近日，由二重德陽儲能科技有限公司自主研制的首臺套100kW飛輪儲能不間斷供電系統(tǒng)在二重重型裝備有限公司數(shù)據(jù)中心安裝調(diào)試完畢并開始正式投入運行。

一、首套完全自主知識產(chǎn)權(quán)的商業(yè)化飛輪儲能系統(tǒng)投運

由二重德陽儲能科技有限公司自主研制的的核心設(shè)備“100kW飛輪儲能裝置”于2018年11月15日通過了由中國機械工業(yè)聯(lián)合會組織的產(chǎn)品鑒定。近日，首臺套100kW飛輪儲能不間斷供電系統(tǒng)在二重重型裝備有限公司數(shù)據(jù)中心安裝調(diào)試完畢并開始正式投入運行。該系統(tǒng)的建成投運，標(biāo)志著我國首臺（套）具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的飛輪儲能系統(tǒng)商業(yè)化應(yīng)用的誕生，是我國飛輪儲能裝置成功應(yīng)用的里程碑事件，將對我國的飛輪儲能行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極重要的影響。

二、飛輪儲能主要原理

指利用電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成動能儲存起來，在需要的時候再用飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電的儲能方式。飛輪儲能系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、軸承系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換能量系統(tǒng)三個部分構(gòu)成。另外還有一些支持系統(tǒng)，如真空、深冷、外殼和控制系統(tǒng)?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示。


飛輪儲能系統(tǒng)的工作模式有三種：充電、放電和能量保持。通常給飛輪充電的能量有電能和機械能兩種。目前電能充電方式應(yīng)用較多，機械能充電在汽車制動能量回收、孤島風(fēng)能儲存等領(lǐng)域都可以應(yīng)用。放電時，飛輪帶動發(fā)電機使發(fā)電機發(fā)電，輸出的電能經(jīng)過電力電子設(shè)備變成可用的電能。能量保持階段，飛輪儲能系統(tǒng)既不充電也不放電，保持額定轉(zhuǎn)速運行。

三、飛輪儲能系統(tǒng)的優(yōu)點

飛輪儲能技術(shù)是目前最有發(fā)展前途的儲能技術(shù)之一。相比鋰電池、鉛酸電池，飛輪儲能具有諸多優(yōu)點：

1、儲能密度大。儲能密度可達(dá)100～200wh/kg，功率密度可達(dá)5000～10000w/kg

2、效率高。工作效率高達(dá)百分之95

3、維護(hù)成本低。運行的時候損耗很小，基本上不用維護(hù)

4、壽命長。不受重復(fù)深度放電影響，設(shè)計壽命20年以上，磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機械損耗可以被忽略，系統(tǒng)維護(hù)周期長

5、無噪聲。

6、環(huán)境污染小，對周圍環(huán)境幾乎沒有影響。

四、飛輪儲能系統(tǒng)的應(yīng)用

由于飛輪儲能系統(tǒng)具有能量密度大、效率高、無污染等優(yōu)點，技術(shù)水平也日益完善，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

4.1 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1.1 電力調(diào)峰調(diào)頻

飛輪儲能系統(tǒng)用于電力調(diào)峰具有儲能、釋能速度快，效率高，同時不受地理環(huán)境影響的優(yōu)點。當(dāng)用電低谷時，將產(chǎn)生的多余電力用于驅(qū)動飛輪儲能;當(dāng)用電高峰時，飛輪帶動發(fā)電機運行，通過電力電力設(shè)備將機械能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)匹配的電能。2008年，美國Beacon Power公司在馬薩諸塞州的Tyngsboro建設(shè)的一座5MW飛輪儲能調(diào)峰、調(diào)頻電廠投入商業(yè)使用，電廠總效率達(dá)到85%,該系統(tǒng)響應(yīng)時間為4s,相比較于需要5min響應(yīng)時間的傳統(tǒng)發(fā)電機調(diào)節(jié)來說優(yōu)勢很明顯.

