飞轮储能技术发展历程50年评述-北极星储能网

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戴兴建：我为什么说飞轮储能50年呢？飞轮在清华坚持了20多年。在60年以前飞轮储能已经能够用在车上作为一个所谓的新能源车，它是纯电动的公交车，它只能开1.2公里再次充电，它上头有三根电缆，就跟现在的无轨电车一样，但是无轨电车是没有线的，是到了站以后充电。这个车在比利时的博物馆里面，现在还能看到。飞轮技术过了50年，现在又用到一个做混合动力车的公司的电源系统，它是一种高功率的能量回收系统。在最近10年、20年，或者最近70年石油危机也想解决车上能源的问题，但是没有解决，但是飞轮储能解决了能量回收和启动的加速功率。飞轮用的能量很小，也就半度电，但是它能输出100到120千瓦的高功率。这个图表示的是飞轮储能虽然搞了好几十年，它一直是受到一个小众的关注或者是研究。在这里头的表，从右边那个表反映我们中国在飞轮储能还是做了一些工作，发表论文最多的还是美国。

前面他们已经谈到了很多东西，我就不在这里重复了。这是美国的公司，这个也是比较早的一个公司，它的特点是36000转，我们可以看到它的功率非常大，飞轮储能是功率性的技术，但是它的能量很小。这是AP的，AP的东西在全球都在卖，卖了大概好几千套，他们主要是做这个发电组，叫不间断供电，原来一般是用这个铅酸电池。我们国内大概最近几年也成立了几家公司做这个，刚才我们都把它戴个帽子说短使大功率的。盾石磁能的这套飞轮装置，在中国继续用到一些特定的场合还是正在努力过程中。关键技术方面，可能前面已经提到过了，我在这里也不说了。单个的飞轮从研发到现在，我们刚才说一两度电到最大的130度电，刚才张国民老师也说了日本做了一个100度电的超级大的飞轮，好几吨。130度电的是美国做的，我们学校在复合材料方面做的速度还算比较高，最高到了850米，这个飞轮是用纺织复合材料，像我们织布一样织出来的，这一个新的技术，这个记录的保持者是在美国，1400米，国内跟国外的差距还是比较大的。我们也可以用低成本的金属材料，像这个200多米的是工程上正在用的。飞轮要想做到把这个度电或者能量提高，轴承技术需要突破，需要配合刚才张老师讲的超导磁悬浮技术。电机也是个关键技术，能量的转换效率就决定了这个电机的效率。总的来看，飞轮储能技术的特性储的能量就是1到130千瓦时能量，飞轮储能技术的特点在于它单个，就是一套装置可以做到100到2400千瓦，这是一个很大的功率。效率也比较高，寿命也比较长，所以我们一般认为它是一个分秒级的大功率的长寿命的高效率的功率型的储能技术。

刚才说这个飞轮储能技术的难点是在这个高速还有高转速，高转速对轴承的要求很高，还有这个损耗。我们一直讲这个飞轮储能为什么不能存太多的能量，因为长时间之后自己存的能量都白白消耗掉了。我们清华从九几年开始研究，头十年是在实验室里做研究，最近这几年我们根据市场的需求，我们可以看到从瓦级提高1千倍，到了1兆瓦。能量是从半度电到十几度电，1兆瓦的这个系统实际上可以在工程上考核应用的阶段。飞轮储能的这些应用我就过一下，刚才他们也提到了。这是2016年3月份研制的这个1兆瓦60MJ的飞轮储能系统，看上去还是比较笨重的，但是它是用在石油行业，石油行业在野外，对这个没有什么要求，只要求你可靠。在这里头我们飞轮储能系统只是这个大系统的一个小的点，是储能的。这样一个混合动力的方式一定能够节省能量，我们这套装置做了一个小的视频，请大家观看一下。这是在下放，这是一个30吨的起重机，下放的时候我们通过这个绞车把这个增速，然后回收发电机，发出来的电给这个飞轮充电，我们研究的1兆瓦的这套装置在充电。我们可以看到飞轮的速度上升，回收的能量存起来了。当然回收能量还不够，我们还要通过一个小的柴油发电机给它补充能量。然后把这个放下的重物提起来，飞轮发电驱动刚才这个调控电机，把这个重物提起来了，模拟把这个钻机提起来，这个电能释放出去了。这是去年做的模拟实验。去年年底11月份到12月份这套装置真正的去打了一口3500米的井，运行了7200多次，没有任何问题。这套装置移运到现场又考核了我们这套飞轮机组在公路上机动的特性。在这个模拟考核中我们的节油是25.4%，这个范围是和我们的混合动力车是一样的，范围是类似的。这是我们在做的过程中的一些数据，经过最后的分析，油耗减少了17.4%，这是真正的打一口井。

飞轮储能在国内国外做了这么多年，我们觉得有这么几个观点。第一是在车辆混合动力、风力发电和电网调频应用领域有望在3到5年内实现小规模的示范应用，但是这个受能源价格和新能源发电市场的影响。微网级短时间功率型应用具备了基本条件，但是大电网的还需要进一步积累。飞轮储能技术发展了50年，还存在着一定的发展前景，比较难的问题是这个新型的转子的高比强度的新材料，还有就是轴承技术，最后这个电机技术决定了这个系统的效率。我们刚才那个1兆瓦的充放电循环效率可以达到86%以上。虽然它原来是一个分秒级的，现在也希望把它发展成一个分时级的用途。我们觉得需要找准用途，解决工程实际问题，我们做的这个1兆瓦的系统就是这么一个案例。我们希望把千瓦成本降下了，提高经济性。我们希望能做到1兆瓦到100兆瓦，放电时间从十秒到1000秒，千瓦的成本能在2000到3000元。和它竞争的也有两个技术，一个是超级电容，还有就是功率型化学电池。我的报告就到这里，谢谢大家。

高倍率储能系统在AGC调频中的应用研究

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