飞轮储能在电网调频及新能源并网等方面的应用

电网频率的变动和偏差，对用户和原动机的影响和危害是众所周知的。电网频率的稳定性和准确性，是供电质量的重要指标。为了保证电网的可靠性与有效性，各电网运营部门必须使其区域的电网频率非常接近于50赫兹(Hz)。而只有当电力供应能够满足负载需求时，电网频率才能维持在一个稳定的水平。因此，电网运营者一直在寻找能够通过改变发电容量来满足负载需求从而使频率保持稳定的方法。

目前，我国主要是通过大型的水电站来进行调频。他们通过不断的增加或减少发电量来响应频率的变化。但是并不是所有的发电设备都能够在这种环境下可靠的工作。另外，不断地改变发电容量也会增加设备磨损、燃料使用、运营费用、能量损失、以及CO2和其他废物的排放。

在过去的10年内，美国的公司已经把飞轮储能系统用于电网调频，并且取得了良好的效果。与传统的变频方式相比，利用飞轮储能调频具有响应快、噪音小、运营成本低、维护费用低、零CO2温室气体、无其他排放物等优势。

飞轮储能系统，核心部件是一个飞轮转子，以一种强度高、重量轻的石墨和玻璃纤维复合材料制成，用树脂胶合。转子安装在金属轮毂和轴上，悬浮在组合使用永磁铁和电磁铁的磁性支架上，在几乎无摩擦的环境中运行。

装在轴上的还有一台独特的飞轮电动机兼发电机。当系统处在充电状态时，该机器是台电动机，起着负荷的作用。从市政电网汲取的能量驱动永磁电动机，使转子旋转并逐步加速到每分钟16000转，能量以动能的方式储存起来。而当系统收到要求供电的信号、进入放电状态时，该机器是台发电机，飞旋的转子以惯性动能驱动它，发出的电力回馈给电网。因此可以说，这个飞轮系统本身是个能量“电池”，高速转动时储存能量，需要时减速即可发电。

飞轮储能系统的优越性还包括：作为智能电网的一部分，能遥控，能检测;20年生命周期中完成数十万次充电-发电循环，按无维护操作而设计、建造;不需要燃料，不含危险化学物，避免潜在的地面污染。这些，都使其被誉为真正的可持续技术解决方案，受到行家的关注。

新能源并网应用

光伏发电、风力发电等绿色新能源自身所固有的随机性、间歇性、不可控性的特点，使得可再生能源电厂不可能像其它传统电源一样制定和实施准确的发电计划，这给电网的运行调度带来巨大压力;同时，可再生能源的大规模接入所带来的局部电网无功电压和频率问题、电能质量问题等等也不容忽视，会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响。

目前，我国电力系统煤电比例较高，在部分地区又主要是调峰能力比较差的供热机组，核电发展很快但不能参与调峰，水电、燃气发电等调峰性能优越的电源所占比例过低，导致现有电力系统接纳新能源的能力很弱。我国能源资源所在地多远离负荷地，不得不实施风电、光电的大规模集中开发并远距离输送，这进一步加大了电网运行和控制风险。随着国内新能源发电规模的快速扩大，电网与新能源的矛盾越来越突出。

飞轮储能技术能在很大程度上解决新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电和太阳能发电方便可靠地并入常规电网，减少温室气体排放。

电动汽车应用

目前随着环境保护意识的提高以及全球能源的供需矛盾，开发节能及采用替代能源的环保型汽车，以减少对环境的污染，成为当今世界汽车产业发展的一个重要趋势。汽车制造行业纷纷把目光转向电动汽车的研制。能找到储能密度大、充电时间短、价格适宜的新型电池，是电动汽车能否拥有更大的机动性并与汽油车一争高下的关键。而飞轮电池因具有清洁、高效、充放电迅捷、不污染环境等特点而受到汽车行业的广泛重视。预计21世纪飞轮电池将会是电动汽车行业的研究热点。

飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。

车辆在正常行使时和刹车制动时，给飞轮电池充电;飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优状态下的转速，可减少燃料消耗、空气和噪声污染、并可以减少发动机的维护，延长发动机的寿命。

飞轮电池电动汽车利用储存在随车飞轮中的机械能驱动汽车前进。它的推进系统由飞轮电池、电机控制器、电机和传动系统等组成。

飞轮电池实际上是一种机-电能量转换和储存装置。飞轮可以储存能量，根据飞轮能够储存和释放能量的特性研制的一种机械式蓄电池就是飞轮蓄电池。在飞轮的内部镶有永久性磁铁，外壳上装有感应线圈，这样飞轮就具有电动机和发电机的双重功能。充电时飞轮中的电机以电动机的形式运行，在外接电源的驱动下带动飞轮旋转，达到极高的转速，从而完成电能-机械能转换的储能过程;放电时，飞轮中的电机以发电机的状态运行，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能-电能转换的释放过程 。

比能量，飞轮电池比镍氢电池大2-3倍;比功率，飞轮电池高于一般化学蓄电池和内燃机 ，其快速充电可在十八分钟内完成且能量储存时间长。既能超快速充电也无化学电他的损寿问题，整个电池的使用寿命远长于各种化学蓄电池。更重要的是，飞轮为纯机械结构，不会像内燃机产生排气污染，同时也没有化学蓄电池的化学反应过程，不会引起腐蚀，也无废料的处理回收问题。

一辆用二十节直径为230mm，质量为13.64kg的飞轮电池的汽车，用市电充电需要6小时，快速充电只需15分钟，一次充电行驶里程可达560公里。