飞轮储能图文说明
飞轮储能(整理)
飞轮储能一.飞轮储能原理飞轮储能是通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。
典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电动/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。
图1是一种飞轮与电机合为一个整体的飞轮储能系统。
充电时，电动/发电机通过转换器接外电源作电动机运行,把飞轮转子快速加速到非常高的转速,于是电能转化为动能储存起来。
放电时,电动/发电机作发电机运行,通过电子转换器向负载输出电能,转子转速下降,动能转化为电能。
二.飞轮储能的关键技术飞轮电池的原理简单，主要结构和运行方法已经基本明确，但要实现起来却并不容易,要突破的关键技术有：(1)飞轮转子的设计：转子动力学，强度和密度的优化；(2)磁轴承和真空设计：低功耗，动力设计，高转速，长寿命；(3)功率电子电路：高效率，高可靠性，低功耗电动\发电机；(4)安全及保护特性：不可预期动量传递，防止转子爆炸可能性，安全轻型保护壳设计；(5)机械备份轴承：磁轴承失效时支撑转子。
飞轮储能方法一直未能得到广泛的应用，其原因主要有三个：1.飞轮本身的能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。
人们曾通过改变轴承结构，如变滑动轴承为滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力，通过抽真空的办法来减小空气阻力，轴承摩擦系数已小到0.001。
即使如此飞轮所储的能量在一天之内仍有25％被损失，仍不能满足高效储能的要求。
2. 常规的飞轮是由钢（或铸铁）制成的，储能有限。
例如，欲使一个发电力为100万千瓦的电厂均衡发电，储能轮需用钢材150万吨！3. 要完成电能机械能的转换，还需要一套复杂的电力电子装置。
三.飞轮储能技术的进展近年来，飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展：一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。
飞轮储能
美国Active Power公司磁悬浮飞轮UPS及连续供电系统全球独创的磁悬浮飞轮储能及供电专利技术 高性能环保动力科技的领先者最可靠高品质不间断电源保障专家2007-5-15磁悬浮飞轮UPS简介磁悬浮飞轮UPS(CleanSource UPS)由美国Active Power公司生产。
Active Power是美国环保动力科技的领导者，在免蓄电池不间断电源领域中拥有42项技术发明专利，并且是美国NASDAQ上市公司。
其产品遍布北美、欧洲、南美、亚洲、中东、非洲等40多个国家和地区。
磁悬浮飞轮UPS的创新之处在于利用飞轮系统物理储能代替了传统蓄电池不可靠的化学储能方式，来提供市电供电瞬断或停电时启动发电机所需的过渡能源（详见系统示意图）。
由于磁悬浮飞轮UPS 与生俱来的高能效、高可靠性和环保特性，注定将要逐步替代传统型蓄电池UPS 电源。
与传统型蓄电池UPS电源相比较，磁悬浮飞轮UPS具有以下特点：- 消除了传统UPS中的最不可靠的蓄电池部分，飞轮磁悬浮的可靠性高达99.99999％；- 效率高达98％（传统UPS最高为93%）；- 维护工作量小、成本低；- 占地面积仅为蓄电池型UPS的1/4，能量密度高；- 可扩展性强：单系统120KV A－3.6 MV A；- 无限次数充放电，充电速度快（15秒钟）；- 工作寿命长：产品使用寿命超过为20年；- 对环境温度要求低（启动温度：-20℃－40℃/运行温度：0℃－40℃）；- 抗过载能力强；- 无污染、绿色环保；鉴于磁悬浮飞轮UPS具有以上诸多优点，因而已逐渐被应用于大型数据中心、电信、银行、航空航天、军队、机场、医院以及生产企业高质量用电设备的重要场所。
市电开关F/W柴油发电机连续供电系统组成示意图一、系统的组成及作用：1、磁悬浮飞轮（Flywheel）机械部分是坚固的钢制飞轮（转子），充电完成后，飞轮通过磁力轴承将其悬浮在真空中以7700转/分的速度旋转，来储存机械能量。
2.5飞轮电池与超级电容PPT
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3.飞轮池在电动汽车上的应用案例
➢ 1992年，美国飞轮系统公司(AFS)采用纤维复合材料制造飞轮，并开 发了飞轮电池电动汽车，该车一次充电续驶里程达到600km。
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3.飞轮电池在电动汽车上的应用案例
20世纪80年代初，瑞士Oerlikon Energy公司研制成功了完全由 飞轮电池供能的电动公交客车，飞轮直径1.63m，重1.5t，可载乘客 70名，在行驶过程中，需要在每个车站(站间距约800m)停车充电2min。
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3.飞轮电池在电动汽车上的应用案例
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超级电容适合用做电动汽车的辅助动力 如果使用比功率较大的超级电容，当瞬时功率需求较大时，由超
级电容提供尖峰功率，并且在制动回馈时吸收尖峰功率，那么就可 以减轻对电池、燃料电池或其它APU的压力。从而可以大大增加起步、 加速时系统的功率输出，而且可以高效地回收大功率的制动能量。 这样做还可以提高电池的使用寿命，改善其放电性能。
可达数百万次，预期寿命可达20年以上。
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2．飞轮电池的特点
