飞轮储能技术基础

MR2
0.5Mr2 0.5M(r12+r22)
6
薄圆盘

厚圆环

能量/功率密度
Wh/kg;Wh/L 1Wh=?J 1度=?J W/kg:
W/L
7
充放电
电动

MmWt=E2-E1+dEm
发电

E2-E1-dEg=MgWt
效率=(E2-E1-dEg)/(E2-E1+dEm)

1961 1973-1983 1994-2004
19
UPS
20
国内飞轮储能技术研究

华北电力大学(电能质量) 北京航空航天大学(IPACS)

பைடு நூலகம்
美国研究了40年 北航10年-国家发明一等奖


武汉理工大学(电动车) 海军工程大学(电磁弹射) 东南大学 浙江大学
落后10-20年
400 350
总 损耗(440wh)
发 电+停车(365wh)
300
能量(wh)
250 200 150 100 50 0 0 20 40 60
发 电量(285wh)
停车损耗(80.6wh)
80 100 120 140
时 间(分 钟)
33
21
飞轮储能技术试验方法与装置

强度试验

静压 旋转

振动试验


动力学 机电耦合 系统功能 功率 效率
22

充放电试验

旋转飞轮变形测量

高速驱动

涡轮 电主轴 电涡流 电感 频闪法 光电法

位移传感器


光学测量

23
光学方法
24
旋转飞轮振动测量分析
25
振动测量传感器
31
2000年11月20日 各 种功率测定 曲线
180 160 140 120 发 电功率 损耗总 功率 停车损耗功率 铜损
功率(w)
100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120
时 间(分 钟)
32
500 450
2000年11月20日 新转 子 各 种损耗曲线
注 :铜损为(75wh)
Ed
Pd J p Wd W d
d td
, d W d W
29
30
2000年11月20日 各 种功率随转 速的变 化曲线
150
发 电功率
*注 :试验真空度为0.01帕
功率(w)
100 各 种损耗功率和
停车损耗功率 50
铜损 0 0 100 200 300 400 转 速(周:Hz) 500 600
飞轮储能技术基础
戴兴建 清华大学技术物理研究所 2009.7
1
2
3
飞轮储能原理和技术介绍 国内研究概况 试验研究方法
4
飞轮的动能和动量矩
E=0.5JW2 Lo=JW

E=0.5mv2 L=mv

Mg=JW×w
J=?
5
转动惯量
绕端点旋转的细杆

1/3Ml2
薄圆环
8
飞轮储能系统结构



飞轮 轴承 电机 变频\逆变控制器 辅助系统
9
飞轮
10
轴承
11
电机
12
变频\逆变
13
应用

电动车
14
应用

轨道交通
15
应用

可再生能源
16
应用

电磁发射
17
应用

航天电源

Ni-H2 Ni-Cd Lion Flywheel?

18
NASA Flywheel
26
信号采集与分析
27
动态信号分析
幅频特性 相频特性

同频振动 倍频振动 高频振动 低频振动

28
充放电测试
Ed • 充电功率 c Ei
Ed 1 2 2 J (nt2 nb ) 1800
• 放电功率 Wl d • 系统效率 Wl d 0.64 Ed