VYCON飞轮储能系统简介170806
飞轮储能系统概述
飞轮储能系统概述1飞轮储能产品结构及工作原理飞轮储能技术是利用互逆式双向电机（电动/发电机）实现电能与高速旋转飞轮的机械能之间相互转换的一种储能技术。
飞轮储能系统除了飞轮转子以外，还必须拥有电磁悬浮轴承、高速永磁同步电动/发电机、电力电子整流逆变控制装置、真空室及真空维持系统等五大部分组成，用以保证储能飞轮转子系统在无摩擦、无磨损的环境中高效运转。
图1 飞轮储能装置结构示意图飞轮转子是飞轮储能系统的关键核心部件。
目前市场上较为常见的是钢制飞轮，采用碳纤维材料制造的飞轮转子比较少，主要原因是碳纤维飞轮设计存在比较大的技术难度，再加上国内目前技术开发能力主要是模仿、引进、消化国外技术，真正能做到自主研发的企业不多。
常见飞轮外形分为轮式、盘式或柱式等。
电磁悬浮轴承是飞轮转子系统的支承部件，这种支承方式的主要特点是无摩擦、无损耗、高效率。
可以显著降低飞轮储能过程中的自耗电能量损失。
电动/发电机是一种可逆高速永磁同步电机，即具有电动机和发电机双重功能。
当由外部电力接入时，电机可以拖动飞轮升速达到最大储能转速，到达这个转速即表示飞轮储能充电完成（充满了电）。
此时切断外部电源，电能已经转化成了机械能保持惯性高速旋转。
当外部有负载接入时，高速永磁同步电机在飞轮机械转矩的作用下对外发电。
电机的电动/发电状态是通过电力电子整流逆变控制装置来实现的。
真空室及真空维持系统主要作用是为飞轮提供真空环境以降低风阻损耗。
飞轮储能系统是将能量以高速旋转飞轮的转动动能的形式来存储起来的装置。
它有三种模式：充电模式、放电模式、保持模式。
充电模式即飞轮转子从外界吸收能量,使飞轮转速升高将能量以动能的形式存储起来，充电过程飞轮做加速运动，直到达到设定的转速；放电模式即飞轮转子将动能传递给发电机，发电机将动能转化为电能,再经过电力控制装置输出适合于用电设备的电流和电压，实现机械能到电能的转化，此时飞轮将做减速运动，飞轮转速将不断降低，直到达到设定的转速；保持模式即当飞轮转速达到预定值时既不再吸收能量也不向外输出能量，如果忽略自身的能量损耗其能量保持不变。
飞轮储能
所谓飞轮储能，是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。
需要能量时，飞轮减速运行，将存储的能量释放出来。
我们小时候玩过的回力玩具汽车就是飞轮储能的简单应用。
不过，现在对飞轮储能的要求是将其应用于更大规模的储能。
据戴兴建介绍，飞轮储能的技术优势是技术成熟度高、高功率密度、长寿命、环境特性友好。
目前，国外产品经过不断地更新和提高性能，寿命已经达到15年、10万次以上。
而化学电池一般只有几千次充放电的寿命，往往几年就需要更换。
戴兴建算了笔账：电池的运行需要空调作保证，因此需要额外的电费;两三年更换电池，又是一笔费用;同样容量的储能，飞轮储能的占地面积只有电池的1/3。
综合起来，两者在寿命期内的竞争成本差不多。
不过，飞轮储能的劣势也很明显：能量密度不够高、自放电率高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。
Active Power公司的飞轮储能系统单位模块输出250千瓦，待机损耗为2.5千瓦，因此有些数据称其效率为99%。
“但这是有条件的。
”戴兴建说，“只有在迅速用掉的情况下才有这么高的效率。
如果自放电的话，效率大大降低。
”例如，几万转高速飞轮系统损耗在100瓦左右，1千瓦时的系统只能维持10小时的自放电。
因此，戴兴建指出，飞轮储能最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。
他认为，没有一种万能的储能技术能够满足所有的储能需求，飞轮储能根据其特点具体定位三块细分市场。
第一，高品质不间断电源。
有统计数据显示，美国95%以上的停电都由分秒级的电能质量差导致。
电压突变在电网中很常见，但在一些高精密度产品的生产车间，电压突变会造成精密仪器的损坏。
目前，国际市场上已经在用的基于飞轮储能的UPS有3000~4000套系统，以平均10万美元/台计算，现有市场已经达到3亿~4亿美元。
这还不包括巨大的潜在市场。
第二，港口、地铁等特殊场合的电制动能量再生。
熟悉F1的人对动能回收系统(KERS)应该不会陌生。
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
飞轮储能陈树雨机械09—4班飞轮储能技术是一种新兴的电能存储技术，它与超导储能技术、燃料电池技术等一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。
虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是，化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作温度要求高等问题。
