近日，由二重德陽儲能科技有限公司自主研制的首臺套100kW飛輪儲能不間斷供電系統(tǒng)在二重重型裝備有限公司數據中心安裝調試完畢并開始正式投入運行。

一、首套完全自主知識產權的商業(yè)化飛輪儲能系統(tǒng)投運

由二重德陽儲能科技有限公司自主研制的的核心設備“100kW飛輪儲能裝置”于2018年11月15日通過了由中國機械工業(yè)聯(lián)合會組織的產品鑒定。近日，首臺套100kW飛輪儲能不間斷供電系統(tǒng)在二重重型裝備有限公司數據中心安裝調試完畢并開始正式投入運行。該系統(tǒng)的建成投運，標志著我國首臺（套）具有完全自主知識產權的飛輪儲能系統(tǒng)商業(yè)化應用的誕生，是我國飛輪儲能裝置成功應用的里程碑事件，將對我國的飛輪儲能行業(yè)發(fā)展產生積極重要的影響。

二、飛輪儲能主要原理

指利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成動能儲存起來，在需要的時候再用飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電的儲能方式。飛輪儲能系統(tǒng)主要包括轉子系統(tǒng)、軸承系統(tǒng)和轉換能量系統(tǒng)三個部分構成。另外還有一些支持系統(tǒng)，如真空、深冷、外殼和控制系統(tǒng)?；窘Y構如圖所示。

飛輪儲能系統(tǒng)的工作模式有三種：充電、放電和能量保持。通常給飛輪充電的能量有電能和機械能兩種。目前電能充電方式應用較多，機械能充電在汽車制動能量回收、孤島風能儲存等領域都可以應用。放電時，飛輪帶動發(fā)電機使發(fā)電機發(fā)電，輸出的電能經過電力電子設備變成可用的電能。能量保持階段，飛輪儲能系統(tǒng)既不充電也不放電，保持額定轉速運行。

三、飛輪儲能系統(tǒng)的優(yōu)點

飛輪儲能技術是目前最有發(fā)展前途的儲能技術之一。相比鋰電池、鉛酸電池，飛輪儲能具有諸多優(yōu)點：

1、儲能密度大。儲能密度可達100～200wh/kg，功率密度可達5000～10000w/kg

2、效率高。工作效率高達百分之95

3、維護成本低。運行的時候損耗很小，基本上不用維護

4、壽命長。不受重復深度放電影響，設計壽命20年以上，磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機械損耗可以被忽略，系統(tǒng)維護周期長

5、無噪聲。

6、環(huán)境污染小，對周圍環(huán)境幾乎沒有影響。

四、飛輪儲能系統(tǒng)的應用

由于飛輪儲能系統(tǒng)具有能量密度大、效率高、無污染等優(yōu)點，技術水平也日益完善，已經在越來越多的領域中得到應用。

4.1 在電力系統(tǒng)中的應用

4.1.1 電力調峰調頻

飛輪儲能系統(tǒng)用于電力調峰具有儲能、釋能速度快，效率高，同時不受地理環(huán)境影響的優(yōu)點。當用電低谷時，將產生的多余電力用于驅動飛輪儲能;當用電高峰時，飛輪帶動發(fā)電機運行，通過電力電力設備將機械能轉化為與電網匹配的電能。2008年，美國Beacon Power公司在馬薩諸塞州的Tyngsboro建設的一座5MW飛輪儲能調峰、調頻電廠投入商業(yè)使用，電廠總效率達到85%,該系統(tǒng)響應時間為4s,相比較于需要5min響應時間的傳統(tǒng)發(fā)電機調節(jié)來說優(yōu)勢很明顯.

此外，調頻是飛輪儲能系統(tǒng)在電網中最主要的應用，無論是北美洲還是歐洲，都有飛輪儲能電站投入建設運營。飛輪儲能作為快速調節(jié)資源已經開始獲得各國電網運營商的青睞。

4.1.2 不間斷供電

為了避免政府重要部門、特種指揮中心、醫(yī)院手術樓、計算中心等重要用電場合停電或者電能質量不穩(wěn)定，都會使用不間斷供電系統(tǒng)(UPS)。過去常使用化學電池，雖然其技術成熟，但使用壽命較短，不支持頻繁的開關操作，據業(yè)界統(tǒng)計，UPS系統(tǒng)的故障70%都是由化學電池引起的。美國Active Power公司于2007年將飛輪儲能技術運用在中國網通山西省通信公司太原第二樞紐樓的UPS中。在市電正常時，飛輪相當于一臺低耗空載電動機，轉速維持在7700r/min;當市電異常或停電時，飛輪系統(tǒng)能夠瞬間供電。

4.2 在交通工具中的應用

4.2.1 車載飛輪電池

隨著能源日益短缺和對環(huán)境保護的重視，世界各地都在研究汽車的新動力，而用飛輪儲能系統(tǒng)代替內燃機具有很好的前景，稱之為車載飛輪電池。車載飛輪電池具有清潔無污染、充電快捷等優(yōu)點。上世紀80年代，瑞士研究出第一輛飛輪電池汽車的充電時間控制在2min中內;90年代末，美國Texas大學將飛輪儲能系統(tǒng)應用于特種車輛中，該系統(tǒng)可以間歇性的提供5MW的輸出脈沖，連續(xù)輸出功率為350kW,最小的空載損耗小于1000W,可以滿足14-ton的特種偵查車輛的脈沖電力需求.

