊁用于VVVF (变压变频)的电力电子技术㊁高速双向电动机/发电机技术等关键技术㊂为了让更多的读者了解飞轮储能技术,为努力营造一个节约型的和谐社会尽微薄之力,作者将近年来研究的成果经过整理和加工编写成这本专著,供从事飞轮储能研究与开发的工程技术人员参考㊂限于作者的水平,书中难免有错误和不妥之处,敬请读者批评指正㊂著㊀者序能源工业是现代文明的支柱之一,是工业发展的主体,也是国民经济持续发展的基础,缺少能源,社会将很难发展,没有能源,人类将无法生存㊂中国‘能源发展 十一五 规划“日前公布㊂规划指出, 十一五 时期我国能源建设的总体安排是:有序发展煤炭;加快开发石油天然气;在保护环境和做好移民工作的前提下积极开发水电,优化发展火电,推进核电建设;大力发展可再生能源㊂适度加快 三西 煤炭㊁中西部和海域油气㊁西南水电资源的勘探开发,增加能源基地输出能力;优化开发东部煤炭和陆上油气资源,稳定生产能力,缓解能源运输压力㊂十一五 期间,我国将重点建设五大能源工程:能源基地建设工程㊁能源储运工程㊁石油替代工程㊁可再生能源产业化工程㊁新农村能源工程㊂飞轮储能作为一种储能技术,早在蒸汽时代就有所应用,但直到20世纪70年代,由于石油禁运和天然气危机,美国能源部(DoE)和美国航空航天局(NASA)率先资助开发包括用于电动汽车的飞轮储能系统研究和用于卫星动量矩飞轮的磁悬浮支承系统的研究,那时才真正将飞轮作为一种单独的储能装置,而不是早期仅用于机器速度波动的调节㊂之后,对飞轮储能的研究如雨后春笋,方兴未艾㊂飞轮储能系统也称飞轮电池,与化学电池相比,它的优点主要体现在:①储能密度高,瞬时功率大,功率密度甚至比汽油还高,因而在短时间内可以输出更大的能量,这非常有利于电磁炮的发射和电动汽车的快速启动;②在整个寿命周期内,不会因过充电或过放电而影响储能密度和使用寿命;③容易测量放电深度和剩余 电量 ;④充电时间较短,一般在几分钟就可以将电池充满;⑤使用寿命只取决于飞轮电池中电子元器件的寿命,因此较长,一般可达20年左右;⑥能量转换效率高,一般可达85%~95%,这意味着有更多可利用的能量,更少的热耗散,而化学电池最高仅有75%;⑦对温度不敏感,对环境十分友好(绝对绿色产天㊁国防㊁汽车工业㊁电力产业㊁医疗和通信等在内的多个行业与领域㊂因此,研究与开发飞轮电池的市场前景广阔㊂飞轮电池虽说不能 制造 能量,但它可以将零星的能量积聚起来使用,或将多余的能量储存起来在需要时再使用,而且还具备携带性,是一种储能更大的动力源,它的广泛使用将会引起电力工业的一场革命㊂本书是作者多年来对飞轮储能技术研究的一种总结与提炼,难免还有一些没有考虑周全的地方㊂因此,希望这本书的问世能得到同行专家和广大读者的帮助㊁批评与指正㊂2007年9月目㊀㊀录第1章㊀绪论(1)…………………………………………………………………㊀㊀1.1㊀引言(1)…………………………………………………………………㊀㊀1.2㊀飞轮电池的工作原理与应用领域(2)…………………………………㊀㊀㊀㊀1.2.1㊀飞轮电池的组成与工作原理(2)………………………………………㊀㊀㊀㊀1.2.2㊀飞轮电池的应用领域(4)……………………………………………㊀㊀1.3㊀国内外飞轮储能技术的发展概况(5)…………………………………㊀㊀㊀㊀1.3.1㊀磁力轴承研究现状(6)………………………………………………㊀㊀㊀㊀1.3.2㊀飞轮研究现状(10)…………………………………………………㊀㊀㊀㊀1.3.3㊀飞轮电池辅件分析(14)………………………………………………㊀㊀㊀㊀1.3.4㊀飞轮电池其他研究热点(16)…………………………………………㊀㊀1.4㊀飞轮储能技术的发展机遇和展望(17)………………………………㊀㊀1.5㊀本书各章简介(18)……………………………………………………第2章㊀飞轮电池转子的支承、驱动和控制方案(20)………………………………㊀㊀2.1㊀飞轮电池系统结构方案(21)…………………………………………㊀㊀2.2㊀组合磁悬浮支承系统方案的拟定(22)………………………………㊀㊀㊀㊀2.2.1㊀支承飞轮转子的磁力轴承(22)………………………………………㊀㊀㊀㊀2.2.2㊀组合磁悬浮的支承系统方案(23)……………………………………㊀㊀2.3㊀集成式电动机/发电机的选型分析(24)………………………………㊀㊀㊀㊀2.3.1㊀飞轮电池所用电机(24)………………………………………………㊀㊀㊀㊀2.3.2㊀永磁同步电机数学模型(27)…………………………………………㊀㊀㊀㊀2.3.3㊀永磁同步电机的控制策略(29)………………………………………㊀㊀2.4㊀电动机/发电机的控制方案拟定(31)…………………………………㊀㊀本章小结(32)…………………………………………………………………第3章㊀电动磁力轴承的悬浮机理(34)…………………………………………㊀㊀3.3㊀转子的磁力分析(38)…………………………………………………㊀㊀㊀㊀3.3.1㊀导体环1所受电磁力分析(39)………………………………………㊀㊀㊀㊀3.3.2㊀导体环i 所受电磁力分析(40)………………………………………㊀㊀㊀㊀3.3.3㊀转子的受力分析(40)………………………………………………㊀㊀㊀㊀3.3.4㊀最优的导体环数的确定(41)…………………………………………㊀㊀3.4㊀电动磁力轴承的稳定性分析(42)……………………………………㊀㊀㊀㊀3.4.1㊀转子稳定运转条件的建立(42)………………………………………㊀㊀㊀㊀3.4.2㊀系统稳定运转的最低速度和临界阻尼的确定(46)……………………㊀㊀3.5㊀阻尼系统的设计(46)…………………………………………………㊀㊀3.6㊀电动磁力轴承的可行性和特性分析(48)……………………………㊀㊀3.7㊀设计实例(50)…………………………………………………………㊀㊀本章小结(51)…………………………………………………………………第4章㊀永磁体空间磁场的计算方法(53)………………………………………㊀㊀4.1㊀引言(53)………………………………………………………………㊀㊀4.2㊀磁化磁体的物理计算模型(54)………………………………………㊀㊀㊀㊀4.2.1㊀Maxwell 方程组及交界面条件(54)……………………………………㊀㊀㊀㊀4.2.2㊀等效磁荷模型(56)…………………………………………………㊀㊀㊀㊀4.2.3㊀等效电流模型(59)…………………………………………………㊀㊀4.3㊀永磁体周围空间磁场计算的数值方法(60)…………………………㊀㊀㊀㊀4.3.1㊀稳恒电磁场问题的统一表示形式和对应的变分方程(61)……………㊀㊀㊀㊀4.3.2㊀等效磁荷模型对应的变分形式(62)…………………………………㊀㊀㊀㊀4.3.3㊀等效电流模型对应的变分形式(62)…………………………………㊀㊀㊀㊀4.3.4㊀变分问题的有限元法(63)……………………………………………㊀㊀㊀㊀4.3.5㊀轴对称问题的有限元格式(65)………………………………………㊀㊀4.4㊀圆柱形永磁体空间磁场的计算实例(67)……………………………㊀㊀㊀㊀4.4.1㊀永磁体及周围空间求解域的几何建模与网格划分(68)………………㊀㊀㊀㊀4.4.2㊀对整个求解域的求解(68)……………………………………………㊀㊀本章小结(70)…………………………………………………………………第5章㊀永磁轴承构形综合及其磁力和刚度的计算方法(72)…………………㊃2㊃飞轮储能技术及应用㊀㊀5.3㊀永磁轴承悬浮力的计算理论(76)……………………………………㊀㊀㊀㊀5.3.1㊀重要的数学关系推导(76)……………………………………………㊀㊀㊀㊀5.3.2㊀Maxwell 