这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视。
尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。
飞轮储能装置主要包括3个核心部分：飞轮、电机和电力电子装置。
它最基本的工作原理就是，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能的时候，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载，要求空闲运转时候损耗非常小。
事实上，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?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。
这样，在实际常用的飞轮储能装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子装置。
当外设通过电力电子装置给电机供电时，电机就作为电动机使用，它的作用是给飞轮加速，储存能量；当负载需要电能时，飞轮给电机施加转矩，电机又作为发电机使用，通过电力电子装置给外设供电；当飞轮空闲运转时，整个装置就可以以最小损耗运行。
这样利用电机的四象限运行原理，使发电机和电动机共用一台电机的方法，不但可以提高效率，还可以减少整个储能装置的尺寸，使储能密度大大提高。
在整个飞轮储能装置中，飞轮无疑是其中的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量E由式（1）决定。
E=jω2 (1) 式中：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。
电力电子装置通常是由FET或IGBT组成的双向逆变器，它们决定了飞轮储能装置能量输入输出量的大小，而与储能装置外接负载的性质无关。
飞轮储能特点
飞轮储能特点飞轮储能是一种利用旋转机械惯性实现能量储存和释放的储能技术。
它具有高功率密度、快速响应、长寿命、低损耗等特点，被广泛应用于电力系统、工业制造、交通运输等领域。
飞轮储能的特点主要包括以下几个方面：1. 高功率密度：飞轮储能可以实现高能量密度的储存和释放。
通过提高飞轮的转速和质量，可以实现更高的储能密度，使得单位体积或单位质量的设备可以储存更多的能量。
2. 快速响应：飞轮储能具有快速响应的特点，可以在短时间内实现能量的储存和释放。
相比于传统的化学储能技术，如蓄电池，飞轮储能可以更快地响应负荷需求的变化，提供更快速、更稳定的电力输出。
3. 长寿命：飞轮储能设备由于没有化学反应和物质的消耗，具有较长的使用寿命。
飞轮储能系统可以经受大量的充放电循环，同时不会产生容量衰减和记忆效应，可以实现长期稳定的储能和释放。
4. 低损耗：飞轮储能系统具有较低的能量损耗和能量转换损失。
由于飞轮在旋转过程中没有能量转换的过程，能量损失主要来自于摩擦和空气阻力。
通过采用高性能的轴承和真空封装技术，可以最大程度地降低能量损耗，提高系统效率。
5. 可调节性：飞轮储能系统可以根据需求进行能量的储存和释放。
通过调整飞轮的转速和负载的连接方式，可以实现对能量储存和输出的调节，满足不同负荷需求的变化。
6. 环保节能：飞轮储能不产生污染物和废弃物，对环境无害。
与传统的化石燃料发电和化学储能技术相比，飞轮储能具有更低的碳排放和环境影响，可以有效减少能源消耗和环境污染。
飞轮储能技术在电力系统中的应用越来越广泛。
它可以作为储能装置与电网相连，实现对电网频率和电压的调节，平衡供需之间的差异。
同时，飞轮储能还可以用于应对电力系统中的瞬时功率需求，提供快速响应的功率输出，避免电网峰值负荷过载的问题。
此外，飞轮储能还可以用于备用电源和UPS系统，保障关键设备和重要场所的稳定供电。
在工业制造领域，飞轮储能可以用于平衡系统负载和动力需求的变化，提高系统的能量利用效率。
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。
飞轮储能系统研究综述
能飞轮； "集成驱动的电动机D发电机； # 磁悬浮轴承 及控制系统； $ 电力电子； % 辅件和应用接口 " 其结 构参见图 ? "
者对异构飞轮的制造产生了浓厚的兴趣， 其相应的制 造技术有辐射网状成形技术 （+&12） 及斯坦福大学和卡 内基 ・ 梅隆大学联合开发的形状沉积制造 （ 2(=） 技术
［L］ 比能量是 #I? @ !J>6 B ;K （ !L# @ I?J>6 B M:） ， 比功率是