4.2.2 飛輪混合電池

飛輪儲能系統(tǒng)也可以與內燃機或者化學電池并用于汽車中，當汽車下坡或是剎車時，將汽車的動能轉化為飛輪的機械能儲存;當汽車加速、上坡等需要短時間大功率輸出時，飛輪再將能量釋放出來。這樣可以使汽車節(jié)約大約30%的能量，也使加速度更大.由于軌道交通制動比公路汽車更有規(guī)律性，飛輪在其中能夠在回收巨大能量。

4.3 在特種航天中的應用

飛輪儲能系統(tǒng)使用壽命長，非常適合對衛(wèi)星供電。同時，利用飛輪的動量矩可以有效地對衛(wèi)星的姿態(tài)進行控制，代替原來的化學電池可以減少了衛(wèi)星的重量。1986年2月，法國發(fā)射“SPOT”衛(wèi)星，首次將飛輪技術運用于航天器，上面的3個反作用飛輪使衛(wèi)星對地球的指向控制精度為0.15°，的姿態(tài)穩(wěn)定達到0. 0001°/s.

五、主要飛輪儲能企業(yè)

上海中以投資發(fā)展有限公司，鄭州瑞能電氣有限公司旗下子公司。上海中以與Chakratec合作研制開發(fā)的高效飛輪儲能技術，轉速25000轉/分、無限制充放電周期和96%的放電深度，填補了國內外市場空白。

沈陽微控新能源技術有限公司，微控新能源與美國VYCON(VYCON,INC.)公司在全球達成了全面排他性戰(zhàn)略合作關系，并擁有全部技術能力和VYCON 品牌使用權。其飛輪儲能系列產品廣泛應用于數據中心綠色儲能、軌道交通制動能量回收、油田鉆機/修井機儲能等。

盾石磁能科技有限責任公司(GTR飛輪儲能)，冀東集團投資3億元建設的全資子公司，主要產品為功率型GTR飛輪儲能系統(tǒng)與蓄電池結合組成復合式儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備高比功率，可以在15s內實現全功率快速充放電，響應時間僅有5ms，但可實現1000萬次、超過20年的循環(huán)壽命，且本體免維護，維護成本低，已廣泛應用在軌道牽引動力儲能、微電網系統(tǒng)調頻調壓等領域，填補了國內科技、市場的空白。

北京奇峰聚能科技有限公司，中國英利集團投資組建，專注于磁懸浮飛輪儲能研究。2011年1月，英利自主研發(fā)出1千瓦時儲能飛輪樣機。同年9月，國內首臺20千瓦時磁懸浮飛輪儲能樣機下線。此后，由英利投資的北京奇峰聚能科技有限公司經過國家科技部審批，在國家高技術研究發(fā)展計劃(863)高性能物理儲能項目中承擔了磁懸浮儲能飛輪技術課題研究工作。

二重德陽儲能科技有限公司為二重(德陽)重型裝備有限公司的控股子公司，是一家集飛輪儲能產品研發(fā)、設計、推廣、銷售及服務于一體的高科技公司，公司產品真空磁懸浮飛輪旋轉儲能，零排放無污染，放電功率大，功率密度高，無限次充放電，使用年限長達20年，能效高達96%，可廣泛應用于不間斷電源、智能電網、交通運輸、石油化工、特種航天等領域。

北京泓慧國際能源技術發(fā)展有限公司，是一家軍民融合、航天技術轉民用的高科技企業(yè)，可提供先進的飛輪儲能技術和節(jié)能服務，已開發(fā)出了國際領先的具有完全自主知識產權的系列化飛輪儲能技術和產品，可廣泛應用于軌道交通制動能回收利用、UPS毫秒級不間斷電源、港口碼頭龍門起重機節(jié)能延壽，以及微電網、人防工程、風力太陽能儲能電站等領域。

貝肯新能源(天津)有限公司，于2017年成立，是一家擁有自主知識產權的企業(yè)。公司主要從事先進儲能技術的開發(fā)，特別是飛輪儲能技術在電網領域的開發(fā)應用。公司聯(lián)合了華北電力大學先進飛輪儲能技術與工程應用研發(fā)中心，斥巨資100%收購了加拿大Temporal Power飛輪儲能技術公司。公司是全球單體容量最大的儲能飛輪生產及工程服務商，主要應用于電網調頻、搭配可再生能源的微電網電力供應等。

羅特尼克能源科技(北京)有限公司，其自主開發(fā)、擁有完全知識產權的OmniFly™ 高能碳纖維飛輪儲能系統(tǒng)，是具領先的高功率、高能量、高效率、高強度碳纖維、磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng)，單機設計的最大輸出功率可達1兆瓦，儲能12千瓦時，占地僅0.84平方米，待機功率僅500瓦，并可模塊化集成為數十至數百兆瓦電站。OmniFly™系列其產品面向能量循環(huán)系統(tǒng)、智能電網調頻電站、數據中心UPS 等應用領域。

STORNETIC，成立于2013年的德國儲能企業(yè)，2016年9月首次推出其EnWheel飛輪儲能產品，2017年向法國電力集團其首套儲能設備，用于平滑當地電網的風電和光伏的波動。

AmberKinetics，2009年成立于美國，開發(fā)出了世界首個商業(yè)化的四小時放電時效動力儲能系統(tǒng)，可搭配光伏風電等可再生能源，廣泛應用于微電網、備用電源、電網輔助服務、削峰填谷套利等，已在全球各地有示范應用項目。

Vycon，美國飛輪儲能企業(yè)，總部位于美國加州南部的特種航天工業(yè)中心，亞洲總部位于中國沈陽工業(yè)城，產品廣泛應用于數據中心、軌道交通、特種航天等領域，國內北京電信數據中心、東莞華為數據中心都有實際應用案例。

本文來源：北極星儲能網綜合整理