[⼲货]解析飞轮储能系统的发展及市场前景
北极星储能⽹讯：指利⽤电动机带动飞轮⾼速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再⽤飞轮带动发电机发电的储能⽅式。飞轮储能系统主要包括转⼦系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还有⼀些⽀持系统，如真空、深冷、外壳和控制系统。基本结构如图所⽰。
飞轮储能装置中有⼀个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它⼜作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降;⽽当飞轮空闲运转时，整个装置则以最⼩损耗运⾏。
飞轮储能器中没有任何化学活性物质，也没有任何化学反应发⽣。旋转时的飞轮是纯粹的机械运动，飞轮在转动时的动能为：E =1/2Jω^2
式中： J为飞轮的转动惯量，ω为飞轮旋转的⾓速度.
由于在实际⼯作中，飞轮的转速可达40000～500000r/min，⼀般⾦属制成的飞轮⽆法承受这样⾼的转速，所以飞轮⼀般都采⽤碳纤维制成，既轻⼜强，进⼀步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗(主要是摩擦⼒损耗)，电机和飞轮都使⽤磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空⽓摩擦。这样飞轮电池的净效率(输⼊输出)可以达到95%左右。
国内外飞轮储能系统研究的现状、发展及未来
飞轮电池是90年代提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，⽤物理⽅法实现储能，由于是电能和机械能的相互转化，不会造成污染。飞轮储能电池最初只是想将其应⽤在电动汽车上，但限于当时的技术⽔平，并没有得到发展。直到上世纪90年代由于电路拓扑思想的发展，碳纤维材料的⼴泛应⽤，以及全世界范围对污染的重视，这种新型电池⼜得到了⾼速发展，并且伴随着磁轴承技术的发展，这种电池显⽰出更加⼴阔的应⽤前景，现正迅速地从实验室⾛向社会。
纵观欧美国家的现状，在汽车⾏业中，美国飞轮系统公司(AFS)就⽣产出了以克莱斯勒LHS轿车为原形的飞轮电池轿车AFS20；在⽕车⽅⾯，德国西门⼦公司已研制出长1.5m，宽0.75m的飞轮电池，可提供3MW的功率，同时，可储存30%的刹车能；在军⽤设备上，美国已经开始尝试使⽤飞轮装置，尤
其是⼤型混能牵引机车上，美国国防部预测未来的战⽃车辆在通信、武器和防护系统等⽅⾯都⼴泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独⽴⽽稳定的能量输出，重量轻，能使车辆⼯作处于最优状态，减少车辆的噪声(战⽃中⾮常重要)，提⾼车辆的加速性能等优点，已成为美国军⽅⾸要考虑的储能装置；在太空⽅⾯，由于飞轮储能装置的储能密度很⼤，并且随着材料学和磁悬浮轴承技术的不断发展，在卫星上使⽤的飞轮储能装置甚⾄⼩到可以装进卫星壁中，⽽且飞轮储能装置运⾏的时候损耗很⼩，基本上不⽤维护，这就使得飞轮技术不断应⽤于卫星装置和太空空间站的太阳能储能电池中作为它们的能量供应中⼼来使⽤，同时飞轮还可以⽤于卫星的姿态控制中。
根据市场研究公司Research and Markets最新发布的报告，从2010年到2014年，全球飞轮储能市场的年复合增长率将达到12%。不过，国内飞轮储能市场开始发⼒也只有3、4年时间。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。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。飞轮储能的研究主要着⼒于研发提⾼能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术。其中超导磁悬浮是降低损耗的主要⽅法，⽽复合材料能够提⾼储能密度，降低系统体积和重量。2014年9⽉16⽇国内第⼀台飞轮200千⽡⼯业化磁飞轮调试成功，各项实验测试指标均达良好，飞轮运⾏正常，性能安全可靠。专家评价，这项具有完全知识产权的储能技术和产品填补了国内科技和市场的空⽩。
⽬前已有机构在积极开发混合电动车(HEV)⽤的飞轮电池系统。其主要作⽤：A)稳定主动⼒源的功率
输出。在混合动⼒汽车起步、爬坡和加速时，飞轮电池能够快速、⼤能量的放电，为主动⼒源提供辅助动⼒，并减少主动⼒源的动⼒输出损耗。B)提⾼能量回收的效率。在混合动⼒电动汽车下坡、滑⾏和制动时，飞轮电池能够快速、⼤量的存储动能，充电速度不受“活性物质”化学反应速度的影响，可提⾼再⽣制动时能量回收的效率。飞轮储能⽤于HEV，存在的主要问题是
速度不受“活性物质”化学反应速度的影响，可提⾼再⽣制动时能量回收的效率。飞轮储能⽤于HEV，存在的主要问题是如何尽可能减轻飞轮的陀螺效应以及提⾼飞轮的⼯作效率。对应同等级别的汽车，安装飞轮储能系统后，可以采⽤相对⼩的发动机来提供动⼒，实现节能和减排的⽬的。最近国家⼯业和信息化部发布《新能源汽车⽣产企业及产品准⼊管理规则》时，特别将⾼效储能器作为解决新能源途径之⼀写⼊了规则，作为⾼效储能器的代表，飞轮储能在汽车上应⽤有着巨⼤潜⼒。据称，飞轮电池⽐能呈可达150W ?h/kg，⽐功率达5000-10000W/kg，使⽤寿命长达25年，可供电动汽车⾏驶500万公⾥。