应力张量及其磁力计算公式(77)……………………………㊀㊀㊀㊀5.3.3㊀虚功原理对应的磁力计算公式(79)…………………………………㊀㊀5.4㊀磁力计算的数值方法(80)……………………………………………㊀㊀㊀㊀5.4.1㊀Maxwell 力对应的数值方法(80)………………………………………㊀㊀㊀㊀5.4.2㊀虚功力对应的有限元法(81)…………………………………………㊀㊀5.5㊀磁力轴承刚度计算的有限元法(84)…………………………………㊀㊀5.6㊀永磁轴承应用实例分析(85)…………………………………………㊀㊀㊀㊀5.6.1㊀通用圆环形永磁体构成的永磁轴承特性分析(85)……………………㊀㊀㊀㊀5.6.2㊀带锥面磁隙的永磁轴承特性分析(88)………………………………㊀㊀5.7㊀永磁轴承磁场和悬浮力的实验分析(91)……………………………㊀㊀㊀㊀5.7.1㊀永磁轴承的实验方案(91)……………………………………………㊀㊀㊀㊀5.7.2㊀永磁轴承磁场和悬浮力测试(93)……………………………………㊀㊀㊀㊀5.7.3㊀测试结果分析(96)…………………………………………………㊀㊀本章小结(98)…………………………………………………………………第6章㊀飞轮电池能量转换原理与矢量控制(100)……………………………㊀㊀6.1㊀引言(100)………………………………………………………………㊀㊀6.2㊀飞轮电池能量转换方案(100)…………………………………………㊀㊀㊀㊀6.2.1㊀飞轮电池能量转换系统的要求(100)…………………………………㊀㊀㊀㊀6.2.2㊀飞轮电池能量转换系统分析(101)……………………………………㊀㊀6.3㊀PWM 变流器的工作原理分析(103)…………………………………㊀㊀㊀㊀6.3.1㊀单相PWM 变流器工作原理(103)……………………………………㊀㊀㊀㊀6.3.2㊀三相电压型PWM 变流器工作原理(108)……………………………㊀㊀6.4㊀PWM 变流器的数学模型(111)………………………………………㊀㊀㊀㊀6.4.1㊀三相电压型PWM 变流器的数学模型(111)…………………………㊀㊀㊀㊀6.4.2㊀基于虚拟磁链的PWM 变流器数学模型(115)…………………………㊀㊀6.5㊀IGBT 模型和整流器的仿真模型(118)………………………………㊀㊀6.6㊀飞轮电池能量转换系统的矢量控制(119)……………………………㊃3㊃目录㊀㊀㊀㊀6.6.3㊀开关逻辑作用顺序(126)……………………………………………㊀㊀本章小结(127)………………………………………………………………第7章㊀飞轮电池在分布式发电系统中的应用(128)…………………………㊀㊀7.1㊀引言(128)………………………………………………………………㊀㊀7.2㊀含有飞轮电池的太阳能发电站的系统控制结构(129)………………㊀㊀7.3㊀太阳能电池的工作原理㊁种类及选用(131)…………………………㊀㊀7.4㊀飞轮储能单元(133)……………………………………………………㊀㊀7.5㊀动力系统的调节与控制(135)…………………………………………㊀㊀㊀㊀7.5.1㊀单相逆变器(135)……………………………………………………㊀㊀㊀㊀7.5.2㊀三相整流/逆变器(139)……………………………………………㊀㊀7.6㊀系统仿真(140)…………………………………………………………㊀㊀本章小结(144)………………………………………………………………第8章㊀结语(145)………………………………………………………………㊀㊀8.1㊀全文总结(145)…………………………………………………………㊀㊀8.2㊀研究展望(146)…………………………………………………………参考文献(148)……………………………………………………………………㊃4㊃飞轮储能技术及应用第1章㊀绪㊀㊀论1.1㊀引㊀㊀言飞轮储能系统作为一种使能技术已经应用到包括航空航天㊁电动汽车㊁通信㊁医疗㊁电力等领域[1]㊂早在20世纪70年代,由于石油禁运和天然气危机,美国能源部(DoE)和美国航空航天局(NASA)率先资助开发包括用于电动汽车的飞轮储能系统的研究和用于卫星动量矩飞轮的磁悬浮支承系统的研究㊂之后,英㊁法㊁德㊁日等西方国家也相继投入大量的人力㊁物力进行飞轮电池的研究,而我国从20世纪90年代才开始进行这方面的研究㊂飞轮储能系统又称飞轮电池或机电电池[2],它已经成为电池行业一支新生的力量,并在很多方面有取代化学电池的趋势㊂与化学电池相比,飞轮电池的优势主要表现在:①储能密度高,瞬时功率大,功率密度甚至比汽油的还高[3],因而在短时间内可以输出更大的能量,这非常有利于电磁炮的发射和电动汽车的快速启动;②在整个寿命周期内,不会因过充电或过放电而影响储能密度和使用寿命,而且飞轮也不会受到损害;③容易测量放电深度和剩余 电量 ;④充电时间较短,一般在几分钟就可以将电池充满;⑤使用寿命主要取决于飞轮电池中电子元器件的寿命,一般可达20年左右;⑥能量转换效率高,一般可达85%~ 95%,这意味着有更多可利用的能量㊁更少的热耗散,而化学电池的能量转换效率最高仅有75%;⑦对温度不敏感,对环境十分友好(绝对绿色产品);⑧当它与某些其他装置组合使用时,如用于卫星上与卫星姿态控制装置结合在一起时,它的优势更加明显㊂现代飞轮电池使用复合材料飞轮和主动㊁被动组合磁悬浮支承系统[4]已实现飞轮转子转速达60000r/min以上,放电深度达75%以上,可用能量密度大于20Wh/lb(44W㊃h/kg)㊂而镍氢电池的能量密度仅有5~6W㊃h/lb(11~12 W㊃h/kg),放电最大深度不能超过40%㊂总体来说,目前飞轮电池的可用能量密度最低也在40W㊃h/kg以上,最高的已经达到944W㊃h/kg,可见它的优势是十分明显的㊂当它用于电动汽车上时[5],使得现代汽车制造业者完全不必考虑汽车废气的排放,从而真正开创无废气排放汽车的历史㊂不管飞轮电池应用于哪个领域,对飞轮电池的开发研究都会涉及以下几个方面的新技术:复合材料的成型与制造技术;高矫顽力稀土永磁材料技术;磁悬浮技术;用于VVVF(变压变频)电机的电力电子技术;高速双向电动机/发电机技术㊂这些技术通过系统工程技术(包括系统结构仿真和分析)而被融合在一起㊂尽管飞轮电池技术有了长足的进展,但由于它涉及机械科学与技术㊁电机学㊁电力电子技术㊁电磁学㊁传感技术与控制科学㊁材料科学等多学科诸方面的技术,所以到目前为止,国内外仍没有一套成熟的理论和设计方法指导飞轮储能系统的设计㊂即便在国外已有开发出的飞轮电池可供使用,但仍有诸多方面需要改善,而且价格昂贵㊂只有大幅降低其价格并提高其可靠性,才有大范围推广应用的可能㊂本书着重介绍作者这几年关于经济型飞轮电池的研究成果,使读者能更好地了解国内外飞轮电池的研究现状,也为有志于从事飞轮储能的读者提供研究参考㊂1.2㊀飞轮电池的工作原理与应用领域1.2.1㊀飞轮电池的组成与工作原理1.