此外，調(diào)頻是飛輪儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)中最主要的應(yīng)用，無論是北美洲還是歐洲，都有飛輪儲能電站投入建設(shè)運營。飛輪儲能作為快速調(diào)節(jié)資源已經(jīng)開始獲得各國電網(wǎng)運營商的青睞。

4.1.2 不間斷供電

為了避免政府重要部門、軍事指揮中心、醫(yī)院手術(shù)樓、計算中心等重要用電場合停電或者電能質(zhì)量不穩(wěn)定，都會使用不間斷供電系統(tǒng)(UPS)。過去常使用化學(xué)電池，雖然其技術(shù)成熟，但使用壽命較短，不支持頻繁的開關(guān)操作，據(jù)業(yè)界統(tǒng)計，UPS系統(tǒng)的故障70%都是由化學(xué)電池引起的。美國Active Power公司于2007年將飛輪儲能技術(shù)運用在中國網(wǎng)通山西省通信公司太原第二樞紐樓的UPS中。在市電正常時，飛輪相當(dāng)于一臺低耗空載電動機，轉(zhuǎn)速維持在7700r/min;當(dāng)市電異?；蛲ｋ姇r，飛輪系統(tǒng)能夠瞬間供電。

4.2 在交通工具中的應(yīng)用

4.2.1 車載飛輪電池

隨著能源日益短缺和對環(huán)境保護(hù)的重視，世界各地都在研究汽車的新動力，而用飛輪儲能系統(tǒng)代替內(nèi)燃機具有很好的前景，稱之為車載飛輪電池。車載飛輪電池具有清潔無污染、充電快捷等優(yōu)點。上世紀(jì)80年代，瑞士研究出第一輛飛輪電池汽車的充電時間控制在2min中內(nèi);90年代末，美國Texas大學(xué)將飛輪儲能系統(tǒng)應(yīng)用于軍用車輛中，該系統(tǒng)可以間歇性的提供5MW的輸出脈沖，連續(xù)輸出功率為350kW,最小的空載損耗小于1000W,可以滿足14-ton的軍用偵查車輛的脈沖電力需求.

4.2.2 飛輪混合電池

飛輪儲能系統(tǒng)也可以與內(nèi)燃機或者化學(xué)電池并用于汽車中，當(dāng)汽車下坡或是剎車時，將汽車的動能轉(zhuǎn)化為飛輪的機械能儲存;當(dāng)汽車加速、上坡等需要短時間大功率輸出時，飛輪再將能量釋放出來。這樣可以使汽車節(jié)約大約30%的能量，也使加速度更大.由于軌道交通制動比公路汽車更有規(guī)律性，飛輪在其中能夠在回收巨大能量。

4.3 在航空航天中的應(yīng)用

飛輪儲能系統(tǒng)使用壽命長，非常適合對衛(wèi)星供電。同時，利用飛輪的動量矩可以有效地對衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行控制，代替原來的化學(xué)電池可以減少了衛(wèi)星的重量。1986年2月，法國發(fā)射“SPOT”衛(wèi)星，首次將飛輪技術(shù)運用于航天器，上面的3個反作用飛輪使衛(wèi)星對地球的指向控制精度為0.15°，的姿態(tài)穩(wěn)定達(dá)到0. 0001°/s.

五、主要飛輪儲能企業(yè)

上海中以投資發(fā)展有限公司，鄭州瑞能電氣有限公司旗下子公司。上海中以與Chakratec合作研制開發(fā)的高效飛輪儲能技術(shù)，轉(zhuǎn)速25000轉(zhuǎn)/分、無限制充放電周期和96%的放電深度，填補了國內(nèi)外市場空白。

沈陽微控新能源技術(shù)有限公司，微控新能源與美國VYCON(VYCON,INC.)公司在全球達(dá)成了全面排他性戰(zhàn)略合作關(guān)系，并擁有全部技術(shù)能力和VYCON 品牌使用權(quán)。其飛輪儲能系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心綠色儲能、軌道交通制動能量回收、油田鉆機/修井機儲能等。

盾石磁能科技有限責(zé)任公司(GTR飛輪儲能)，冀東集團(tuán)投資3億元建設(shè)的全資子公司，主要產(chǎn)品為功率型GTR飛輪儲能系統(tǒng)與蓄電池結(jié)合組成復(fù)合式儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備高比功率，可以在15s內(nèi)實現(xiàn)全功率快速充放電，響應(yīng)時間僅有5ms，但可實現(xiàn)1000萬次、超過20年的循環(huán)壽命，且本體免維護(hù)，維護(hù)成本低，已廣泛應(yīng)用在軌道牽引動力儲能、微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)壓等領(lǐng)域，填補了國內(nèi)科技、市場的空白。

