飞轮储能为什么不大力发展_飞轮储能研究的现状及前景

　　飞轮储能技术主要结构和运行方法已经基本明确，目前主要正处于广泛的实验阶段，小型样机已经研制成功并有应用于实际的例子，目前正向发展大型机的趋势发展，但是却有非常多的难点，主要集中在以下几个方面。

　　（1）转子的设计：转子动力学，轮毂一转缘边界连接，强度的优化，蠕变寿命；

　　（2）磁轴承：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。飞轮储能系统优势突出，应用广泛，随着技术的成熟和价格的降低，将会是储能领域的一项新的革命。我国在飞轮技术上与发达国家差距很大，国家应对这一技术加以重视，加大资金和技术的投入，使这项技术早日走向市场化、商品化。

　　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。

　　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。