飞轮电池的组成典型的飞轮储能系统一般是由三大主体㊁两个控制器和一些辅件所组成:①储能飞轮;②集成驱动的电动机/发电机;③磁悬浮支承系统;④磁力轴承控制器和电机变频调速控制器;⑤辅件(如着陆轴承㊁冷却系统㊁显示仪表㊁真空设备和安全容器等)㊂图1.1所示为一种飞轮电池的结构简图[6]㊂其中:1为飞轮;2为含有水冷却的径向磁轴承的定子;3为径向磁轴承;4为轴向磁轴承;5为含有水冷却的电㊃2㊃飞轮储能技术及应用机定子;6为电机内转子部分;7为电机外转子部分;8为真空壳体㊂图1.1㊀飞轮电池结构简图1 飞轮;2 径向磁轴承的定子;3 径向磁轴承;4 轴向磁轴承;5 电机定子;6 电机内转子部分;7 电机外转子部分;8 真空壳体㊀2.飞轮电池的工作原理飞轮电池类似于化学电池,它有以下两种工作模式㊂(1) 充电 模式㊂当飞轮电池充电器插头插入外部电源插座时,打开启动开关,电动机开始运转,吸收电能,使飞轮转子速度提升,直至达到额定转速时,由电机控制器切断与外界电源的连接㊂在整个充电过程中,电机作电动机用㊂(2) 放电 模式㊂当飞轮电池外接负载设备时,发电机开始工作,向外供电,飞轮转速下降,直至下降到最低转速时由电机控制器停止放电㊂在放电过程中,电机作为发电机使用㊂这两种工作模式全部由电机控制器负责完成㊂飞轮转子在运动时由磁力轴承实现转子无接触支承,而着陆轴承则主要负责转子静止或存在较大的外部扰动时的辅助支承,避免飞轮转子与定子直接相碰而导致灾难性破坏㊂真空设备用来保持壳体内始终处于真空状态,减少转子运转的风耗㊂冷却系统则负责电机和磁悬浮轴承的冷却㊂安全容器用于避免一旦转子产生爆裂或定子与转子相碰时发生意外㊂显示仪表则用来显示剩余电量㊃3㊃第1章㊀绪㊀㊀论㊃4㊃飞轮储能技术及应用和工作状态㊂1.2.2㊀飞轮电池的应用领域飞轮电池的应用十分广泛,但主要分为两大类型[1]~[7]:一是作为储能用的,如卫星和空间站的电源,车辆的动力装置,各种重要设备(如计算机㊁通信系统㊁医疗设备等)的不间断电源(UPS)等;二是作为峰值动力用的,如电力系统峰值负载的调节,分布式发电系统中电网电力的波动调节,混合动力车辆负载的调节,运载火箭和电磁炮等的瞬时大功率动力供应源,脉冲动力设备等㊂1.在电动汽车和军用车辆上的应用目前,飞轮储能系统可以单独或与其他动力装置一起混合用于电动汽车上,极大地改善汽车的动力性和经济性以及汽车尾气的排放状况[8]~[11]㊂飞轮储能系统在军事车辆的脉动负载和运行负载调节方面也担负重要角色,如德克萨斯大学奥斯丁电动力学研究中心(UT-CEM)就为军用车辆开发了脉动负载和运行负载调节的飞轮储能系统[12],该系统能储存25MJ的能量,能提供5MW的瞬时功率,可满足14t级军用车辆的脉动动力要求㊂2.在卫星和航天器上的应用Fare公司㊁马里兰大学及受NASA资助的刘易斯(Lewis)研究中心共同开发了空心飞轮系统[13][14],它是将马里兰大学的500W㊃h的空心飞轮系统按比例缩小成50W㊃h的空心飞轮系统㊂该系统用于近距离地球轨道(LEO)卫星和地球同步轨道(GEO)卫星的动力装置,取代了原先的化学电池㊂同时,它结合飞轮储能和卫星的姿态控制,使其优势更加明显[15][16]㊂3.在电热化学炮、电磁炮上的应用飞轮储能系统在电磁炮应用中具有明显优势,有一种8级逐级驱动的线性感应线圈发射炮能将3kg的炮弹以2km/s的速度发射[17]㊂电热化学炮要求在1~5ms内将脉动动力传到枪炮后膛,而由飞轮储能装置构成的脉冲盘交流发电机(PDA)就能适应这种要求[18]㊂4.用于电力质量和电网负载调节电力质量问题是一直困扰着电力工业的老大难问题㊂但随着UPS市场的发展壮大,各种重要的敏感设备(如计算机㊁通信设备和医疗设备等)受电网电力波动或突然的电力供应中断而造成的损失问题逐步得到了解决[19]㊂作为飞轮储能系统,它完全可以担负起UPS的职能,而且电力供应质量可大大改善,供电时间可大大延长㊂此外,大功率㊁高储能的飞轮储能系统还可以用来调节电网用电高峰的电力供应,使其电网负载更加平稳[20]~[22]㊂在以风力发电的机组中,应用飞轮储能系统可使输出电压更加平稳[23][24]㊂5.不间断电源(UPS)不间断供应电源有着强大的应用市场㊂除目前通用的UPS 外,飞轮电池作为一支新生的力量已经逐步参与到UPS 市场中来[25][26]㊂1.3㊀国内外飞轮储能技术的发展概况飞轮的起源可以追溯到一百多年以前的瓦特蒸气机时代,那时的飞轮主要用来保持机器的平稳运转,用途比较单一㊂第一次真正具有划时代意义的里程碑是A.Stodola 博士撰写的关于飞轮转子形状和应力分析的书[3],该书于1917年首次被翻译成英文,直到今天它仍然有很重要的参考价值㊂下一个大的里程碑诞生于20世纪70年代早期,由于出现的石油禁运和天然气危机[1],飞轮储能才开始引起人们的足够重视㊂当时,美国能量研究发展署(ERDA)和美国能源部(DoE)开始资助飞轮储能系统的许多应用研究与开发,如针对电动汽车的超级飞轮的研究㊂刘易斯(Lewis)研究中心(LeRC)在ERDA 的协助和美国航空航天局(NASA)的资助下专门研究用于真空下的机械轴承和用于混合车辆的飞轮系统的传动系统㊂NASA 同时也资助戈达德(Goddard)空间飞行中心(GSFC)研究适用于飞行器动量飞轮的电磁轴承㊂20世纪80年代,尽管DoE 削减了飞轮储能研究的资助,但NASA 继续资助空间飞行中心研究卫星飞轮系统的电磁轴承,同时还资助了兰利(Langley)研究中心(LaRC)及马歇尔(Marshall)空间飞行中心(MSFC)关于组合能量储存和姿态控制的动量飞轮构形的研究㊂直到20世纪90年代,飞轮储能才真正进入高速发展期㊂这期间,磁悬浮技术的快速发展,提供了高速或超高速旋转机械的无接触支承,配合真空技术,使摩擦损耗包括风损耗降到最低水平;同时,高强度复合材料的大量涌现,如高强度的碳素纤维复合材料(抗拉强度高达8.27Gpa)的出现,使飞轮转子不发生破坏的转速极大地提高,允许线速度可达500~1000m /s,已超过音速,从而大大地增加了飞轮储能系统的储能密度;电机技术的快速发展,尤其是大功率密度双向电动机/发电机的诞生使得飞轮电池驱动能力进一步增强;电力电子技术的新进展,尤其是变频调速技术的高速发展为飞轮储存的动能㊃5㊃第1章㊀绪㊀㊀论㊃6㊃飞轮储能技术及应用与电能之间高速㊁高效率的转化提供了条件㊂飞轮储能技术必须借助于磁悬浮技术㊁电机技术㊁电力电子技术㊁传感技术㊁控制技术和新型材料(复合材料和高矫顽力永磁材料)技术,并将这些技术有机地结合起来才能真正研制出具有实用价值的飞轮储能系统㊂迄今为止,国内外对飞轮电池的研究主要集中在以下几个方面:(1)磁力轴承(含高温超导磁力轴承);(2)飞轮技术;(3)电机及其控制技术;(4)安全与容器;(5)面向不同应用对象的飞轮储能系统的综合研究等㊂1.3.1㊀磁力轴承研究现状早在19世纪上半叶,人们就开始试验永磁体的无接触悬浮,但并未成功㊂1842年剑桥大学的昂箫(Earnshau)教授[27]通过大量的实验证明,永磁体与永磁体之间或永磁体与软磁体之间不可能实现全部6个自由度上的稳定悬浮,也就是说至少在1个自由度上是不稳定的㊂直到1937年,维吉尼亚大学的霍尔摩斯(B.A.Holmes)教授才利用磁化磁体㊁电磁铁和位置传感器等元器件成功地实现了物体的稳定悬浮,从而标志着磁悬浮时代的到来[28]㊂后来,经过人们大量的实验验证和理论分析,终于找出了实现物体无接触稳定悬浮的几种方法,如利用抗磁性材料[29],与时变场相互作用的导体[30],陀螺力矩[31],超导材料[32]和反馈控制系统[28]等㊂事实上,到目前为止,在上述5种悬浮物体的方法中仅有超导材料和反馈控制系统用于实际的工业应用之中㊂磁悬浮轴承(也称磁力轴承),按控制方式的不同主要有两大类[33][34]:其一是主动磁力轴承(active magnetic bearing,AMB),也就是人们通常称作的电磁轴承,是一种有源磁力轴承;其二是被动磁力轴承(passive magnetic bearing,PMB),也称无源磁力轴承㊂被动磁力轴承目前有两种,即永磁磁力轴承(permanent magnetic bearing,PMB)和超导磁力轴承(superconducting magnetic bearing,SMB),其中永磁磁力轴承简称永磁轴承㊂目前对磁力轴承的研究主要集中在对主动磁力轴承(即电磁轴承)[35][36]和超导磁力轴承[37]~[40]的研究上,而对永磁磁力轴承[41]的研究较少㊂主动磁力轴承最主要的特征是通过控制电磁铁线圈的电流变化来产生时变磁场,以便调整在受到外界干扰时轴承所需的悬浮力,确保转子始终在预定位置平稳运转㊂因此,这类轴承的承受变负载的能力很强,而且有较强的运动稳定性,这对于那些时常受到外界扰动的支承来说又是必须的,如高速切削机床主轴的电磁轴承就采用了主动磁力轴承㊂但这类轴承也存在几个方面的不足:其一,它必须安装多个位置传感器以便时刻监测转子的位置,一旦有一个传感器失效,轴承就不能正常工作,从而降低了系统的可靠性;其二,由于控制线圈的存在,要消耗系统一部分的电能,从而降低了储能效率;其三,由于控制系统的存在,增加了系统的复杂性,也增加了系统失效的可能性㊂所有这些除大幅增加了系统的费用外,也降低了系统的可靠性㊂尽管近期有人开始研究无传感器的主动磁力轴承[42],但控制难度很大,而且可靠性更低㊂超导磁力轴承的主要特征是利用超导体在临界温度以下具有的迈斯纳效应(meissner effect),磁通线不能穿过超导体,即超导体是在磁场中呈现完全抗磁性来实现物体悬浮的㊂但一般来说,超导体的临界温度很低,即使现在所称的高温超导体的临界温度最高的也只有-130ħ㊂因此,要保证超导体的正常工作就必须提供制冷设备,保障超导体始终工作在临界温度以下,这势必增加系统的能量消耗,也增加了系统的投资,同时也增加了失效的可能性㊂永磁磁力轴承的主要特征是利用定子和转子上的永磁体之间或永磁体与软磁体之间的吸力或斥力来支承轴向或径向的负载,结构简单,但承受变载荷的能力较差,稳定性没有主动磁力轴承好,不过,由于它无需传感器和控制线圈,也无需制冷设备,经济性较好,这对那些仅承受静态载荷的应用是具有明显优势的㊂1.电磁轴承电磁轴承是由致动器(actuator)㊁传感器和控制系统三个部件组成㊂致动器是由一组缠绕在定子铁芯上的线圈构成(每个象限至少有一个磁极)㊂对于径向轴承,在转子圆周上至少要安装三个传感器,传感器系统负责测量转子轴的位置,并将位置信号反馈到控制系统,控制系统再将位置信号与参考信号比较来确定转子的位置误差,再经功率放大器控制致动器电磁铁的电流㊂致动器可以用单独的电磁铁(EM)或者由电磁铁和永久磁铁(PM)组合构成,其对应的轴承分别称为EM 轴承和EM /PM 轴承[35]㊂图1.2所示为EM 轴承致动器的两种构形,其中图1.2(b)的布置是一种通用构形,它将产生比图1.2(a)布置更低的运动和磁滞损耗㊂图1.3所示为6种EM /PM 轴承致动器构形,除图1.3(f)仅有轴向主动控制外,其他5种既具有径向主动控制又具有轴向支承定位的功能㊂从上述两种致动器的构形可以看出,EM 致动器在构造上通常比EM /PM 致动器㊃7㊃第1章㊀绪㊀㊀论。
飞轮储能图文说明
飞轮储能图文说明飞轮蓄能是机械蓄能的一种形式，以惯性能(动能)的方式，将能量储存在高速旋转的飞轮中。
当车辆制动时，飞轮蓄能系统托动飞轮加速，将车身的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。
当车辆需起动或加速时，飞轮减速，释放其旋转动能给车身。
飞轮储能作为一种纯机电的储能系统，具有比能量大、比功率高、无二次污染、寿命长等优点，在短时间内得到了很快发展。
目前，飞轮储能技术己经在UPS、电力系统、混合动力机车等领域获得了成功应用。
飞轮储能技术涉及多种学科与技术，主要包括机械科学、电气科学、磁学、控制科学和材料科学等多学科，以及复合材料的成型与制造技术、高矫顽力稀土永磁材料技术、磁悬浮技术、传感技术、用于变压变频的电力电子技术、高速双向电动机/ 发电机技术等关键技术。
飞轮储能装置的结构如图3-7 所示，主要包括5 个基本组成部分：(1)采用高强度玻璃纤维(或碳纤维)复合材料的飞轮转子；(2)悬浮飞轮的电磁轴承及机械保护轴承；(3)电动/ 发电互逆式电机；（4）电机控制与电力转换器；(5) 高真空及安全保护罩。
轴承真空容器电机飞轮轴承图3-7 飞轮储能原理现代飞轮储能系统的飞轮转子在运动时由磁力轴承实现转子无接触支承，而机械保护轴承主要负责转子静止或存在较大的外部扰动时的辅助支承，以避免飞轮转子与定子直接相撞而导致灾难性破坏。
高真空及安全保护罩用来保持壳体内始终处于真空状态，减少转子运转的风耗，同时避免一旦转子产生爆烈或定子与转子相碰时发生意外。
此外还有一些辅助系统，例如用来负责电机和磁悬浮轴承的冷却系统，显示仪表则用来显示剩余电量和工作状态。
飞轮储能系统是一种机电能量转换与储存装置，它存在两个工作模式：一种为“充电”模式，这时电机作为电动机运行，由工频电网提供的电能经功率电子变换器驱动电机加速，电机拖动飞轮加速储能，能量以动能形式储存在高速旋转的飞轮体中；另一种为“放电”模式，当飞轮达到设定的最大转速以后，系统处于能量保持状态，直到接收到一个释放能量的控制信号，系统释放能量，高速旋转的飞轮利用其惯性作用拖动电机减速发电，经功率变换器输出适用于负载要求的电能，从而完成动能到电能的转换。
《储能技术》 第7章习题答案[3页]
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第7章习题答案7-1简述飞轮储能的构成并说明各组成部件的作用。
解：飞轮储能系统主要由飞轮转子、轴承系统、电机系统、真空室、电能转换器系统等构成。