⑥维护周期长。飞轮电池的轴承采用磁悬浮形式，飞轮在真空环境 下运转，其机械损耗微乎其微，因而其维护周期长。 飞轮电池特别适合用作电动汽车的辅助蓄能装置，在车辆起步、
加速、爬坡等行驶工况时，协助蓄电池供电，可提高电动汽车的动 力性，并延长蓄电池的使用寿命。在车辆制动时，飞轮电池可很好 地回收制动能量。用飞轮电池作蓄能装置的电动汽车也早被世界各 国所关注。美国飞轮系统公司用其最新研制的飞轮电池将一辆克莱 斯勒LHS轿车改成电动轿车，一次充电可行驶600km，0~96km/h的加 速时间仅为6.5s。
飞轮储能技术及其在石油工程上的应用_概述说明以及解释
飞轮储能技术及其在石油工程上的应用概述说明以及解释1. 引言1.1 概述飞轮储能技术是一种利用高速旋转飞轮来存储和释放能量的先进技术。
随着石油工程领域对能源存储和利用效率的要求不断提高，飞轮储能技术逐渐引起了人们的关注。
本文旨在介绍和探讨飞轮储能技术在石油工程上的应用潜力以及相关的优势和局限性。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、飞轮储能技术概述、石油工程中的能量储存需求和挑战、飞轮储能技术在石油工程中的优势和局限性分析以及结论。
每个部分将详细说明相关内容，并通过案例和数据进行支撑，以全面阐述该领域的发展现状和未来前景。
1.3 目的本文旨在通过对飞轮储能技术及其在石油工程中应用的详细概述，帮助读者深入了解该技术背后原理与机制，并准确评估其在解决石油钻井过程中能量浪费问题上的潜力。
同时，我们将分析飞轮储能技术在应用过程中所面临的挑战和局限性，并提供相应的解决措施和发展方向，以期为相关研究者和从业人员提供相关参考和借鉴。
以上是“1. 引言”部分的内容介绍。
2. 飞轮储能技术概述2.1 飞轮储能技术原理飞轮储能技术是一种通过将机械能转化为旋转动能，并将其存储在旋转的金属轴上的方法。
它基于动力学原理，利用高速旋转的金属轴来存储和释放机械能。
当外部力使飞轮旋转时，它会获得机械能；而当需要释放能量时，它会逆向作用，将存储的机械能转化为有用的功。
2.2 飞轮储能系统组成与工作原理飞轮储能系统通常由以下几个组件构成：主要是由一个强大的电机驱动的大质量金属或复合材料制成的飞轮、驱动系统、控制系统和发电机组成。
该系统通过直接连接到驱动系统，经过电动机提供动力以加速飞轮达到目标运行速度，并将多余的功率通过发电机回馈到电网中。
在工作过程中，电动机向飞轮传递驱动力使其开始加速旋转。
一旦达到设计速度，控制系统便可以确保飞轮保持恒定的旋转速度。
当有能量需求时，系统可以通过切断电动机的供电来释放能量。
这时飞轮便会逆向作用，通过自身惯性继续提供功率。
飞轮储能电机的参数表-概述说明以及解释
飞轮储能电机的参数表-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述飞轮储能电机是一种新型的储能设备，它利用高速旋转的飞轮来储存能量，并在需要时释放出来。
相比传统的储能方式，如化学电池或超级电容器，飞轮储能电机具有更高的能量密度和更长的寿命。
飞轮储能电机的工作原理是通过电机将能量转化为旋转动能，然后将旋转动能储存在高速旋转的飞轮中。
当需要释放能量时，控制系统将电机反向运转，将旋转动能转化为电能，并输出给负载设备。
这种转化过程非常高效，能够实现快速的能量转换和响应。
飞轮储能电机的参数是评估其性能和适用性的重要指标。
常见的参数包括飞轮的质量、半径、转速、最大储能能量等。
这些参数直接影响到飞轮储能电机的能量密度、储能效率和输出功率等重要特性。
本文将详细介绍飞轮储能电机的参数表，对各个参数的意义和影响进行分析。
通过对参数的深入了解，可以更好地理解和应用飞轮储能电机，在实际的能量储存和转换中发挥其最佳性能。
在接下来的章节中，将逐一介绍飞轮储能电机的参数，包括其定义、测量方法和优化策略等。
通过对参数表的全面讲解，读者将能够更好地了解飞轮储能电机的特点和应用领域。
希望本文能为对飞轮储能电机感兴趣或从事相关领域研究的读者提供有益的参考和指导。
文章结构部分是指对整篇文章的结构进行介绍和说明，以便读者对文章内容有初步的了解和把握。
在飞轮储能电机的参数表这篇长文中，文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 飞轮储能电机的参数12.2 飞轮储能电机的参数23. 结论3.1 总结3.2 展望在引言部分，我们对整篇文章的内容进行简要介绍，并明确文章的目的和结构。
本文旨在介绍飞轮储能电机的参数表，以便读者了解和使用该参数表。
文章结构如上所示，具体内容将在接下来的正文和结论部分进行详细展开。
1.3 目的目的部分的内容可以如下所示：目的是为了探讨飞轮储能电机的参数表，并对其进行详细的分析和解读。
飞轮储能
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to be performed by 3th year bachelor student groups during their last semester. The topic is related to the energy storage in micro dc-grids supplying several electrical drives. The energy storage in the dc-grid is based on the kinetic energy in variable-speed flywheels or in masses performing a linear acceleration-deceleration and public motion. Such For devices students, have been
I.