%GGJ B M:" 碳素纤维复合材料不能独立成形， 一般常用聚合 物母基， 如环氧树脂 （,H*N<） 作为填充物 " 碳素纤维复 合材料飞轮的制造分两步， 首先碳素纤维在三维编织 机上编织成飞轮所需要的形状， 然后将预成型的织物 放置在设计好的模具内， 再将环氧树脂和催化剂在一 定的压力和温度下注入到模型腔内， 经过一定时间的
（!）无过充电、 过放电问题 , 化学电池一般不能 深度放电， 也不能过充电， 否则其寿命会急剧下降 ,
收稿日期： !""#$#!$#" 基金项目： 国家 “九五” 攀登计划资助项目 （%&’(!#’")） ， 男， 副教授， 博士研究生 , 作者简介： 汤双清 （#’*! + ） 万方数据
三峡大学学报 （自 然 科 学 版）
他电池的水平 " 原因除造价昂贵及设计理论尚未成 熟外， 还在于高速电机及磁轴承系统的控制方面仍有 许多课题亟待研究和解决 " 本文将近年来国内外的 研究热点归纳为以下几个方面 "
!
复合材料飞轮
选用高抗拉强度的飞轮材料是飞轮电池能够储
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
飞轮储能1引言飞轮储能思想早在一百年前就有人提出，但是由于当时技术条件的制约，在很长时间内都没有突破。
直到20世纪60~70年代，才由美国宇航局(NASA)Glenn研究中心开始把飞轮作为蓄能电池应用在卫星上。
到了90年代后，由于在以下3个方面取得了突破，给飞轮储能技术带来了更大的发展空间。
(1) 高强度碳素纤维复合材料(抗拉强度高达8．27GPa)的出现，大大增加了单位质量中的动能储量。
(2) 磁悬浮技术和高温超导技术的研究进展迅速，利用磁悬浮和真空技术，使飞轮转子的摩擦损耗和风损耗都降到了最低限度。
(3) 电力电子技术的新进展，如电动／发电机及电力转换技术的突破，为飞轮储存的动能与电能之间的交换提供了先进的手段。
储能飞轮是种高科技机电一体化产品，它在航空航天(卫星储能电池，综合动力和姿态控制)、军事(大功率电磁炮)、电力(电力调峰)、通信(UPS)、汽车工业(电动汽车)等领域有广阔的应用前景。
2飞轮储能系统的工作原理和基本结构2.1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，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。
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。
在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械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，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，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与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。
整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。
2．2飞轮储能系统的基本结构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。
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。
VYCON飞轮储能系统简介170806
飞轮
20年使用寿命 无须空调，-10 - 45℃通风环境 承重无须特殊设计 可直接放置于UPS房 占地面积小，节省的空间可用于扩充 业务需求
11
CONFIDENTIAL
飞轮储能与铅酸电池储能投资回报比较
250,000 200,000 150,000 100,000
飞轮与蓄电池20年周期累积成本比较
10
CONFIDENTIAL
关键负载
DC 母线
VYCON 飞轮 储能单元
++-
+ +-
蓄电池
飞轮储能与铅酸电池储能比较
铅酸电池
采购次数：初期 + 3次 = 4次 每组电池配直流开关 电池房：设计(加强结构)，建筑费用 精密空调系统：运行温度<25℃
电池监控系统：按数据中心级别
特殊防火消防设计：气体灭火
2006年推出
2015年二季度推出
2017年三季度推出
Vycon飞轮技术提供了行业领先的高可靠性、高效、低成本的能量存储系统
13
CONFIDENTIAL
北美应用案例-EMC北卡杜兰4.5万平米数据中心
配置： •6 x 825KVA / 750kW UPS •24 VDC XE VYCON 飞轮 •无蓄电池
16
CONFIDENTIAL
国内应用案例-北京电信数据中心
（1）北京亦庄数据中心 UPS：2* 艾默生400kVA 飞轮：2* VDC 300kW 安装时间： 2010年11月 安装地点：北京亦庄
