Introduction to HTS Flywheel Energy Storage

1. 儲(chǔ)能方式介紹

儲(chǔ)能技術(shù)有哪幾種蹬蚁，各自的特點(diǎn)是什么？

2. 飛輪儲(chǔ)能介紹

2.1 飛輪儲(chǔ)能軸承

從圖中可以看出队腐，一個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)大致分為以下幾個(gè)部分：

真空殼體

真空殼體是飛輪儲(chǔ)能裝置中的輔助系統(tǒng)。將高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子至于真空狀態(tài)下奏篙，主要是為了減少飛輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的風(fēng)阻損耗柴淘。Acamley 等的研究結(jié)果表明:真空度過(guò)高會(huì)降低儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部的散熱能力，導(dǎo)致飛輪轉(zhuǎn)子的溫度升高报破。相比于高真空度的狀態(tài),氦氣環(huán)境下更有利于減小風(fēng)損悠就。

飛輪轉(zhuǎn)子

早期的飛輪轉(zhuǎn)子多使用鋼或鋁合金材料,這類轉(zhuǎn)子具有重量大、轉(zhuǎn)速慢充易、儲(chǔ)能密度低等缺點(diǎn)梗脾。為了提高其性能，目前多以高性能連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體盹靴，以樹(shù)脂材料作為基體炸茧，采用預(yù)應(yīng)力纏繞技術(shù)與多環(huán)過(guò)盈配合相結(jié)合的工藝制造出重量輕瑞妇、儲(chǔ)能密度大的復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子。法國(guó)Socomec 公司和美國(guó) Beacon Power 公司生產(chǎn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)均采用了復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子梭冠。

支撐系統(tǒng)

輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的軸承支撐方式主要包括：機(jī)械軸承辕狰、被動(dòng)磁軸承和主動(dòng)磁軸承。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候控漠，傳統(tǒng)的機(jī)械軸承會(huì)消耗較多的能量蔓倍，為了提高整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，多采用磁軸承作為低能耗的支撐方式盐捷，但為了避免磁軸承失效對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)造成的損傷偶翅，目前多選用機(jī)械輔助軸承配合磁軸承的支撐方案。

動(dòng)/發(fā)一體機(jī)

動(dòng)/發(fā)一體機(jī)是整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心動(dòng)力源碉渡。機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換就是通過(guò)動(dòng)/發(fā)一體機(jī)的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的聚谁。使用動(dòng)/發(fā)一體機(jī)可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的空間使用率，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的總體重量滞诺。

電力轉(zhuǎn)換器

電力轉(zhuǎn)換器是儲(chǔ)能飛輪系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換控制的關(guān)鍵部件形导，它具有調(diào)頻、恒壓习霹、整流等功能朵耕。電力轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用提高了飛輪系統(tǒng)的靈活性和可控性。在充電過(guò)程中序愚，電力轉(zhuǎn)換器采用恒轉(zhuǎn)矩控制和恒功率控制兩種變頻控制方式,將交流電轉(zhuǎn)換成直流電憔披，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使飛輪加速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)飛輪達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)爸吮，電力轉(zhuǎn)換裝置提供低壓以便維持飛輪轉(zhuǎn)速芬膝，降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的自身能量損耗。

2.2 高溫超導(dǎo)軸承

早在 1945 年便有人提出了應(yīng)用超導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)磁懸浮軸承的設(shè)想形娇，但直到 1987 年發(fā)現(xiàn)可工作在液氮溫區(qū)(77 K)的 YBCO 高溫超導(dǎo)體材料后锰霜，才使這一想法得以成為現(xiàn)實(shí)。高溫超導(dǎo)體材料獨(dú)具的磁通釘扎特性桐早，使 SMB 在無(wú)任何外界控制的條件下就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的懸浮癣缅，向研究者展示出巨大的吸引力。

基于高溫超導(dǎo)體材料的磁通釘扎特性哄酝，SMB 展現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)：

無(wú)源自穩(wěn)定懸浮友存，無(wú)需額外控制環(huán)節(jié)。

轉(zhuǎn)速高陶衅，已實(shí)現(xiàn) 520 000 r/min 實(shí)驗(yàn)速度屡立。

損耗小，摩擦系數(shù)僅 10^-7搀军，比機(jī)械軸承(10^?3)和常導(dǎo)(電磁)磁懸浮軸承(10^?4)的摩擦系數(shù)低幾個(gè)數(shù)量級(jí)膨俐。與現(xiàn)有的機(jī)械軸承和主動(dòng)磁軸承相比勇皇，SMB 優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以上三點(diǎn)。

飛輪儲(chǔ)能軸承主要分為三大類：機(jī)械軸承焚刺，AMB主動(dòng)磁軸承敛摘，SMB超導(dǎo)磁軸承。它們的比較如下：

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表1：機(jī)械軸承乳愉、主動(dòng)磁軸承和SMB性能比較

超導(dǎo)磁軸承主動(dòng)磁軸承機(jī)械軸承

摩擦系數(shù)1e-71e-41e-3

磨損無(wú)無(wú)有

控制系統(tǒng)無(wú)有無(wú)

輔助部件低溫裝置傳感器無(wú)