INTRODUCTION
Students in Electromechanical Engineering at DOent finish their bachelor studies by performing an interdisciplinary project besides their regular courses. For this, some students participate in projects related to power electronics, control and dynamics of electrical drives as these projects are often related to the electrical systems in the growing industry of renewable energy sources. In particular, the storage system for electrical systems has received a lot of attention, a broad overview can be found in [1]. Most of the prerequisite courses and skills (mechanical construction, control theory, dc-machines, Matlab, electronics) for this project have been teached before the start of the project or during the project (power electronics). As most courses are mainly theoretical supported by computer exercises and simulations, practical and development skills are not fully developed yet at the project start. For this, the project tries to sharpen the students engineering skills. In the student project, by means of an integrated H-bridge and reused dc-machine, power flows has to flow from the rectified ac-grid to a variable-speed storage system such as a flywheel, [2]. Such an energy flow illustrates to the students the behaviour of a converter in buck-operation.
VYCON 飞轮储能系统
Vycon飞轮最多使用的客户是美国医疗单位
相对于使用蓄电池的主要优点低使用成本 25年寿命 高效率(99.4%) 很小的占地面积 低维护
绿色技术 高可靠性 高可用性 高功率密度 简单的安装 无需更换轴承
蓄电池
优点：
• 易懂的性能 • 优秀的动态响应 • 5分钟至超过1小时的后备时间 • 初期采购成本低 缺点 • VRLA蓄电池的使用寿命有限 • 湿式蓄电池的成本高 • 很大的占地面积和地板负荷 • 使用精密空调 • 温度和循环寿命的问题 • 15-20年设备使用期间必须跟换3-4次
高速全钢飞轮单元
永磁电动机-发电机
直立式：最佳效率 磁轴承 ：悬浮支 持转动元件；无 摩擦，轴承终生 免维修，免更换
转子
定子 ：高效率永 磁电动机,放电 不发热；可连续 充放电
UPS
后备 发电机
关键负载
DC 母线 自动切换开关 ATS +
市电 208 – 600V AC 仸何断电或晃电情形，由飞轮先放 电。 如此可以保护电池免于因为晃电放 电造成电池寿命的缩短。
-
+ + + VYCON 飞轮 储能单元
-
蓄电池
UPS 飞轮和电池共同配置 (电池保护功能)
Gen
多台 / 并联配置
转轴中心：使用航天 高强度特殊钢4640 制造
机体：内部真空以保持高效率
VYCON 市场和应用
关键电源/电源质量 能量回收 智能电网/能源再生
UPS 电源
牵引电源
风电
移动电源 船厂移动式起重机
智能电网储能
典型的UPS系统运用
长时间备用电源
油机 AC
自动切换开关
飞轮储能的原理图解和应用实例
飞轮储能的原理图解和应用实例原理图解飞轮储能是一种机械储能系统，利用高速旋转的飞轮将机械能转化为储能。