（2）北京酒仙桥数据中心 高压直流电源： 2* 台达200kW 飞轮：2* VDC 125kW 安装时间：2011年6月 安装地点：北京 酒仙桥
Vycon飞轮储能产品 – Vycon VDC
VYCON 飞轮储能系统
Vycon飞轮最多使用的客户是美国医疗单位
相对于使用蓄电池的主要优点低使用成本 25年寿命 高效率(99.4%) 很小的占地面积 低维护
绿色技术 高可靠性 高可用性 高功率密度 简单的安装 无需更换轴承
蓄电池
优点：
• 易懂的性能 • 优秀的动态响应 • 5分钟至超过1小时的后备时间 • 初期采购成本低 缺点 • VRLA蓄电池的使用寿命有限 • 湿式蓄电池的成本高 • 很大的占地面积和地板负荷 • 使用精密空调 • 温度和循环寿命的问题 • 15-20年设备使用期间必须跟换3-4次
高速全钢飞轮单元
永磁电动机-发电机
直立式：最佳效率 磁轴承 ：悬浮支 持转动元件；无 摩擦，轴承终生 免维修，免更换
转子
定子 ：高效率永 磁电动机,放电 不发热；可连续 充放电
UPS
后备 发电机
关键负载
DC 母线 自动切换开关 ATS +
市电 208 – 600V AC 仸何断电或晃电情形，由飞轮先放 电。 如此可以保护电池免于因为晃电放 电造成电池寿命的缩短。
-
+ + + VYCON 飞轮 储能单元
-
蓄电池
UPS 飞轮和电池共同配置 (电池保护功能)
Gen
多台 / 并联配置
转轴中心：使用航天 高强度特殊钢4640 制造
机体：内部真空以保持高效率
VYCON 市场和应用
关键电源/电源质量 能量回收 智能电网/能源再生
UPS 电源
牵引电源
风电
移动电源 船厂移动式起重机
智能电网储能
典型的UPS系统运用
长时间备用电源
油机 AC
自动切换开关
飞轮电池储能技术简介
飞轮电池储能技术简介
当人们关注的眼光只集中在锂电池身上时，依循物理储能原理的飞轮电池开辟了另外一条新的思路。
飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。
众所周知。
当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。
飞轮电池正是以其动能转换成电能的。
高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。
飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。
当飞轮电池输出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高达每分钟200000转，使用的轴承为非接触式磁轴承。
据称，飞轮电池比能呈可达150W·h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。
作为一种新兴的电能存储技术，飞轮储能技术与超导储能技术、燃料电池技术等一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。
虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是，化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作温度要求高等问题。
这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视。
尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。
飞轮储能及电磁轴承概述
Thanks for listening!
汇报人：陈方亮
2/25
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。
3/25
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
8/25
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。
5/25
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。
飞轮储能系统及简述
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,可以改变电能主产、输送与消费必须同步完成的传统模式。
訂前，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E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，E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。
