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大容量先进飞轮储能电源技术发展状况

2018-03-30 13:16来源:IDC思想库作者:戴兴建,邓占峰等关键词:飞轮储能储能技术新能源收藏点赞

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四.发展趋势与对策建议

4.1技术发展趋势

4.1.1采用先进复合材料飞轮以提高能量密度

提高飞轮速度的限制条件是材料的强度、轴承的转速以及真空条件。飞轮储能密度的提高依赖于更高性能的材料、结构优化设计和先进的制造工艺。国外先进飞轮储能密度达到100Wh/kg,考虑到先进高强纤维的高技术贸易壁垒,国内努力提高的目标是60~80Wh/kg。

4.1.2采用高速电机以提高功率密度

通常电机转速为数千r/min,转速在数万r/min的高速电机的尺寸、重量优势显著,但突出的问题是高频电磁损耗引起的散热问题,这对于真空条件的大功率高速电机更具挑战性。转速超过10000r/min,功率超过100kW的高速电机是国内的研发方向,转子的冷却需要考虑新的冷却方式。

4.1.3采用磁悬浮以降低损耗

电磁、永磁混合轴承技术趋于成熟,在现有的飞轮储能系统中已经得到大量应用,研究方向是减低主动控制损耗。

超导磁悬浮轴承研究方向是提高承载力、稳定性,如果有更高温度的超导材料,对超导磁悬浮技术将是极大的推动。高承载力、微损耗的高温超导磁悬浮是大容量飞轮储能系统的轴承发展方向。

4.1.4飞轮阵列式运行

为提高功率、能量容量,飞轮储能单元采用模块化设计,多个模块并联成阵列式储能系统,目前国外的飞轮储能电源功率由兆瓦级向十兆瓦级发展,放电时间由数秒向数分钟发展,模块化运行管理是飞轮储能系统大型化的主要方向。

4.2总体发展趋势与对策建议

经过50年的长期积累与国家科技计划的支持,以美国为代表的国外现代飞轮储能电源高技术在产业过程中迅速扩张,目前全球有超过3000套基于飞轮储能的大功率动态不间断电源系统(UPS)安全可靠运行了上千万小时,应用于高质量电力、风力发电、车辆制动能再生等领域,自2005年以来,德国的Piller公司、美国的Active电源公司、Pentadyne公司都在大力开拓中国市场。

大容量飞轮调频示范电站正在美国建立,为降低自放电率,美国、日本、德国都在大力研发基于高温超导磁悬浮的大能量飞轮储能电源,以延长飞轮发电时间到小时量级。

世界范围内,飞轮储能应用研究领域首先着眼于车辆、航天,然后在动态UPS中获得了产业化应用,继而在孤网中获得应用,未来的发展趋势是应用于大电网。

国内的飞轮储能技术理论设计探索较为充分,建立了多套小型实验原理样机,但在工程应用装置研制方面因未在科技部立项支持,经费缺乏而与西方国家技术差距较大。

建议国家在“十二五”储能专项中大力支持,缩短与先进国家的差距,主要针对风力发电非稳态特性调节为应用背景,攻克大容量先进飞轮储能电源中的飞轮、电机、轴承、电能变换与电机控制器等关键部件技术、真空密封技术以及大容量储能电源系统集成应用等多项关键技术,防止飞轮储能电源高技术产品全被西方国家垄断。

五.结论

飞轮储能电源突出的优点是寿命长、功率大、效率高、无污染。飞轮储能技术适合于电网调频、小型孤岛电网调峰、电网安全稳定控制、电能质量治理、车辆再生制动及高功率脉冲电源等领域;随着飞轮储能单元并联技术及超导磁悬浮技术的逐渐成熟,飞轮储能系统在储能容量、自放电率等技术指标的进一步提高,其应用领域将逐步扩展到大电网储能领域。

国外飞轮技术产品处于快速扩张时期,为防止飞轮储能电源产品全被西方国家垄断,我国应当积极从国家层面支持国内飞轮储能电源技术研究开发,缩短国内外相关技术差距,争取早日推出国产飞轮储能电源高技术产品。

本文来源:

《大容量先进飞轮储能电源技术发展状况》

戴兴建,邓占峰,刘刚,唐西胜,张凤阁,邓自刚

(清华大学工程物理系,中国电力科学研究院,北京航空航天大学仪器与光电工程学院,中国科学院电工研究所,沈阳工业大学电气工程学院,西南交通大学超导技术研究所)

原标题:大容量先进飞轮储能电源技术发展状况
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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