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干货|科普储能之飞轮储能知识点

北极星储能网  来源:北极星储能网    2018/2/6 10:20:32  我要投稿  

北极星储能网讯: 为了让大家更加全面清楚的了解储能,小编特意开设了科普小课堂,每一期都会讲一些关于储能的小知识点,欢迎大家关注北极星储能网微信哦!本期的主题是储能中的飞轮储能。与其他形式的储能技术相比,飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、不受充放电次数限制、安装维护方便、对环境危害小等优点,因此得到广泛的应用。

知识点1:飞轮储能原理

飞轮储能的工作原理即在电力富裕条件下,由电能驱动飞轮到高速旋转,电能转变为机械能储存;当系统需要时,飞轮减速,电动机作发电机运行,将飞轮动能转换成电能,供用户使用。飞轮储能通过转子的加速和减速,实现电能的存入和释放。

知识点2:飞轮储能结构

飞轮储能系统基本的结构包括以下五个组成部分:

飞轮轮子:一般为高强度复合纤维材料组成,通过一定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毅上。

轴承:利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或其他低摩擦功耗轴承支承飞轮,并采用机械保护轴承。

电动发电机:一般为直流永磁无刷同步电动发电互逆式双向电机。

电力转换器:它是输入电能转化为直流电供给电机,输出电能进行调频、整流后供给负载的关键部件。

真空室:为减少风损、防止高速旋转的飞轮发生安全事故,飞轮系统放置与高真空密封保护套筒内。

知识点3:飞轮储能优点

作为一种新型的物理储能方式,飞轮储能与传统化学电池相比,具备有以下优点:

1)充放电迅速。从收到电网侧的调节信号到飞轮储能系统做出反应,时间极短,并且在之后数分钟时间内能够完成整个系统的充/放电过程,符合电网的短时响应与调节需求,相比于蓄电池、抽水蓄能、压缩空气等,具有较快的充/放电时间。

2)工作效率高。一般的飞轮储能系统工作效率可以达到90%左右,相比于抽水蓄能的60%以及蓄电池储能的70%,具有明显的优势,而且采用磁悬浮轴承的飞轮储能系统,其工作效率更高,接近95%。

3)使用寿命长。飞轮储能系统虽价格昂贵,但是设计良好,其年平均维护费用极低,充放电次数明显优于蓄电池储能等,其达到了百万数量级,且一般免维护的时间是在10a以上。

4)环保无污染。由于机械储能的缘故,飞轮储能不会排放出污染环境的物质,其是一种环境友好型的绿色储能技术。此外,飞轮储能系统还具有模块性、建设时间短、事故后果影响低等优点。

知识点4:飞轮储能应用

飞轮储能技术的应用主要集中在储能和峰值动力使用2大类,具体应用体现在以下几方面:

1)UPS不间断电源。不间断电源(UPS)是一种利用储能装置向负载提供高质量电能的设备,在医疗设备、通信、计算机系统领域有着广泛的应用。目前UPS逐渐倾向于使用飞轮储能装置等新型储能设备,既减少了环境污染,延长了使用寿命,同时也提高了工作效率。

2)节能。能源利用率一直是我们比较关注的话题,节能已经得到广泛的共识。传统的机械装置,进行机械制动后能量被转化为热能而流失,造成了一定程度上的浪费,降低了能源的使用效率。因此,通过飞轮储能装置把这部分能量转化为动能存储起来,在需要的时候,输出到系统中,可以减少能量损失,提高能量的利用率,目前主要的应用领域集中在新能源汽车和城市轨道交通等方面。

3)传统电力系统。飞轮储能技术应用于传统电力系统,其能够较好地调节有功功率,削峰填谷,增大功率因数,稳定电压和频率,并对改善电能质量和稳定负荷具有良好的作用。暂态稳定性问题一直是电力系统稳定运行和分析的重点,依靠飞轮储能的瞬时功率大、响应迅速、充放电完成时间短等特点,投入到电力系统中,能够快速主动地参与电力系统动态过程,消除扰动并缩短暂态过程,尽量避免了电压崩溃、低频振荡等危险状况的出现,为电力系统恢复到稳定运行起到了积极作用。

4)微网。目前,微网(Microgrid)作为一个小型发配电系统,能够实现自我监控、自我调节,既可以并网运行,也能独立运行。因此,相对于传统大电网而言,微网由于分布式电源多、位置灵活、分散等特点,需要有储能系统的支撑做保障。在微网能量充足时,飞轮储能系统将多余的能量存储起来,稳定端电压;当微网发生故障,或出现功率性缺额现象时,将存储的能量释放出去,增强了局部供电可靠性,维持了微网的频率稳定。

5)可再生能源的并网。飞轮储能技术的一个关键应用领域是可再生能源的并网。当前,风力发电、光伏发电等新能源因为清洁、巨量、可再生等优点,受到越来越多的关注。但是由于风光等可再生能源自身的间歇性和波动性,并网后增大了电网的冲击,对电力系统的安全稳定运行造成了一定的影响。而飞轮储能系统作为一个可灵活调控的有功源,能稳定并网频率和电压,减小可再生能源的波动性,削峰填谷,降低对电网的冲击,有效地改善可再生能源并网过程中产生的电能质量问题,确保安全性和可靠性。

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