具空室双向变流黠图1E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，山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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Vycon VDC XXT
最大额定功率: 500kW 最大能源存储率: 6,000kW 秒 @ 400kW 功率密度: 80kW / ft2 输出效率: 99.6% @ 最大功率
2006年推出
2015年二季度推出
2017年三季度推出
Vycon飞轮技术提供了行业领先的高可靠性、高效、低成本的能量存储系统
5
5
CONFIDENTIAL
Vycon飞轮储能产品 – Vycon VDC
1 2 3
飞轮模块—系统核心构建，可实现20年免维护 图像用户界面—提供系统状态监测、系统功能设定等 功能 核心控制单元—监控能量输出请求并控制包括飞轮充电、 放电在内的子系统 磁力轴承控制单元—通过五轴磁悬浮系统控制飞轮的位 置 双向能量转换器—直流系统与由飞轮产生的交流变频电 压之间的转化接口 真空泵—排空飞轮内的空气，以减少风阻损失，从而提 高电气效率
2016年7月11日第50届范堡罗国际航展展出的福特级航母的电磁弹射系统模型
18
CONFIDENTIAL
轨道交通行业应用概况
Cost of Energy 地铁运营能源成本
地铁运营 成本 100%
电力成本 15-20%
牵引电 力成本 65-75%
20
CONFIDENTIAL
地铁列车的制动能量目前多采用制动电阻消耗制动或将减速过程中的能量转化 为热能而浪费，，而且会产生大量废热，使地铁隧道和车站内的温度升高。
飞轮系统应用场景-舰载设备
舰载相控阵雷达、垂直发射、电磁弹射等装备短时用电量大，可利用飞轮系统作为能 量存储介质，保障装备使用时舰船整体的能源供应稳定。 美国福特级航母电磁弹射的供电系统由电动机、飞轮储能装置和大功率发电机组成。 其卧式飞轮储能装置储存的能量可以达到140兆焦以上，充电功率可达4兆瓦。
地铁运营 成本 100% 电力 成本 15-20%
电力的消耗和损失 Electricity, Consumption and Losses
牵引电力 100%
可重复利用能 源 33%
牵引电 力成本 65-75%
牵引力损失
电机 8% 转换器 2% 传输 4%
能量存储： 可节省总 运营成本 的3%
机车制动产生的直流 电调节能量
50,000 000 RMB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 年度
蓄电池周期成本包含为蓄电池配套的电池房建筑成本，直流开关，精密 空调，消防，以及运 营的空调电费，每6年更换全部电池的费用； 不含占用空间无法作为机架租金收入的机会成本
洛杉矶地铁项目介绍
实施范围: 在地铁系统的牵引变电站使用 2MW / 8.2 千瓦时 REGEN®系列产品， 准备扩容至6MW / 24.6 kW容量 联邦运输管理局（FTA）从ARRA运输温室 气体和能源减排计划（TIGGER）计划拨款 站点数量：14个 线路长度：28公里 自2014以来，每天在洛杉矶地铁运行的 REGEN®系统可节约平均1.6-1.8兆瓦（14%15%）能量,同时： 无需维护 没有能量衰减 与电池等产品相比，尺寸和重量更小。 超过20年的使用寿命 无需温度调节 没有化学泄露产品的健康风险 在需求变化时容易增加或减少模块 实时监控
制动损失能量
损失约17%
辅助系统20%
电阻 16%
21 CONFIDENTIAL
基于飞轮技术的能量回收存储系统
在列车制动过程中，将制动能量通过飞轮系统储存起来。当列车需要大功率工 作时(如上坡、加速等)，将飞轮系统存储的能量释放出来以供系统使用。
系统优势
充分利用制动能量，通过储存再生制动的电能而提高能量利用率，达到节能的目的。 降低供电系统峰值功率要求。供电系统的容量只能按照电能消耗的峰值来设置，多数时候 不会满负荷运行。采用能量储存方法，可通过减少设备的峰值容量而节约成本。 改善直流供电稳定性，在低电位时提供电压支持。 提高供电的可靠性。在系统因故障而停电时，储能装置可以短时供电，相当于大型的UPS 的作用。 减少隧道内的灰尘和热量。
10 CONFIDENTIAL
-
蓄电池
飞轮储能与铅酸电池储能比较
铅酸电池
采购次数：初期 + 3次 = 4次 每组电池配直流开关 电池房：设计(加强结构)，建筑费用 精密空调系统：运行温度<25℃ 电池监控系统：按数据中心级别 特殊防火消防设计：气体灭火
飞轮
20年使用寿命 无须空调，-10 - 45℃通风环境 承重无须特殊设计 可直接放置于UPS房 占地面积小，节省的空间可用于扩充 业务需求
