飛輪是一種新的儲能技術(shù)--利用飛輪轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能存儲，再進(jìn)行能量釋放。

相比鋰電池等其他儲能技術(shù),飛輪具有充放電頻次高、響應(yīng)速度快、功率大、且放電時(shí)間短的特點(diǎn),適合應(yīng)用在地鐵能量回饋、UPS 不間斷電源、電網(wǎng)調(diào)頻三種場景中。

若飛輪儲能成本能夠在未來 3-5 年內(nèi)下降 50%、且綠色環(huán)保政策進(jìn)一步引導(dǎo),飛輪儲能技術(shù)應(yīng)用在未來幾年將實(shí)現(xiàn)高速增長，科爾尼中性測算，到 2026 年飛輪儲能累計(jì)裝機(jī)量可增長至 ~572MW，到 2030 年可進(jìn)一步增長至~1.62GW。

飛輪儲能是一種源于航天領(lǐng)域的先進(jìn)物理儲能技術(shù)，利用電機(jī)驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)行存儲并在需要的時(shí)候利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪慣性，經(jīng)功率變換器輸出用于負(fù)載的電流與電壓，又將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出(如圖 1)。

飛輪儲能裝置的核心結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、飛輪轉(zhuǎn)子、軸承和真空室四部分,其儲存能量(E) 的大小主要與轉(zhuǎn)動慣量(J)和角速度 (w)相關(guān)。由于 J=mr2,因此為獲得更大的轉(zhuǎn)動慣量 ()，需要采用大直徑和大質(zhì)量的飛輪。然而單純提高質(zhì)量而使用沉重的飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易產(chǎn)生極大的離心力，如超過飛輪材料極限強(qiáng)度就會出現(xiàn)較大的安全隱患。

進(jìn)一步提高角速度(w)則大有可為,可通過提升軸承技術(shù)和真空技術(shù)實(shí)現(xiàn)。一方面，通過更優(yōu)的磁懸浮控制技術(shù)使軸承在高速旋轉(zhuǎn)中保持可靠性、承載力，提高可應(yīng)許的角速度上限;另一方面,通過提高真空度和真空散熱,減少飛輪高速轉(zhuǎn)動中的風(fēng)阻(摩擦力)，提高角速度。

相比市場主流的鋰電池,飛輪儲能在循環(huán)次數(shù)、瞬時(shí)功率、響應(yīng)速度、安全性等方面優(yōu)勢突出,但也存在能量密度低、自放電率高的劣勢(如圖 3)。

基于飛輪儲能的特點(diǎn)，其最適用于充放電頻次高、響應(yīng)速度快、功率大、且放電時(shí)間短的應(yīng)用場景,即地鐵能量回饋、不間斷電源和電網(wǎng)調(diào)頻三大領(lǐng)域，目前商業(yè)化應(yīng)用正逐步開展 (如圖 4)。

針對飛輪儲能循環(huán)次數(shù)、瞬時(shí)功率、響應(yīng)速度等特點(diǎn)，EAK開發(fā)大功率水冷泄放電阻，水冷充放電電阻，滿足客戶不同領(lǐng)域，不同需求場景。

審核編輯 黃宇