飞轮转子是储能装置，利用转子的高速旋转可以将能量以机械能的形式进行储存，并通过转速的变化实现能量在动能与电能之间的转化；轴承系统的作用是支承转子安全稳定旋转，并减小旋转过程中产生的摩擦阻力；电机系统集成了发电机和电动机，在储能系统充放电时实现电能和动能之间的相互转换；真空室用于维持飞轮转子的真空环境，从而降低空气阻力带来的摩擦损耗，目的是实现能量的高效率存储和释放，并且对飞轮装置起到保护作用；电能转换器系统是将输入电能转换为直流电供给电机，对输出电能进行调频、整流后供给负载的关键部件，主要对充放电所需的电能进行整流和转换，以满足负载所需电压或频率的要求。
7-2 什么是失超？产生失超现象的原因有哪些？失超对系统有哪些影响？应该采取哪些措施？解：失超是超导体在运行过程由于受到扰动无法满足临界电流等条件，从而失去超导体的优良导电特性的一种状态。
失超的原因：超导材料制备过程中的缺陷导致局部性能较差；一些扰动如电流引线或仪器测控引线引入的热扰动、洛伦兹力产生的导线运动、绕组变形、交流损耗、核辐射热和束流辐射、磁通跳跃等可能导致失超；超导储能系统持续吸收有功功率的时间较长，也会使超导线圈中的电流密度超过临界电流密度而导致失超。
失超的影响：失超导致超导体大量发热，温度迅速上升会造成设备损坏、绝缘层破坏、甚至冷却液气化造成系统体积膨胀进而发生破裂和爆炸等问题。
失超保护措施：失超保护措施可分为两类：一类是将超导体内的能量转移至超导体外释放，如并联外部电阻保护与变压器保护；二是加速超导体的失超，使能量消耗在超导体内，如内部分段并联电阻保护与并联二极管保护。
7-3 超级电容的“超级”体现在哪里？解：超导电容的“超级”在于：(1) 超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的阴离子，负极板吸引阳离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的阳离子在负极板附近，阴离子在正极板附近。
飞轮储能的原理图解和应用实例
飞轮储能的原理图解和应用实例原理图解飞轮储能是一种机械储能系统，利用高速旋转的飞轮将机械能转化为储能。
下面是飞轮储能的原理图解：1.主要组成部分–飞轮：主要由轴承支撑和外壳组成，高速旋转的飞轮是储能的关键组件。
–马达或发动机：通过转动飞轮来为其注入能量，使飞轮高速旋转。
–驱动系统：用于将马达或发动机的动力传递给飞轮，使其高速旋转。
–电能转换系统：用于将飞轮的机械能转化为电能进行储存和利用。
2.原理与工作过程–工作过程：1.马达或发动机向飞轮注入能量，使飞轮高速旋转。
2.飞轮旋转过程中，会积累大量的机械能。
3.当需要释放储能时，飞轮通过电能转换系统将机械能转化为电能，并将其储存起来。
4.被储存的电能可以在需要时，再次转化为机械能供给外部设备使用。
3.优点–高效能储能：飞轮储能系统的能量转换效率较高，能够高效地储存和释放能量。
–高功率输出：由于飞轮的高速旋转，储能系统能够以较高的功率输出能量。
–长寿命：飞轮由高强度材料制成，具有较长的使用寿命。
–快速响应：由于飞轮的高速旋转，系统能够快速响应并释放储存的能量。
4.应用领域–能源储备：飞轮储能系统可用于储存可再生能源（如风能、太阳能等）产生的多余电能，以供不时之需。
–交通运输：飞轮储能系统可用于汽车、公交车等交通工具中，提供额外的动力支持，提高能源利用效率。
–电网稳定：飞轮储能系统可用于电网中，作为储能装置，平衡电网负荷波动，提高电网稳定性。
–航空航天：飞轮储能系统可用于航天器中，提供瞬时高功率以满足航天器的特定需求。
–重要设备备用电源：飞轮储能系统可用作备用电源，提供电能以确保关键设备的正常运行。
应用实例飞轮储能的应用实例多种多样，以下是几个典型的实例：1.风能储备系统–在风能发电系统中，飞轮储能系统可用于储存风能发电机组产生的多余电能。
–当风能发电量较大时，飞轮通过马达将多余电能转化为机械能，并存储在飞轮中。
–当风能发电量不足时，飞轮通过电能转换系统将储存的机械能转化为电能进行供电。
飞轮储能技术研究报告
飞轮储能技术研究报告1飞轮储能技术原理简介飞轮储能的概念起源于20世纪70年代，但囿于当时的技术水平，该技术并没有得到实际应用；直到20世纪90年代，随着碳纤维材料的广泛应用和磁轴承技术的发展，飞轮电池被美国科学家研发成功。
它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能，实现电能和机械能的相互转化，工作过程中不会造成任何污染。
飞轮储能(Flywheel Energy Storage)属于一种物理储能的方式，通过电力电子设备驱动飞轮进行高速旋转，利用飞轮高速旋转时所具备的动能进行能量存储，通过电动/发电一体化双向高效电机配合真空中的飞轮实现电能和动能的双向转换，如图1所示。
图1飞轮储能系统的工作原理飞轮储能系统主要由高强度合金或复合材料做成的飞轮转子、高速轴承、电动/发电机、电力转换器、真空安全罩等部分组成，如图2所示。
图2 飞轮储能系统的本体结构飞轮储能设施充放电的具体实现方式为：（1）当飞轮存储能量时，电动/发电一体化双向高效电机实现电动机运行状态，将电能转换为飞轮转子的动能，飞轮转速升高实现能量的存储；（2）当飞轮释放能量时，电动/发电一体化双向高效电机实现发电机运行状态，将高速旋转的飞轮转子动能转换为电能，飞轮转速下降实现能量的释放。
飞轮所存储的能量计算公式为：221ωJ E =，其中J 为飞轮的转动惯量，ω为飞轮旋转的角速度。
从上述公式中可以看到，飞轮存储的能量值与飞轮转速的平方，以及飞轮的转动惯量成正比。
飞轮的转动惯量取决于飞轮的质量分布和半径，在飞轮体积和质量分布一定的情况下通过提高飞轮的转速可以更为显著地提高飞轮存储的能量值。
飞轮储能系统的控制策略原理如图3所示：图3 飞轮储能系统的控制策略从图3可以看到，飞轮储能系统共有三种工作状态，分别为充电、维持和放电，可根据系统电压的高低自动响应充放电动作。
当系统电压抬高，电压值U>U2+a 时，飞轮储能系统处于充电状态，吸收外部电能进行存储，充电的功率随系统电压的升高而增大；当系统电压降低，电压值U <U2-a 时，飞轮储能系统处于放电状态，向外部释放电能，放电的功率随系统电压的降低而增大；当系统电压值在空载电压附近波动时，为飞轮的旋转维持区域[U2-a, U2+a]，飞轮执行维持转速指令，处于不充电、不放电的空转状态。
简述飞轮储能电池的工作原理
简述飞轮储能电池的工作原理
飞轮储能电池是一种新型的储能电池，它的工作原理是通过飞轮和飞轮(发动机)来实现储能的。
原理是这样的：当发动机产生的转矩不能满足被机需要时，飞轮就会从电池中抽取电能，然后转换为转动能储存在飞轮的储能器中。
反之亦然，当被机需要较大的转矩时，电能就从飞轮中释放出来，产生转矩满足被机需要。
在机械传动过程中，就不再需要电池供电，因此不会发生排放环保问题，可以降低煤消耗量，同时可以降低能源耗费率。
与传统储能电池不同，飞轮储能电池中没有任何化学反应，也没有昂贵代换物质(如可逆锂离子电池中的锂离子)，它采用电子、电流、磁场来实现储能，不需要更换任何部件，但具有储存量大、快速充电、放电速度快等优点，可以带来更高的能量密度。