北京奇峰聚能科技有限公司，中國英利集團(tuán)投資組建，專注于磁懸浮飛輪儲能研究。2011年1月，英利自主研發(fā)出1千瓦時儲能飛輪樣機。同年9月，國內(nèi)首臺20千瓦時磁懸浮飛輪儲能樣機下線。此后，由英利投資的北京奇峰聚能科技有限公司經(jīng)過國家科技部審批，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)高性能物理儲能項目中承擔(dān)了磁懸浮儲能飛輪技術(shù)課題研究工作。

二重德陽儲能科技有限公司為二重(德陽)重型裝備有限公司的控股子公司，是一家集飛輪儲能產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、推廣、銷售及服務(wù)于一體的高科技公司，公司產(chǎn)品真空磁懸浮飛輪旋轉(zhuǎn)儲能，零排放無污染，放電功率大，功率密度高，無限次充放電，使用年限長達(dá)20年，能效高達(dá)96%，可廣泛應(yīng)用于不間斷電源、智能電網(wǎng)、交通運輸、石油化工、航空航天等領(lǐng)域。

北京泓慧國際能源技術(shù)發(fā)展有限公司，是一家軍民融合、航天技術(shù)轉(zhuǎn)民用的高科技企業(yè)，可提供先進(jìn)的飛輪儲能技術(shù)和節(jié)能服務(wù)，已開發(fā)出了國際領(lǐng)先的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的系列化飛輪儲能技術(shù)和產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于軌道交通制動能回收利用、UPS毫秒級不間斷電源、港口碼頭龍門起重機節(jié)能延壽，以及微電網(wǎng)、人防工程、風(fēng)力太陽能儲能電站等領(lǐng)域。

貝肯新能源(天津)有限公司，于2017年成立，是一家擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。公司主要從事先進(jìn)儲能技術(shù)的開發(fā)，特別是飛輪儲能技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用。公司聯(lián)合了華北電力大學(xué)先進(jìn)飛輪儲能技術(shù)與工程應(yīng)用研發(fā)中心，斥巨資100%收購了加拿大Temporal Power飛輪儲能技術(shù)公司。公司是全球單體容量最大的儲能飛輪生產(chǎn)及工程服務(wù)商，主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻、搭配可再生能源的微電網(wǎng)電力供應(yīng)等。

羅特尼克能源科技(北京)有限公司，其自主開發(fā)、擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的OmniFly™ 高能碳纖維飛輪儲能系統(tǒng)，是具領(lǐng)先的高功率、高能量、高效率、高強度碳纖維、磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng)，單機設(shè)計的最大輸出功率可達(dá)1兆瓦，儲能12千瓦時，占地僅0.84平方米，待機功率僅500瓦，并可模塊化集成為數(shù)十至數(shù)百兆瓦電站。OmniFly™系列其產(chǎn)品面向能量循環(huán)系統(tǒng)、智能電網(wǎng)調(diào)頻電站、數(shù)據(jù)中心UPS 等應(yīng)用領(lǐng)域。

STORNETIC，成立于2013年的德國儲能企業(yè)，2016年9月首次推出其EnWheel飛輪儲能產(chǎn)品，2017年向法國電力集團(tuán)其首套儲能設(shè)備，用于平滑當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的風(fēng)電和光伏的波動。

AmberKinetics，2009年成立于美國，開發(fā)出了世界首個商業(yè)化的四小時放電時效動力儲能系統(tǒng)，可搭配光伏風(fēng)電等可再生能源，廣泛應(yīng)用于微電網(wǎng)、備用電源、電網(wǎng)輔助服務(wù)、削峰填谷套利等，已在全球各地有示范應(yīng)用項目。

Vycon，美國飛輪儲能企業(yè)，總部位于美國加州南部的航空航天工業(yè)中心，亞洲總部位于中國沈陽工業(yè)城，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域，國內(nèi)北京電信數(shù)據(jù)中心、東莞華為數(shù)據(jù)中心都有實際應(yīng)用案例。