15
CONFIDENTIAL
北美应用案例-U.S. Navy医院
配置： •825kVA / 750kW UPS •5 VDC XE 飞轮 •户外箱体
16
CONFIDENTIAL
国内应用案例-北京电信数据中心
（1）北京亦庄数据中心 UPS：2* 艾默生400kVA 飞轮：2* VDC 300kW 安装时间： 2010年11月 安装地点：北京亦庄
VYCON 飞轮 储能单元
9 CONFIDENTIAL
VYCON飞轮 + 蓄电池共用系统
UPS
后备 发电机
关键负载
ATS 自动切换开关
DC 母线 + -
市电 208 – 600V AC
+ + + VYCON 飞轮 储能单元
任何断电或晃电情形，由飞轮先放电。 如此可以保护电池免于因为晃电放电造 成电池寿命的缩短。从而延长电池寿命 和可靠性，以及减少电池节数。
23
CONFIDENTIAL
REGEN®产品实施案例
REGEN®产品在包括南美、北美、欧洲、亚洲各地的数十条地铁线路中均投入使用，包括： 美国洛杉矶地铁（2014年实施） 巴西里约热内卢地铁（实施中） 美国纽约地铁（正在洽谈） 巴西圣保罗地铁（正在洽谈） 英国伦敦地铁（正在洽谈） 瑞士巴塞尔地铁（正在洽谈） 土耳其布尔萨地铁（正在洽谈） 土耳其伊兹密尔地铁（正在洽谈） 香港港铁（正在洽谈） 日本东京地铁（与日本住友合作） 菲律宾马尼拉地铁（正在洽谈）
$3,774,920 $1,882 $687,092 5.49
航空航天/国防行业应用概况
飞轮储能与蓄电池储能的比较
项目 储能容量 循环寿命 使用寿命 放电深度 维护时间 环境污染 储能密度 功率密度 化学蓄电池 中 几百次 2～8年 有限制 ＜6个月 污染环境 10～20Wh/kg 300W/kg 飞轮储能 高 几百万次 ＞20年 基本无限制 ＞10年 无污染 ＞100Wh/kg 5000W/kg
电力价格 12个站点日用电量 日电费 年平均电费 每日节能量 节能比例 节能系统安装成本 节能系统每日节约电费 节能系统每年节约电费 投资回报周期
26 CONFIDENTIAL
美元/千瓦时 千瓦时 美元 千瓦时 美元 美元 美元 年
0.1 136,194 4,971,071 18,824
13.82%
• 有超过1100台飞轮产品正在全球各行业中使用 • 拥有 2,500,000次充电和放电实际验证的可靠性 • 与全球领先的UPS制造商/分销商建立战略作伙伴关系
3
CONFIDENTIAL
Vycon飞轮结构
高速 – 37000 RPM 外部空气冷却 内部真空设计 紧凑型钢合金飞轮质量(90公斤) 磁悬浮轴承 ：悬浮支持转动元件 高功率密度(300kW) OSHPD抗震认证 可扩展 99.4%的输出效率
12 CONFIDENTIAL
VDC产品系列-应用于UPS领域
Vycon VDC XE
最大额定功率: 300kW 最大能源存储率: 4,000kW 秒 @ 140kW 功率密度: 48kW / ft2 输出效率: 99.4% @ 最大功率
Vycon VDC XXE
最大额定功率: 300kW 最大能源存储率: 6,000kW 秒 @ 140kW 功率密度: 48kW / ft2 输出效率: 99.4% @ 最大功率
13 CONFIDENTIAL
北美应用案例-EMC北卡杜兰4.5万平米数据中心
配置： •6 x 825KVA / 750kW UPS •24 VDC XE VYCON 飞轮 •无蓄电池
14
CONFIDENTIAL
北美应用案例-Gainesville质子治疗中心
配置： •2 x 750KVA/675kW UPS •8 VDC XE 飞轮 •无蓄电池
11
CONFIDENTIAL
飞轮储能与铅酸电池储能投资回报比较
250,000
飞轮与蓄电池20年周期累积成本比较
某在建数据中心：12,000KVA，19 x 800KVA UPS， 铅酸电池后备时间15分
200,000
电池更换
150,000 Flywheel 飞轮 Battery 电池 100,000
3 4 1 5
2
4
5
6
6
Vycon飞轮技术提供了行业领先的高可靠性、高效、低成本的能量存储系统
5 CONFIDENTIAL
Vycon飞轮储能产品应用领域
关键电源/电源质量 能量回收 智能电网/能源再生
UPS 电源
牵引动力节能
风电/智能电网储能
车载电力供应
6 CONFIDENTIAL
航空航天
国防
UPS行业应用概况
（2）北京酒仙桥数据中心 高压直流电源： 2* 台达200kW 飞轮：2* VDC 125kW 安装时间：2011年6月 安装地点：北京 酒仙桥
17
CONFIDENTIAL
国内应用案例-华为数据中心
UPS：1* Socomec 500kVA 飞轮：2* VDC XXE 300kW 安装时间：2015年12月 安装地点：东莞 松山湖