此外，飞轮储能电池还可以用来支持发电机发电以及提供较大电流，比如逆变电力及触发电源，非常适合逆变器在电源负荷及温度变化情况下的应用，也相当值得注意的是，它的容量大，循环次数多，可延长设备使用寿命，使用费用也较低。
总之，飞轮储能电池具有很多优点，是一种比传统储能电池更先进的新型储能技术，有望在家用及工业制造行业中发挥应用。
介绍飞轮电池的应用
介绍飞轮电池的应用
飞轮电池是一种储能设备，利用高速旋转的飞轮来储存电能，并在需要时释放能量。
它具
有快速响应、高效能密度和长寿命等特点，因此在很多领域都有广泛的应用。
1. 储能系统：飞轮电池是一种理想的储能系统，可用于平衡能源供应和需求之间的差异。
在电
网中，它能够接收过剩的电能并储存起来，当电网需求增加时，释放储存的电能，达到平衡电
网负荷的目的。
此外，在可再生能源领域，飞轮电池也可以储存太阳能或风能，以便在能源供
应不稳定时提供稳定的电力。
2. 电车和电动汽车：飞轮电池可以作为电车和电动汽车的储能装置，实现能量的回收和再利用。
当车辆制动时，飞轮会将动能转化为电能并储存起来，当车辆需要加速时，储存的电能又会被
释放，提供动力。
3. 医疗设备：飞轮电池在医疗设备中具有重要的应用。
例如，它可以用于支持生命维持系统，
如人工心脏等，为患者提供稳定的电力供应。
此外，飞轮电池还可以应用于医疗设备的备用电源，以防止断电时影响治疗过程。
4. 航天航空领域：飞轮电池在航天航空领域也有广泛的应用。
它可以用于提供航空器和航天器
的动力，以及供应各种电子设备的能量需求。
由于飞轮电池具有高密度的能量储存能力和长寿命，它在航空航天系统中尤为受欢迎。
总体来说，飞轮电池通过储存和释放电能，为各种应用提供可靠的能源支持。
它的高效能密度、快速响应和长寿命使其成为许多行业中的理想储能解决方案。
随着科技的进步，飞轮电池在未
来的应用前景将会更加广阔。
飞轮储能技术应用研究
飞轮储能技术应用研究随着科技的不断发展，各种新兴技术的涌现，人们的生活和生产方式也日渐多样化。
在能源领域，能源的储存和利用一直是一个难点。
飞轮储能技术是近年来被广泛关注的一种储能方式，它具备高效、环保、可靠等诸多优势，正在逐渐成为未来的发展方向。
一、飞轮储能技术的基本原理飞轮储能技术是一种将电能转化成机械能、再将机械能转化回电能的储能方式。
它通过高速旋转的飞轮实现电能储存，当需要释放电能时，通过减速飞轮将机械能转化回电能。
它可以对电网进行能量平衡调节，提高电网的稳定性和可靠性。
飞轮储能技术具有高效、快速响应、无污染等特点，是一种绿色、清洁的储能方式。
二、飞轮储能技术的优缺点飞轮储能技术相比其他储能方式具有以下优点：1、高效性：飞轮储能技术具有高效的能量转换率，能够将电能转化成机械能，并将机械能转化回电能。
与传统的电池储能方式相比，飞轮储能技术可以大大节约能量损失，提高储能效率。
2、快速响应：飞轮储能技术响应速度快，能够在毫秒级别内完成能量的储存和释放。
在电网调节中，能够实现电能的快速储存和释放，充当电网的缓冲器。
3、环保性：飞轮储能技术无污染，对于环境没有任何影响。
同时，它可以实现对可再生能源的有效储存，能够减少化石能源的使用，缓解能源压力。
飞轮储能技术也存在一些缺点，如：1、成本高：飞轮储能技术的成本相对较高。
需要建造高速旋转的飞轮储能单元、控制系统及配套设备等，并需要确保稳定可靠的运行，因此成本相对较高。
2、空间限制：飞轮储能系统需要占用一定的空间，需要对其进行合理安排和布局，且还需要确保其运行过程中的安全可靠性。
三、飞轮储能技术的应用前景飞轮储能技术具备高效、可靠、环保等优点，将在未来的能源领域中发挥重要的作用。
它可以应用于电网调节、能量储存、节能减排等方面，对于提高能源利用效率、缓解能源压力、保障能源供应等均具有重要的意义。
1、电网调节：飞轮储能技术可以对电网进行能量平衡调节，提高电网的稳定性和可靠性。
飞轮储能及电磁轴承概述
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汇报人：陈方亮
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0 1 飞轮储能系统概述
飞轮储能系统（FESS）通常包括：飞轮、电机、轴承、密封壳体、电力控制器和监控仪表等6 个部分。
飞轮储能以数毫秒内快速响应、持续放电时间为分秒级，因此比较适合功率应用场景，比如不间断供电过 渡电源、调频、电能质量调控等。
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0 1 飞轮储能系统概述
飞轮是储能元件，需要高速旋转，主要利用材料的比强度性能；飞轮的强度直接决定了飞轮储能系统的能量密度
主动磁悬浮轴承
无传感器
涡流式
有传感器
电容式
被动磁悬浮轴承
永磁 超导
光电式
混合磁悬浮轴承
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0 2 电磁轴承技术简介
磁悬浮轴承是一种利用磁场力将转子无机械摩擦地悬浮在空中的一种高性能轴承。由 于磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑和密封、成本低、损耗少及寿命长等优点， 无论是在高速运动场合还是低速洁净场合都有广阔的应用前景。
飞轮储.09.15
0 1 飞轮储能系统概述
电能存储按容量可分为长时大能量、短时高功率两种,高品质电能供给、过渡电源、能源管理 对储能时间尺度分别为秒分、分时和数小时，其示意图如图。
飞轮储能具有效率高（达90%）、瞬时功率大（单台兆瓦级）、响应速度快（数毫秒）、使用寿命长（10 万次循环和15 年以上）、环境影响小等诸多优点，是目前最有发展前途的短时大功率储能技术之一。
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0 1 飞轮储能系统概述
在飞轮储能系统中, 机械能与电能之间相互转换是依靠集成的电动/发电机来实现的, 所以电动/发电机 性能的好坏直接影响着飞轮储能系统的效率。
永磁电机以其效率高、能量密度大、维护方便、可在宽转速范围内高效率运行等特点在飞轮储能系统 中得到了广泛的应用。
飞轮储能(多方整理、倾力推荐)
飞轮储能一.飞轮储能原理飞轮储能器中没有任何化学活性物质，也没有任何化学反应发生。
旋转时的飞轮是纯粹的机械运动，飞轮在转动时的动能为：E=1/2Jω2式中：J为飞轮的转动惯量；ω为飞轮旋转的角速度。
飞轮转动时动能与飞轮的转动惯量成正比。
而飞轮的转动惯量又正比于飞轮的直径和飞轮的质量，过于庞大、沉重的飞轮在高速旋转时，会受到极大的离心力作用，往往超过飞轮材料的极限强度，很不安全。
因此，用增大飞轮转动惯量的方法来增加飞轮的动能是有限的。
飞轮储能装置中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。