速度極限無(wú)無(wú)有

承載能力低高高

剛度低高高

那么這里的數(shù)量級(jí)到底是什么概念呢兄淫？

2.3 碳纖維飛輪

碳纖維飛輪

飛輪轉(zhuǎn)子材料性能比較

材料名稱材料強(qiáng)度GPa材料密度kg/m3儲(chǔ)能密度Wh/kg

鋁合金0.6280036.1

高強(qiáng)度鋼2.7800056.8

E玻璃纖維3.52540231.9

S玻璃纖維4.82520320.6

Kevlar纖維3.81450441.1

光譜纖維3.0970520.6

碳纖維T7007.01780662.0

碳纖維T100010.01780945.7

[1]中國(guó)繼續(xù)“白菜化”碳纖維 T700級(jí)200元每公斤

當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的較大的碳纖維企業(yè)包括：上海石化公司腈綸事業(yè)部、中復(fù)神鷹碳纖維有限公司蔓姚、浙江巨鑫碳纖維有限公司拖叙、西安康本材料有限公司、沈陽(yáng)中恒新材料有限公司赂乐、吉林市碳纖維高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地、哈爾濱天順化工科技開(kāi)發(fā)有限公司咖气、金發(fā)科技碳纖維挨措、中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司等。

2.4 電力電子部分

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2.5 模塊化和集群設(shè)計(jì)

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成本測(cè)算

特斯拉 Powerwall

10 kWh 1.3萬(wàn)美元

10度電 3500美元

作為對(duì)照崩溪，Primus Power生產(chǎn)的250kW液流電池價(jià)格為500美元/kWh浅役，Aquion的納離子電池價(jià)格大致相當(dāng)。穆迪2015年1月的報(bào)告估計(jì)伶唯，“今天的電池投資成本接近500-600 美元/kWh觉既。”

儲(chǔ)能主要分為兩種乳幸，能量型和功率型瞪讼。能量型儲(chǔ)能容量大，反應(yīng)速度慢粹断，充放電次數(shù)受限符欠。功率型響應(yīng)速度快，容量小瓶埋。

無(wú)論是超導(dǎo)磁儲(chǔ)能還是高溫超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能希柿，最主要的優(yōu)勢(shì)都在于放電功率大。自放電率比起化學(xué)儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)不明顯养筒，但也可以做到差不多曾撤，超導(dǎo)線圈和高溫超導(dǎo)軸承，GM制冷技術(shù)也比較成熟晕粪，國(guó)內(nèi)T-800碳纖維線材挤悉，YBCO帶材都能量產(chǎn)。

最主要的問(wèn)題就是價(jià)格上兵多。特斯拉的Powerwall可以做到3500美金尖啡，10kWh的電池橄仆，一般化學(xué)電池500美金/kWh。SMES國(guó)內(nèi)樣機(jī)能做到1MJ衅斩，美帝100MJ盆顾，日本2.4GJ。注意1kWh=3.6MJ畏梆，而1MJ的樣機(jī)無(wú)論是體積還是重量還是價(jià)格都高于Powerwall您宪，其優(yōu)勢(shì)只在于循環(huán)次數(shù)、放電深度和放電功率等奠涌。高溫超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能也是如此宪巨，其單位質(zhì)量/體積能量甚至不如SMES，但是它的電力電子部分要簡(jiǎn)單些溜畅，畢竟飛輪+電機(jī)捏卓，還不需要屏蔽強(qiáng)磁。HTS-FESS國(guó)內(nèi)樣機(jī)1MJ慈格，美帝波音10kWh怠晴。

給大家算臂章，2GJ=555度電浴捆，一度電5毛錢蒜田，功率型最大也就存280塊錢的電，然而這個(gè)造價(jià)至少幾百萬(wàn)RMB选泻。所以功率型儲(chǔ)能作為大規(guī)模儲(chǔ)能的成本還是太高冲粤。（不然咋叫功率型）

所以目前有的應(yīng)用都是軍事領(lǐng)域和示范工程，大規(guī)模應(yīng)用的話成本高了點(diǎn)页眯。目前的出路在于多元復(fù)合儲(chǔ)能梯捕，錯(cuò)配能量型和功率型儲(chǔ)能以達(dá)到能量管理和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的平衡。

重新讀了遍題目餐茵，倍感驚恐科阎，全篇跑題，重新作答如下：

技術(shù)性問(wèn)題個(gè)人認(rèn)為沒(méi)有忿族，畢竟美帝日德都花錢砸出一條道了锣笨。

關(guān)于微控新能源

深圳微控新能源技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱微控或微控新能源）是全球物理儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)航者。公司全球總部位于深圳道批，業(yè)務(wù)覆蓋北美错英、歐洲、亞洲隆豹、拉美等地區(qū)椭岩，憑借“安全、可靠、高效”的全球領(lǐng)先的磁懸浮能源技術(shù)判哥，產(chǎn)品與服務(wù)廣泛受到華為献雅、GE、ABB塌计、西門子挺身、愛(ài)默生等眾多世界500強(qiáng)企業(yè)的信賴。

面向未來(lái)能源“更清潔锌仅、高密度章钾、數(shù)字化”的三大趨勢(shì)，公司持續(xù)致力于為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供能源運(yùn)輸热芹、儲(chǔ)存贱傀、回收、數(shù)據(jù)化管理提供系統(tǒng)解決方案伊脓。