黄金车报价飞轮储能技术看似很神秘，其实与⼈们⽣活密切相关，⽐如地铁列车进出站时的能量转换，列车进站刹车时将多余能量输⼊飞轮，列车出站提速时需要能量，飞轮将能量输出，这个系统可为地铁节省20%左右的能量消耗。飞轮技术在我国仍处在研发阶段，⽽国际发达国家已有⼏⼗年的发展历史，在诸多领域获得应⽤，如F1赛车能量回收、轨道牵引能量回收、微电⽹调压及并⽹，超低温余热回收利⽤、应急UPS电源、⾼速离⼼风机等。
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飞轮储能系统的优点
飞轮储能技术是⽬前最有发展前途的储能技术之⼀。相⽐锂电池、铅酸电池，飞轮储能具有诸多优点：
1、储能密度⼤。储能密度可达100～200wh/kg，功率密度可达5000～10000w/kg
2、效率⾼。⼯作效率⾼达百分之95
3、维护成本低。运⾏的时候损耗很⼩，基本上不⽤维护
4、寿命长。不受重复深度放电影响，设计寿命20年以上，磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长
5、⽆噪声。
6、环境污染⼩，对周围环境⼏乎没有影响。
不受地理环境限制等，是⽬前最有发展前途的储能技术之⼀。
飞轮储能系统的缺点
能量密度不够⾼，能量释放只能维持较短时间，⼀般只有⼏⼗秒钟。⾃放电率⾼，如停⽌充电，能量在⼏到⼏⼗个⼩时内就会⾃⾏耗尽。Active Power公司的飞轮储能系统单位模块输出250千⽡，待机损耗为2.5千⽡，因此有些数据称其效率为99%。但这是有条件的。只有在迅速⽤掉的情况下才有这么⾼的效率。如果⾃放电的话，效率⼤⼤降低。例如，⼏万转⾼速飞轮系统损耗在100⽡左右，1千⽡时的系统只能维持10⼩时的⾃放电。因此，飞轮储能最适合⾼功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求。
飞轮储能系统⽬前使⽤的领域
由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较⾼，在⼩型场合还⽆法体现其优势。但在下列⼀些需⼤型储能装置的场合，使⽤化学电池的价格也⾮常昂贵，飞轮电池已得到逐步应⽤。
浙江二手车市场1、太空包括⼈造卫星、飞船、空间站，飞轮电池⼀次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使⽤时间为化学电池的3～10倍。同时，因为它的转速是可测可控的，故可以随时查看电能的多少。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在⼀起可提供超过150KW的电能。据估计相⽐化学电池，可节约200万美元左右。
2、交通运输包括⽕车和汽车，这种车辆采⽤内燃机和电机混合推动，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、最优的状态下的转速，可减少燃料消耗，空⽓和噪声污染，发动机的维护，延长发动机的寿命。美国TEXAS⼤学已研制出⼀汽车⽤飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW的能量，能加速满载车辆到100Km/h。
槽罐车是什么车在2010美国勒芒系列赛最后⼀轮中，保时捷911GT3混合动⼒赛车⾸次正式使⽤了该项技术(该车成绩在⽐赛中排名中游)。911 GT3是保时捷第⼀辆混合动⼒赛车，它是918 Spyder混合动⼒车的前⾝，飞轮技术在不牺牲速度和敏捷性的前提下，让汽车更有效率，这是⼀个令⼈振奋的进步——保时捷918 Spyder混合动⼒车有500加马⼒的全轮驱动，仅需3.2秒即能将速度从0提⾄62英⾥每秒。保时捷公司表⽰，已有900名准买家签约购买该车。西贝尔跑车
3.2秒即能将速度从0提⾄62英⾥每秒。保时捷公司表⽰，已有900名准买家签约购买该车。
3、不间断电源飞轮电池可提供⾼可靠的稳定电源，可提供⼏秒到⼏分钟的电能，这段时间⾜已保证⼯⼚进⾏电源切换。德国GmbH 公司制造了⼀种使⽤飞轮电池的UPS，在5s内可提供或吸收5MW的电能。国外数据表明，在UPS应⽤中，飞轮储能正在逐步取代铅酸蓄电池，成为主流技术。
4、军⽤战⽃车辆
作为⼀种新兴的储能⽅式，飞轮电池所拥有传统化学电池⽆法⽐拟的优点已被⼈们⼴泛认同，它⾮常
克莱斯勒300c怎么样符合未来储能技术的发展⽅向。飞轮电池除了上⾯介绍的应⽤领域以外，也正在向⼩型化、低廉化的⽅向发展。最可能出现的是⼿机电池。可以预见，伴随着技术和材料学的进步，飞轮电池将在未来的各⾏各业中发挥重要的作⽤。
国内相关企业
1、冀东发展集团
2014年9⽉16⽇国内第⼀台200千⽡⼯业化磁飞轮在冀东发展集团盾⽯磁能科技有限责任公司调试成功。这项具有完全知识产权的储能技术和产品填补了国内科技和市场的空⽩。
2、北京奇峰聚能科技有限公司
中国英利集团投资组建，专注于磁悬浮飞轮储能研究。2011年1⽉，英利⾃主研发出1千⽡时储能飞轮样机。同年9⽉，国内⾸台20千⽡时磁悬浮飞轮储能样机也在英利下线。此后，由英利投资的北京奇峰聚能科技有限公司经过国家科技部审批，在国家⾼技术研究发展计划(863)⾼性能物理储能项⽬中承担了磁悬浮储能飞轮技术课题研究⼯作。
原标题:【知识】飞轮储能系统概述