在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降；而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。
飞轮储能是通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。
典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电动/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。
图1是一种飞轮与电机合为一个整体的飞轮储能系统。
充电时，电动/发电机通过转换器接外电源作电动机运行,把飞轮转子快速加速到非常高的转速,于是电能转化为动能储存起来。
放电时,电动/发电机作发电机运行,通过电子转换器向负载输出电能,转子转速下降,动能转化为电能。
二.飞轮储能的关键技术飞轮电池的原理简单，主要结构和运行方法已经基本明确，但要实现起来却并不容易,要突破的关键技术有：(1)飞轮转子的设计：转子动力学，强度和密度的优化；(2)磁轴承和真空设计：低功耗，动力设计，高转速，长寿命；(3)功率电子电路：高效率，高可靠性，低功耗电动\发电机；(4)安全及保护特性：不可预期动量传递，防止转子爆炸可能性，安全轻型保护壳设计；(5)机械备份轴承：磁轴承失效时支撑转子。
飞轮储能方法一直未能得到广泛的应用，其原因主要有三个：1.飞轮本身的能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。
飞轮储能
飞轮储能1飞轮储能的工作原理和基本结构1.1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。
该系统采用物理方法进行储能，并通过电动/发电互逆式双向电机实现电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换和储存。
在储能时，外界电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮转子加速旋转，直至达到设定的某一转速。
在飞轮加速旋转的过程中，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械动能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中。
之后，飞轮以设定的那一转速旋转，直到接受到一个能量释放的控制信号。
释能时，电机作为发电机使用，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流和电压，完成机械动能到电能转换的释放能量过程。
在释能的过程中，飞轮的转速不断的下降。
整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出。
作为电能存储的手段之一，它与其它形式的储能方式相比，优缺点列于下表。
储能技术的比较环境控制无显著一些一些无无一些可用性正在开发，少量已用现在现在，地理限制现在，地理限制正在开发正在开发现在1.2飞轮储能的基本结构典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电机/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。
图1所示是一种飞轮与电机合为一个整体的飞轮储能系统结构示意图。
飞轮本体是飞轮储能系统的核心部件，作用是力求提高转子的极限角速度，减轻转子重量，最大限度地增加飞轮储能系统的储能量。
目前多采用碳素纤维材料制作。
轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。
目前应用的飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，减少电机转子旋转时的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。
飞轮储能系统的机械动能与电能之间的转换是以电动/发电机及其控制为核心实现的。
电动/发电机集成一个部件，在储能时，作为电动机运行，由外界电能驱动电动机，带动飞轮转子加速旋转至设定的某一转速；在释能时，电机又作为发电机运行，向外输出电能，此时飞轮转速不断下降。
飞轮储能系统电机与轴系设计
开关磁阻电机：具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，适用于飞轮储能系统
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电机的选择：根据飞轮储能系统的具体需求和应用环境，选择合适的电机类型和型号。
电机的设计要点
电机的性能指标
功率：电机的输出功率，决定了系统的能量输出能力
效率：电机的能量转换效率，决定了系统的能量利用率
转速：电机的转速，决定了系统的能量存储和释放速度
提高飞轮储能系统的安全性和可靠性
飞轮储能系统电机与轴系设计的实践经验与案例分析
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典型案例介绍与分析
01
案例一：某公司飞轮储能系统电机与轴系设计项目
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03
案例二：某公司飞轮储能系统电机与轴系设计项目
案例三：某公司飞轮储能系统电机与轴系设计项目
案例四：某公司飞轮储能系统电机与轴系设计项目
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飞轮储能系统的应用场景
电力系统：用于电网调峰、频率控制等
轨道交通：用于地铁、轻轨等轨道交通的制动能量回收
工业领域：用于工厂、矿山等工业领域的能量存储和释放
电动汽车：用于电动汽车的制动能量回收和加速辅助
航空航天：用于航天器、卫星等航空航天器的能量存储和释放
飞轮储能系统的优缺点
优点：能量密度高，使用寿命长，维护成本低
01
飞轮储能系统概述
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飞轮储能系统的定义与工作原理
飞轮储能系统是一种将电能转化为机械能的储能系统
Байду номын сангаас
工作原理：通过电动机将电能转化为机械能，储存在飞轮中，当需要时，通过发电机将机械能转化为电能输出
飞轮储能系统的优点：响应速度快，使用寿命长，能量密度高，环保无污染
飞轮储能系统的应用领域：电力系统、轨道交通、航空航天、电动汽车等。
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飞轮储能系统及简述
在电网的调频调峰方面，飞轮储能电站与核电站，火电站等其他类型的电站相比，在爬升能力，调峰调频比率等方面有着一定的优势。
1研究意义
储能技术应用于电力系统，可以改变电能生产、输送与消费必须同步完成的传统模式。
