中国储能网讯:美国、德国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日本已经制造出在世界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统(容量26.5MVA ,电压1100V ,转速510690r/min ,转动惯量710t·m2) 。美国马里兰大学也已研究出用于电力调峰的24kwh的电磁悬浮飞轮系统。飞轮重172.8kg, 工作转速范围11, 610—46, 345rpm, 破坏转速为48, 784rpm, 系统输出恒压110-240V , 全程效率为81%。经济分析表明, 运行3 年时间可收回全部成本。飞轮储能技术在美国发展得很成熟,他们制造出一种装置,在空转时的能量损耗达到0. 1 %每小时。欧洲的法国国家科研中心、德国的物理高技术研究所、意大利的SISE均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。
1、美国宇航局(NASA)Glenn 研究中心及其合作单位
NASA飞轮主要应用于航空航天,以及军用装甲车辆上,用途主要是:能量储存;动力和姿态控制;峰值功率调节等。设计储能量:300-700W3S;储能密度44wh/kg;转速:60000rpm;线速度:不小于880m/s。目标建立和测试大型飞轮储能系统,目标:储能密度大于100wh/kg;线速度不小于1260m/s。工作高低转速比:3:1;放电深度:90%;运行转速内无临界模态,后期研究控制模态可能性。
2、Bescon Power 公司
Bescon Power 公司生产的飞轮电池产品用以满足迅速增长的可靠的、分布式电源需求。建立为通讯应用提供后备电源的商业基础,估计每年拥有10000套飞轮系统需求。为电信/ 电缆设备提供备用电力供应的20C1000飞轮储能系统为主。
飞轮采用采用高强度复合材料轮缘,高速、长寿命、无需维护、低损耗永磁偏置主动/被动磁轴承,直流永磁无刷高效率、低损耗电动/发电机,正弦波脉宽调制实现驱动电压、电流一体化控制的双向换流器,真空密封,埋入地下,运行状况可以通过互联网进行监视。
指标:工作转速:30000-100000rpm,最高线速度:700m/s,放电深度:90%,电机效率:96%,输出可用储量2000wh;输出电压为直流36V、48V 或96V,额定输出功率1kw;输入电压120/240 DC,50/60HZ,最大输入功率kw;转子重量:68kg,飞轮模块重量:383kg,电子模块重量90kg;设计寿命:20年,平均故障间隔时间:10万小时。
3、Active Power 公司
公司主要生产作为不间断电源(UPS) 的飞轮电池系统,以取代传统的铅- 酸电池,解决当今对于电力品质的高要求。公司产品的应用对象主要是广大工业用户,比如:先进的数据中心、工业设备和广播站等。目前,公司拥有29 项发明专利,主要产品有Cat UPS 系列和Cleansource DC 系列。ActivePower 的飞轮材料为4340 锻铁,其飞轮转子与电动/ 发电机、磁轴承整合在一起。用磁铁卸去80 %的重量以延长飞轮轴承的寿命和减小损耗。飞轮的工作转速在7000~7700rpm。工作维持时间为几十秒到几分钟。目前公司飞轮已经产品化出售,并在北京设有办事处。
4、德国Forschungszentrum karlsruhe Gmbh 公司
德国Forschungszentrum karlsruhe Gmbh 公司1997年着手设计5MWh/100MW超导飞轮储能电站的概念设计。电站由10个飞轮模块组成,每个模块储能0.5MWh,功率10MW,重30t,直径3.5m、高6.5m,用同步电动/发电机进行电能输入输出。每个模块包括一个电动/发电机子模块、4个碳纤维复合材料制成的转子模块和6个SMB子模块。每个飞轮转子储能125kwh,重3t,能量密度42wh/kg,运行转速为2250-4500rpm,最大外缘线速度600m/s,最大拉应力810Mpa。SMB由YBCO块材料和稀土铁棚型高强度永磁材料构成,耗用10t的YBCO块材和5t的永磁材料。系统效率96%。
5、日本
日本已投资3500 万美元进行高温超导磁悬浮轴承飞轮储能研究, 由三菱、日立、精工等公司和多个研究所、高校组成3 个研究组合作承担。已研制出3 种试验模型机, 并进行了储能8MW.h 容量1000kW 的飞轮储能机组的概念设计。日本原子能研究所一座大型核融合实验炉采用了飞轮储能发电装置,其主要参数为:功率235MVA、电压18kv、电流6898A、飞轮转速420-600rpm、可释放能量为020MJ,转子为碳素钢锻造的实心圆盘,重1000t。