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4飞轮储能的典型应用 飞轮储能作为一种新型的储能方式, 其展现出来的控制简单、高储能密度、高效率、快响应、长寿命、低维护、绿色环保等优点是其他任何储能方式都无法比拟的。 飞轮储能的应用实例无法穷举，典型应用如下： 基于飞轮储能的调峰电厂 飞轮储能系统是在电网负荷处于低谷时, 机组作为电动机拖动飞轮, 将电能转换为动能, 在用电高峰时, 飞轮拖动机组作为发电机将动能转化为电能。飞轮储能除了能够单台应用, 还可将多台飞轮并联运行, 以获得更大的存储容量, 作为电网中调峰、调频电厂, 起到稳定电网频率、削峰填谷、平衡负荷的作用。 用于孤岛风力发电系统 风力发电系统并网运行的关键问题是如何降低风力发电的间歇性对电网电压和频率的影响，特别是在孤岛等电网较为薄弱的地方, 其影响更为突出。为了解决孤岛风力发电带来的问题, 采用了飞轮储能来提高电网的稳定性、减少风电有功波动对系统电压和频率的影响, 并最大可能地降低柴油发电机的有功, 提高经济效益。 飞轮储能在不间断电源中的应用 传统的不间断电源(UPS )用化学蓄电池作为储能单元。化学蓄电池储能密度大、价格低廉, 被广泛采用, 但是它需要定期维护、寿命短、充电时间长, 还会给环境带来污染。由于飞轮储能系统具有高比能量、长寿命、高效率、无污染等特性, 用飞轮储能系统代替化学蓄电池将成为趋势。 5国内外典型飞轮储能系统 世界上许多国家对飞轮储能技术进行了大量的研究开发和应用，包括美国、英国、德国、日本、中国等多个国家的研究所、高校和公司。 美国的Bencon Power公司飞轮单机如图2所示。为了减小摩擦损耗等原因，采用了真空室形式和磁悬浮轴承。飞轮采用了高强度碳纤维复合材料。电机在储存能量时电动机运行，放电时做发电机运行。单机的高度约2.1m，直径约0.9m，旋转速度为15500 r/ min，额定功率为100kW，充放电能量达到 25 kWh，寿命超过20年，一生能量吞吐量超过4375MWh。图3为飞轮单机的安装剖面图，包括了功率控制模块、冷却系统以及安装地基，有着占地面积少，容易安装，功率面积比高等优点。
图2 飞轮单机结构图 图3 在地基中的飞轮剖面图 到目前为止，Bencon Power公司负责建设了三个飞轮储能电厂。在2008年12月，负责建设的0.5MW调峰调频电厂投入商业运行，该电厂位于马萨诸塞州的Tynsgboro。在2011年和2014年，分别在纽约州史蒂芬镇以及宾夕法尼亚州建立了20MW的电厂，商业运行至今。飞轮电厂可从电网中快速吸收电力并快速释放，吸收并释放1MW的电能仅需要15min。
图4 2MW系统配置图
图5 Bencon Power建立的三座电厂 美国的ActivePower公司主要设计制造飞轮UPS，其广泛应用于许多工业场合。飞轮UPS系统能够持续提供不间断电力供应，消除电源谐波，调频调峰，满足清洁高品质的供电需求，具有效率高，寿命长，过载能力强，环境友好，可靠性高等优点。飞轮UPS电机以及模块系统如图6所示。飞轮UPS在真空下以7700r/min的速度旋转，在满载的情况下可提供15s的供电时间。
图6 飞轮UPS系统 我国在飞轮储能方面的研究起步较晚，一些科研院所与高校进行了飞轮技术的相关研究。其中，华中科技大学电气与电子工程学院在飞轮储能方面做了相关的研究和应用。在国家“985工程”建设项目的支持下，研制出10kW永磁体磁悬浮飞轮储能实验装置，如图8所示。实现了无功的灵活调节和补偿，更重要的是可以实现有功的灵活调节、存储和补偿。以这些储能装置为基础的新型电力系统稳定控制器，已经在电力系统动态模拟试验环境下进行了试验，无论在控制器的鲁棒性上还是控制效果上，都取得了比常规电力系统稳定器好得多的控制效果。 图7 10 kW永磁体磁悬浮飞轮储能实验装置 原标题:杨江涛：飞轮储能系统及简述 |
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