目前，我国正在规划与大力发展坚强智能电网，全面覆盖发-输-变-配-用-调的六大环节与信息平台的建设。
储能技术将是未来智能电网的重要组成部分，涉及其建设的各个主要环节。
发展储能技术重要意义包括削峰填谷、调节节约能源、提高电力电网系统效率、保证电力电网系统安全等方面。
同时采用储能技术可以弥补新能源发电的随机性、波动性，并实现新能源发电的平滑输出，使大规模风电及太阳能发电更安全更可靠地并入常规电网。
储能技术也可以解决电动汽车充电的随机性、波动性问题，有效调节电动汽车充电引起的电网电压、频率及相位的变化，为新能源汽车的大规模推广提供基础。
随着智能电网、分布式供电等新技术的推广应用，储能的作用进一步突现出来。
大规模储能技术的发展和应用将对新能源乃至整个电力系统带来革命性的影响。
2飞轮储能的原理
飞轮储能是利用高速旋转的飞轮将电能以动能形式储存起来。
典型的飞轮储能系统的基本结构如图1所示, 主要由五部分组成：飞轮转子、支撑轴承、高速电机、双向变流器、真空室。
为了减少空闲运转时的损耗，提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率，飞轮储能装置轴承的设计一般都使用非接触式的磁悬浮轴承技术，而且将电机和飞轮都密封在一个真空容器内以减少风阻。
通常发电机和电动机使用一台电机来实现，通过轴承直接和飞轮连接在一起。
图1飞轮储能系统的基本结构
其工作原理为：系统储能时，高速电机作为电动机运行，由工频电网提供的电能经变频器驱动电机加速，电机拖动飞轮加速储能，能量以动能形式储存在旋转的飞轮体中。
当飞轮达到设定的最大转速后，系统处于能量保持状态，直到接收到一个释放能量的控制信号，系统释放能量，高速旋转的飞轮利用其惯性作用拖动电机减速发电，经变流器输出适用于电网要求的电能，完成动能到电能的转换。
在整个飞轮储能装置中，飞轮是其中的核心部件，它决定了整个装置的储能多少，其储存的能量为：
J 为飞轮的转动惯量, 与飞轮的形状和重量有关；ω为飞轮转动的角速度。
3飞轮储能的技术优势
储能技术是指，将电能通过某种装置转换成其他便于存储的能量高效存储起来，在需要时，可以将所存储的能量方便地换成所需形式能量的一种技术。
储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)。
飞轮储能是用物理方法实现电能存储, 是一种高度机电一体化产品, 是最有发展前途的储能技术之一。
飞轮储能与其他几种典型储能方式性能比较如表1所示。
飞轮储能使用寿命可达到20年以上，超过了其他几种储能方式，并且由于飞轮储能是机械储能方式，对于工作温度没有特定的要求，对于环境几乎没有影响。
飞轮储能具有较大的容量密度和功率密度，维护周期长，系统稳定性强，适用于调峰调频，电能质量调节，输配电系统稳定性，UPS等场合。
表1各储能方式性能比较
在电网的调频调峰方面，飞轮储能电站与核电站，火电站等其他类型的电站相比，在爬升能力，调峰调频比率等方面有着一定的优势，如表2所示。
表3
显示了飞轮储能电站的调频调峰能力，1MW飞轮储能提供的调峰能力相当于
2-24MW其它传统发电系统的调峰容量，30-50MW储能调峰优于100MW的燃气轮机的调峰能力。
表2 各电站调峰调频性能比较
表3 飞轮储能电站调频调峰能力
4飞轮储能的典型应用
飞轮储能作为一种新型的储能方式, 其展现出来的控制简单、高储能密度、高效率、快响应、长寿命、低维护、绿色环保等优点是其他任何储能方式都无法比拟的。
飞轮储能的应用实例无法穷举，典型应用如下：
基于飞轮储能的调峰电厂
飞轮储能系统是在电网负荷处于低谷时, 机组作为电动机拖动飞轮, 将电能转换为动能, 在用电高峰时, 飞轮拖动机组作为发电机将动能转化为电能。
飞
轮储能除了能够单台应用, 还可将多台飞轮并联运行, 以获得更大的存储容量, 作为电网中调峰、调频电厂, 起到稳定电网频率、削峰填谷、平衡负荷的作用。
用于孤岛风力发电系统
风力发电系统并网运行的关键问题是如何降低风力发电的间歇性对电网电压和频率的影响，特别是在孤岛等电网较为薄弱的地方, 其影响更为突出。
为了解决孤岛风力发电带来的问题, 采用了飞轮储能来提高电网的稳定性、减少风电有功波动对系统电压和频率的影响, 并最大可能地降低柴油发电机的有功, 提高经济效益。
飞轮储能在不间断电源中的应用
传统的不间断电源(UPS )用化学蓄电池作为储能单元。
化学蓄电池储能密度大、价格低廉, 被广泛采用, 但是它需要定期维护、寿命短、充电时间长, 还会给环境带来污染。
由于飞轮储能系统具有高比能量、长寿命、高效率、无污染等特性, 用飞轮储能系统代替化学蓄电池将成为趋势。
5国内外典型飞轮储能系统
世界上许多国家对飞轮储能技术进行了大量的研究开发和应用，包括美国、英国、德国、日本、中国等多个国家的研究所、高校和公司。
美国的Bencon Power公司飞轮单机如图2所示。
为了减小摩擦损耗等原因，采用了真空室形式和磁悬浮轴承。
飞轮采用了高强度碳纤维复合材料。
电机在储存能量时电动机运行，放电时做发电机运行。
单机的高度约2.1m，直径约0.9m，旋转速度为15500 r/ min，额定功率为100kW，充放电能量达到 25 kWh，寿命超过20年，一生能量吞吐量超过4375MWh。
图3为飞轮单机的安装剖面图，包括了功率控制模块、冷却系统以及安装地基，有着占地面积少，容易安装，功率面积比高等优点。
图2 飞轮单机结构图图3 在地基中的飞轮剖面图
到目前为止，Bencon Power公司负责建设了三个飞轮储能电厂。
在2008年12月，负责建设的0.5MW调峰调频电厂投入商业运行，该电厂位于马萨诸塞州的Tynsgboro。
在2011年和2014年，分别在纽约州史蒂芬镇以及宾夕法尼亚州建立了20MW的电厂，商业运行至今。
飞轮电厂可从电网中快速吸收电力并快速释放，吸收并释放1MW的电能仅需要15min。
图4 2MW系统配置图
图5 Bencon Power建立的三座电厂
美国的ActivePower公司主要设计制造飞轮UPS，其广泛应用于许多工业场合。
飞轮UPS系统能够持续提供不间断电力供应，消除电源谐波，调频调峰，满足清洁高品质的供电需求，具有效率高，寿命长，过载能力强，环境友好，可靠性高等优点。
飞轮UPS电机以及模块系统如图6所示。
飞轮UPS在真空下以7700r/min的速度旋转，在满载的情况下可提供15s的供电时间。
图6 飞轮UPS系统
我国在飞轮储能方面的研究起步较晚，一些科研院所与高校进行了飞轮技术的相关研究。
其中，华中科技大学电气与电子工程学院在飞轮储能方面做了相关的研究和应用。
在国家“985工程”建设项目的支持下，研制出10kW永磁体磁悬浮飞轮储能实验装置，如图8所示。
实现了无功的灵活调节和补偿，更重要的是可以实现有功的灵活调节、存储和补偿。
以这些储能装置为基础的新型电力系统稳定控制器，已经在电力系统动态模拟试验环境下进行了试验，无论在控制器的鲁棒性上还是控制效果上，都取得了比常规电力系统稳定器好得多的控制效果。
图7 10 kW永磁体磁悬浮飞轮储能实验装置。