飛輪儲能系統是一種機電能量轉換的儲能裝置。該系統採用物理方法進行儲能，並通過電動/發電互逆式雙向電機實現電能與高速運轉飛輪的機械動能之間的相互轉換和儲存。飛輪儲能系統是一種具有廣闊套用前景的機械儲能系統，具有儲能密度高、適應性強、套用範圍廣、效率高、長壽命、無污染和維修花費低等優點。目前，飛輪儲能系統已被套用於航空航天、UPS電源、交通運輸、風力發電、核工業等領域。隨著複合材料技術、磁支撐技術、動發一體機技術和多學科最佳化設計技術的不斷進步，對飛輪儲能技術的關注也越來越多，相關的新技術也不斷出現。
基本介紹
- 中文名：飛輪儲能系統
- 外文名：Flywheel energy storage system
- 套用：飛輪電池、UPS儲能
- 類別：物理儲能
- 學科：電氣工程
- 能量轉換：動能轉換為電能
原理,結構組成,套用,飛輪電池,風力發電系統,免蓄電池磁懸浮飛輪儲能UPS,其他套用,
原理
在儲能時，外界電能通過電力轉換器變換後驅動電機運行，電機帶動飛輪轉子加速旋轉，直至達到設定的某一轉速。在飛輪加速旋轉的過程中，飛輪以動能的形式把能量儲存起來，完成電能到機械動能轉換的儲存能量過程，能量儲存在高速旋轉的飛輪體中。之後，飛輪以設定的那一轉速旋轉，直到接受到一個能量釋放的控制信號。釋能時，電機作為發電機使用，高速旋轉的飛輪拖動電機發電，經電力轉換器輸出適用於負載的電流和電壓，完成機械動能到電能轉換的釋放能量過程。在釋能的過程中，飛輪的轉速不斷的下降。整個飛輪儲能系統實現了電能的輸入、儲存和輸出。
結構組成
典型的飛輪儲能系統由飛輪本體、軸承、電機/發電機、電力轉換器和真空室5個主要組件構成。在實際套用中，飛輪儲能系統的結構有很多種。圖1所示是一種飛輪與電機合為一個整體的飛輪儲能系統結構示意圖飛輪本體是飛輪儲能系統的核心部件，作用是力求提高轉子的極限角速度，減輕轉子重量，最大限度地增加飛輪儲能系統的儲能量。目前多採用碳素纖維材料製作。 
軸承的性能直接影響飛輪儲能系統的可靠性、效率和壽命。目前套用的飛輪儲能系統多採用磁懸浮系統，減少電機轉子旋轉時的摩擦，降低機械損耗，提高儲能效率。
飛輪儲能系統的機械動能與電能之間的轉換是以電動/發電機及其控制為核心實現的。電動/發電機集成一個部件，在儲能時，作為電動機運行，由外界電能驅動電動機，帶動飛輪轉子加速旋轉至設定的某一轉速；在釋能時，電機又作為發電機運行，向外輸出電能，此時飛輪轉速不斷下降。顯然，低損耗、高效率的電動/發電機是能量高效傳遞的關鍵。
電力轉換器是為了提高飛輪儲能系統的靈活性和可控性，並將輸出電能通過調頻、整流或恆壓等變換為滿足負荷供電要求的電能。
真空室的主要作用是提供真空環境，降低電機運行時的風阻損耗。
套用
飛輪電池
飛輪儲能系統安裝在電動汽車裡，作為電動汽車的動力源，稱之為飛輪電池。80年代初，瑞士Oerlikon工程公司，研製成功完全由飛輪功能的第一輛公共汽車。
風力發電系統
風力發電由於風速不穩定，給風力發電用戶在使用上帶來了困難。傳統的做法是安裝柴油發電機，但由於柴油機本身的特殊要求，在啟動後30分鐘內才能停機，而風力常常間斷數秒，數分鐘。這就出現了兩個問題：柴油機組頻繁啟動，影響使用壽命；風機重啟動後柴油機同時作用，會造成電能過剩。考慮到飛輪儲能量大，儲能密度高，充電快捷，充放電次數無限，因此。國外不少科研機構已將飛輪儲能引入風力發電系統，即：風力發電機組+內燃機組+飛輪儲能。
美國的Vista Tech Engineering，Ine將飛輪引入到風力發電系統，實現全程調峰，飛輪機組的發電功率為300kW，大容量儲能飛輪的儲能為277kW/h。試驗表明．風力發電系統電能輸出性能及經濟性能良好，較未採用飛輪儲能有很大改善 。
免蓄電池磁懸浮飛輪儲能UPS
(1)在市電輸入正常，或者在市電輸入偏低或偏高(一定範圍內)的情況下，UPS通過其內部的有源動態濾波器對市電進行穩壓和濾波，保證向負載設備提供高品質的電力保障，同時對飛輪儲能裝置進行充電，UPS利用內置的飛輪儲能裝置儲存能量。
(2)在市電輸入質量無法滿足UPS正常運行要求，或者在市電輸入中斷的情況下，UPS將儲存在飛輪儲能裝置里的機械能轉化為電能，繼續向負載設備提供高品質並且不間斷的電力保障。
(3)在UPS內部出現問題影響工作的情況下，UPS通過其內部的靜態開關切換到旁路模式，由市電直接向負載設備提供不間斷的電力保障。
(4)在市電輸入恢復供電，或者在市電輸入質量恢復到滿足UPS正常運行要求的情況下，則立即切換到市電通過UPS供電的模式，繼續向負載設備提供高品質並且不間斷的電力保障，並且繼續對飛輪儲能裝置進行充電。
其他套用
飛輪儲能系統還可以套用在電力調峰、不間斷電源、大功率脈衝放電電源、賽車、通訊系統信號傳輸等。