下面是飞轮储能的原理图解：1.主要组成部分–飞轮：主要由轴承支撑和外壳组成，高速旋转的飞轮是储能的关键组件。
–马达或发动机：通过转动飞轮来为其注入能量，使飞轮高速旋转。
–驱动系统：用于将马达或发动机的动力传递给飞轮，使其高速旋转。
–电能转换系统：用于将飞轮的机械能转化为电能进行储存和利用。
2.原理与工作过程–工作过程：1.马达或发动机向飞轮注入能量，使飞轮高速旋转。
2.飞轮旋转过程中，会积累大量的机械能。
3.当需要释放储能时，飞轮通过电能转换系统将机械能转化为电能，并将其储存起来。
4.被储存的电能可以在需要时，再次转化为机械能供给外部设备使用。
3.优点–高效能储能：飞轮储能系统的能量转换效率较高，能够高效地储存和释放能量。
–高功率输出：由于飞轮的高速旋转，储能系统能够以较高的功率输出能量。
–长寿命：飞轮由高强度材料制成，具有较长的使用寿命。
–快速响应：由于飞轮的高速旋转，系统能够快速响应并释放储存的能量。
4.应用领域–能源储备：飞轮储能系统可用于储存可再生能源（如风能、太阳能等）产生的多余电能，以供不时之需。
–交通运输：飞轮储能系统可用于汽车、公交车等交通工具中，提供额外的动力支持，提高能源利用效率。
–电网稳定：飞轮储能系统可用于电网中，作为储能装置，平衡电网负荷波动，提高电网稳定性。
–航空航天：飞轮储能系统可用于航天器中，提供瞬时高功率以满足航天器的特定需求。
–重要设备备用电源：飞轮储能系统可用作备用电源，提供电能以确保关键设备的正常运行。
应用实例飞轮储能的应用实例多种多样，以下是几个典型的实例：1.风能储备系统–在风能发电系统中，飞轮储能系统可用于储存风能发电机组产生的多余电能。
–当风能发电量较大时，飞轮通过马达将多余电能转化为机械能，并存储在飞轮中。
–当风能发电量不足时，飞轮通过电能转换系统将储存的机械能转化为电能进行供电。
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飞轮储能图文说明
飞轮蓄能是机械蓄能的一种形式，以惯性能(动能)的方式，将能量储存在高速旋转的飞轮中。
当车辆制动时，飞轮蓄能系统托动飞轮加速，将车身的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。
当车辆需起动或加速时，飞轮减速，释放其旋转动能给车身。
飞轮储能作为一种纯机电的储能系统，具有比能量大、比功率高、无二次污染、寿命长等优点，在短时间内得到了很快发展。
目前，飞轮储能技术己经在UPS、电力系统、混合动力机车等领域获得了成功应用。
飞轮储能技术涉及多种学科与技术，主要包括机械科学、电气科学、磁学、控制科学和材料科学等多学科，以及复合材料的成型与制造技术、高矫顽力稀土永磁材料技术、磁悬浮技术、传感技术、用于变压变频的电力电子技术、高速双向电动机/ 发电机技术等关键技术。
飞轮储能装置的结构如图3-7 所示，主要包括5 个基本组成部分：(1)采用高强度玻璃纤维(或碳纤维)复合材料的飞轮转子；(2)悬浮飞轮的电磁轴承及机械保护轴承；(3)电动/ 发电互逆式电机；（4）电机控制与电力转换器；(5) 高真空及安全保护罩。
轴承
真空容器
电机
飞轮
轴承
图3-7 飞轮储能原理
现代飞轮储能系统的飞轮转子在运动时由磁力轴承实现转子无接触支承，而机械保护轴承主要负责转子静止或存在较大的外部扰动时的辅助支承，以避免飞轮转子与定子直接相撞而导致灾难性破坏。
高真空及安全保护罩用来保持壳体内始终处于真空状态，减少转子运转的风耗，同时避免一旦转子产生爆烈或定子与转子相碰时发生意外。
此外还有一些辅助系统，例如用来负责电机和磁悬浮轴承的冷却系统，显示仪表则用来显示剩余电量和工作状态。
飞轮储能系统是一种机电能量转换与储存装置，它存在两个工作模式：一种为“充电”
模式，这时电机作为电动机运行，由工频电网提供的电能经功率电子变换器驱动电机加速，电机拖动飞轮加速储能，能量以动能形式储存在高速旋转的飞轮体中；另一种为“放电”模式，当飞轮达到设定的最大转速以后，系统处于能量保持状态，直到接收到一个释放能量的控制信号，系统释放能量，高速旋转的飞轮利用其惯性作用拖动电机减速发电，经功率变换器输出适用于负载要求的电能，从而完成动能到电能的转换。
由此，整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出控制。
其工作过程如下图3-8所示。
电能机械能电能
图3-8 飞轮储能工作过程
飞轮储能需要电能的持续输入，以维持转子的转速恒定。
一旦断电，飞轮储能通常只能维持一两分钟。
这就是说，飞轮储能的优势不在于时间的长短，而在于充放的快捷。