知識點1：飛輪儲能原理

飛輪儲能的工作原理即在電力富裕條件下，由電能驅(qū)動飛輪到高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能儲存;當(dāng)系統(tǒng)需要時，飛輪減速，電動機作發(fā)電機運行，將飛輪動能轉(zhuǎn)換成電能，供用戶使用。飛輪儲能通過轉(zhuǎn)子的加速和減速，實現(xiàn)電能的存入和釋放。

識點2：飛輪儲能結(jié)構(gòu)

飛輪儲能系統(tǒng)基本的結(jié)構(gòu)包括以下五個組成部分：

飛輪輪子：一般為高強度復(fù)合纖維材料組成，通過一定的繞線方式纏繞在與電機轉(zhuǎn)子一體的金屬輪毅上。

軸承：利用永磁軸承、電磁軸承、超導(dǎo)懸浮軸承或其他低摩擦功耗軸承支承飛輪，并采用機械保護軸承。

電動發(fā)電機：一般為直流永磁無刷同步電動發(fā)電互逆式雙向電機。

電力轉(zhuǎn)換器：它是輸入電能轉(zhuǎn)化為直流電供給電機，輸出電能進行調(diào)頻、整流后供給負載的關(guān)鍵部件。

真空室：為減少風(fēng)損、防止高速旋轉(zhuǎn)的飛輪發(fā)生安全事故，飛輪系統(tǒng)放置與高真空密封保護套筒內(nèi)。

識點3：飛輪儲能優(yōu)點

作為一種新型的物理儲能方式，飛輪儲能與傳統(tǒng)化學(xué)電池相比，具備有以下優(yōu)點：

1)充放電迅速。從收到電網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)信號到飛輪儲能系統(tǒng)做出反應(yīng)，時間極短，并且在之后數(shù)分鐘時間內(nèi)能夠完成整個系統(tǒng)的充/放電過程，符合電網(wǎng)的短時響應(yīng)與調(diào)節(jié)需求，相比于蓄電池、抽水蓄能、壓縮空氣等，具有較快的充/放電時間。

2)工作效率高。一般的飛輪儲能系統(tǒng)工作效率可以達到90%左右，相比于抽水蓄能的60%以及蓄電池儲能的70%，具有明顯的優(yōu)勢，而且采用磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)，其工作效率更高，接近95%。

3)使用壽命長。飛輪儲能系統(tǒng)雖價格昂貴，但是設(shè)計良好，其年平均維護費用極低，充放電次數(shù)明顯優(yōu)于蓄電池儲能等，其達到了百萬數(shù)量級，且一般免維護的時間是在10a以上。

4)環(huán)保無污染。由于機械儲能的緣故，飛輪儲能不會排放出污染環(huán)境的物質(zhì)，其是一種環(huán)境友好型的綠色儲能技術(shù)。此外，飛輪儲能系統(tǒng)還具有模塊性、建設(shè)時間短、事故后果影響低等優(yōu)點。

知識點4：飛輪儲能應(yīng)用

飛輪儲能技術(shù)的應(yīng)用主要集中在儲能和峰值動力使用2大類，具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾方面：

1)UPS不間斷電源。不間斷電源(UPS)是一種利用儲能裝置向負載提供高質(zhì)量電能的設(shè)備，在醫(yī)療設(shè)備、通信、計算機系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前UPS逐漸傾向于使用飛輪儲能裝置等新型儲能設(shè)備，既減少了環(huán)境污染，延長了使用壽命，同時也提高了工作效率。

2)節(jié)能。能源利用率一直是我們比較關(guān)注的話題，節(jié)能已經(jīng)得到廣泛的共識。傳統(tǒng)的機械裝置，進行機械制動后能量被轉(zhuǎn)化為熱能而流失，造成了一定程度上的浪費，降低了能源的使用效率。因此，通過飛輪儲能裝置把這部分能量轉(zhuǎn)化為動能存儲起來，在需要的時候，輸出到系統(tǒng)中，可以減少能量損失，提高能量的利用率，目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域集中在新能源汽車和城市軌道交通等方面。

3)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。飛輪儲能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，其能夠較好地調(diào)節(jié)有功功率，削峰填谷，增大功率因數(shù)，穩(wěn)定電壓和頻率，并對改善電能質(zhì)量和穩(wěn)定負荷具有良好的作用。暫態(tài)穩(wěn)定性問題一直是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和分析的重點，依靠飛輪儲能的瞬時功率大、響應(yīng)迅速、充放電完成時間短等特點，投入到電力系統(tǒng)中，能夠快速主動地參與電力系統(tǒng)動態(tài)過程，消除擾動并縮短暫態(tài)過程，盡量避免了電壓崩潰、低頻振蕩等危險狀況的出現(xiàn)，為電力系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定運行起到了積極作用。

4)微網(wǎng)。目前，微網(wǎng)(Microgrid)作為一個小型發(fā)配電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自我監(jiān)控、自我調(diào)節(jié)，既可以并網(wǎng)運行，也能獨立運行。因此，相對于傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言，微網(wǎng)由于分布式電源多、位置靈活、分散等特點，需要有儲能系統(tǒng)的支撐做保障。在微網(wǎng)能量充足時，飛輪儲能系統(tǒng)將多余的能量存儲起來，穩(wěn)定端電壓;當(dāng)微網(wǎng)發(fā)生故障，或出現(xiàn)功率性缺額現(xiàn)象時，將存儲的能量釋放出去，增強了局部供電可靠性，維持了微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。

5)可再生能源的并網(wǎng)。飛輪儲能技術(shù)的一個關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域是可再生能源的并網(wǎng)。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源因為清潔、巨量、可再生等優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注。但是由于風(fēng)光等可再生能源自身的間歇性和波動性，并網(wǎng)后增大了電網(wǎng)的沖擊，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成了一定的影響。而飛輪儲能系統(tǒng)作為一個可靈活調(diào)控的有功源，能穩(wěn)定并網(wǎng)頻率和電壓，減小可再生能源的波動性，削峰填谷，降低對電網(wǎng)的沖擊，有效地改善可再生能源并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題，確保安全性和可靠性。