電的儲能方式。該系統(tǒng)采用物理方法進行儲能，并通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機實現(xiàn)電能與高速運轉(zhuǎn)飛輪的機械動能之間的相互轉(zhuǎn)換和儲存。飛輪儲能系統(tǒng)具有功率密度高、儲能密度高、適應(yīng)性強、應(yīng)用范圍廣、效率高、長壽命、無污染和維修花費低等優(yōu)點。

典型的飛輪儲能系統(tǒng)由飛輪本體、軸承、電動／發(fā)電機、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個主要組件構(gòu)成。在實際應(yīng)用中，飛輪儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種。圖1是一種飛輪與電機合為一個整體的飛輪儲能系統(tǒng)。

飛輪本體是飛輪儲能系統(tǒng)中的核心部件，作用是力求提高轉(zhuǎn)子的極限角速度，減輕轉(zhuǎn)子重量，最大限度地增加飛輪儲能系統(tǒng)的儲能量，目前多采用碳素纖維材料制作。軸承系統(tǒng)的性能直接影響飛輪儲能系統(tǒng)的可靠性、效率和壽命。

目前應(yīng)用的飛輪儲能系統(tǒng)多采用磁懸浮系統(tǒng)，減少電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的摩擦，降低機械損耗，提高儲能效率。飛輪儲能系統(tǒng)的機械能與電能之間的轉(zhuǎn)換是以電動／發(fā)電機及其控制為核心實現(xiàn)的，電動／發(fā)電機集成一個部件，在儲能時，作為電動機運行，由外界電能驅(qū)動電動機，帶動飛輪轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的某一轉(zhuǎn)速；在釋能時，電機又作為發(fā)電機運行，向外輸出電能，此時飛輪轉(zhuǎn)速不斷下降。顯然，低損耗、高效率的電動／發(fā)電機是能量高效傳遞的關(guān)鍵。

電力轉(zhuǎn)換裝置是為了提高飛輪儲能系統(tǒng)的靈活性和可控性，并將輸出電能變換（調(diào)頻、整流或恒壓等）為滿足負(fù)荷供電要求的電能。真空室的主要作用是提供真空環(huán)境，降低電機運行時的風(fēng)阻損耗。

飛輪儲能系統(tǒng)的核心部件是飛輪，它的設(shè)計力求提高轉(zhuǎn)子的極限角速度，減輕轉(zhuǎn)子重量，以最大限度地增加飛輪儲能系統(tǒng)的儲能量。同時，采用先進的材料如碳素纖維制作飛輪，以提高其性能和安全性。

飛輪儲能器中沒有任何化學(xué)活性物質(zhì)，也沒有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。旋轉(zhuǎn)時的飛輪是純粹的機械運動，飛輪在轉(zhuǎn)動時的動能為：E=1/2Jω2式中：J為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量；ω為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度。

飛輪轉(zhuǎn)動時動能與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量成正比。而飛輪的轉(zhuǎn)動慣量又正比于飛輪的直徑和飛輪的質(zhì)量，過于龐大、沉重的飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時，會受到極大的離心力作用，往往超過飛輪材料的極限強度，很不安全。因此，用增大飛輪轉(zhuǎn)動慣量的方法來增加飛輪的動能是有限的。

飛輪儲能裝置中有一個內(nèi)置電機，它既是電動機也是發(fā)電機。在充電時，它作為電動機給飛輪加速；當(dāng)放電時，它又作為發(fā)電機給外設(shè)供電，此時飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降；而當(dāng)飛輪空閑運轉(zhuǎn)時，整個裝置則以最小損耗運行。

飛輪儲能是通過電動/發(fā)電互逆式雙向電機，電能與高速運轉(zhuǎn)飛輪的機械動能之間的相互轉(zhuǎn)換與儲存，并通過調(diào)頻、整流、恒壓與不同類型的負(fù)載接口。典型的飛輪儲能系統(tǒng)由飛輪本體、軸承、電動/發(fā)電機、電力轉(zhuǎn)換器和真空室5個主要組件構(gòu)成。在實際應(yīng)用中，飛輪儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種。

圖1是一種飛輪與電機合為一個整體的飛輪儲能系統(tǒng)。充電時，電動/發(fā)電機通過轉(zhuǎn)換器接外電源作電動機運行，把飛輪轉(zhuǎn)子快速加速到非常高的轉(zhuǎn)速，于是電能轉(zhuǎn)化為動能儲存起來。放電時，電動/發(fā)電機作發(fā)電機運行，通過電子轉(zhuǎn)換器向負(fù)載輸出電能，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，動能轉(zhuǎn)化為電能。

飛輪儲能技術(shù)在航空航天、UPS電源、交通運輸、風(fēng)力發(fā)電、核工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。與化學(xué)儲能相比，飛輪儲能的主要優(yōu)勢在于支持高頻次充放電、使用壽命長、安全性高，但劣勢在于儲電量低、度電成本高和功耗高。

目前，我國自主研發(fā)的飛輪儲能技術(shù)已取得重大突破，例如兆瓦級飛輪儲能裝置在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，以及飛輪與鋰電池儲能復(fù)合調(diào)頻項目的投運。然而，飛輪儲能技術(shù)尚不具備規(guī)?；a(chǎn)能力，仍需要進一步的技術(shù)研發(fā)和市場推廣。

審核編輯：黃飛