飞轮储能技术在UPS系统中的应用

飞轮储能技术是一种新兴的电能存储技术,它与超导储能技术、燃料电池储能技术等各种先进的储能技术,是近年来出现的、具有很大发展前景的储能技术。虽然目前化学电池(铅酸蓄电池、锂离子蓄电池等)储能技术已经发展得非常成熟,但是,铅酸蓄电池有污染环境的风险,磷酸铁锂蓄电池的充放电次数受到一定的限制。新能源、电动汽车、UPS供电等许多行业迫切需要新型的储能技术来满足某些特殊技术要求。其中飞轮储能技术就是一种具有无限的充放电次数和绿色环保型的储能技术,已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。

飞轮储能电源系统的工作原理

飞轮储能电源系统的原理如图1所示。

飞轮储能电源系统主要由以下三部分组成:飞轮、电机和轴承,整个系统置于真空容器内。飞轮储能电源系统中的电机,既是电动机也是发电机。

“充电”时,作为电动机给飞轮加速,将电能转换成机械能;“放电”时,作为发电机将机械能转换成电能,给外部供电;在为外部供电时,飞轮的转速不断下降。而当飞轮空闲运转时,飞轮储能电源系统的运行损耗非常小。

飞轮储能技术在UPS供电系统中的应用

磁悬浮式飞轮储能UPS引发了人们越来越多的关注。这种技术抛弃了传统UPS利用铅酸蓄电池进行储能的方式。在现代数据中心中,迅速增长的业务需求,日益增加的运营成本,有限的机房空间和更高的能量密度,已经成为云计算时代下,数据中心及其电源管理系统建设面临的最大挑战。

IDC的统计数据显示,电力能源成本已经成为困扰数据中心运营者的头号难题。其中,UPS、空调等周边设备的耗电量大大高于主机电量。另外,酸铅蓄电池并非绿色环保的产品。因此,配备一套智能绿色UPS供电系统成为数据中心节能环保的重中之重。传统电源系统中的蓄电池需要空调制冷,而且24小时连续运转,耗能巨大。磁悬浮式飞轮储能UPS系统则无需空调,大大节省了运营成本;而且,其占用的空间也大幅减小;维护成本低,无需更换电池;寿命长达20年。图3给出了柜式磁悬浮飞轮储能型UPS的外形图。

在传统UPS供电系统中,当电力发生中断时,蓄电池会支撑系统正常运转,与此同时,柴油发动机开始启动,以此保证数据中心主机正常工作、空调连续运转。蓄电池型UPS在此过程中,提供了“分钟级”的电力供电。而飞轮储能型UPS受制于机械储能,仅仅能够提供30s到1min电力供电,这也是飞轮UPS被诟病的主要原因。然而,专家指出,如今,市电电源的可靠性达到99.9%,有些重要的负载都采用双路市电供电,市电的可靠性可以说已经达到了99.99%。万一市电中断,后备电源的可靠性也可以达到99.9%,从市电到后备电源的切换,在技术上只需要10s的时间,这是一个公开的标准。目前,欧洲已经将这个时间定了8s。可以断定,飞轮储能型UPS能提供30s的电力完全能够满足从市电到后备电源的可靠切换的要求。