飞轮能量储存

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NASA G2 flywheel

飞轮能量储存 (FES)系统是一种能量储存方式，它通过把一个旋转体（飞轮）加速到极高的速度，来把能量以动能的形式储存。当释放能量时，根据能量守恒原理，飞轮的速度会降低。


大多数FES系统使用电流作为能量转换的媒介，同时直接使用飞轮动能的FES系统也正在研发当中[1]。

高能的FES系统使用高强度碳纤维制成的飞轮，并由磁悬浮轴承支撑，在真空中能达到20,000到50,000 rpm。[2] 这类飞轮可以在几分钟内达到所需的速度—远远快于其他形式的能量存储。[2]

目录

主要元件 [编辑]

The main components of a typical flywheel.

一个典型的FES系统包括轴承上的飞轮，一个减少摩擦力的真空室，以及一体化的电动机。轴承可以是滚珠、磁悬浮轴承等。

最初的储能飞轮使用钢材质。新型的飞轮采用碳纤维，后者有更高拉伸强度，但缺点是后者的质量与前者差了一个数量级[3]。


由于早期的磁悬浮轴承需要在极低的温度下工作以达到超导（SC）状态，故一直未得到发展，后来高温超导体（HTSC）的出现改变了这一状态。但是，单纯的超导体磁悬浮轴承虽然提供的支撑稳定可靠，但却难以承受重载。因此，目前多采用混合型磁悬浮轴承，即以永磁体支撑重载荷，而超导体使载荷稳定。超导体能用来作为磁悬浮轴承是因为其卓越的抗磁性：如果飞轮偏离中心，一个回复力将使它归中，这个效应的效果和磁通钉扎与磁刚度有关。如果磁钢度低的话，旋转体可能会发生振动。纯超导体磁悬浮轴承难以在FES中应用的原因便是因为其磁钢度不高。

磁通钉扎是飞轮能够稳定悬浮的重要因素。通过改变超导体的性状，可以提供强大的磁通钉扎。另一个应用超导体需要克服的困难是磁通蠕动（flux creep）（或磁通运动（flux motion））效应，这些效应会阻碍系统的稳定。

物理特性 [编辑]

能量密度 [编辑]

几何 (形状因子) [编辑]

材料 [编辑]

飞轮 [编辑]

抗张强度 [编辑]

能量效率 [编辑]

陀螺效应 [编辑]

万向环 [编辑]

应用 [编辑]

交通 [编辑]

公路 [编辑]

轨道交通 [编辑]

电气化轨道 [编辑]

实验室 [编辑]

娱乐 [编辑]

脉冲电源 [编辑]

由于FES可以快速充放电，他们适用于补偿脉冲发电机


摩托车 [编辑]

电网 [编辑]

风力发电机 [编辑]

与一般电池的比较 [编辑]

参见 [编辑]

参考 [编辑]

  1. ^ Torotrak Toroidal variable drive CVT, retrieved June 7, 2007.
  2. ^ 2.0 2.1 Castelvecchi, Davide. Spinning into control: High-tech reincarnations of an ancient way of storing energy. Science News. May 19 2007, 171 (20): 312–313. doi:10.1002/scin.2007.5591712010. 
  3. ^ Flybrid System KERS using carbon fiber flywheel

扩展阅读 [编辑]

  • Beacon Power Applies for DOE Grants to Fund up to 50% of Two 20 MW Energy Storage Plants, Sep. 1, 2009 [1]
  • Sheahen, T., P. Introduction to High-Temperature Superconductivity. New York: Plenum Press. 1994: 76–78, 425–431. ISBN 0-306-44793-2. 
  • El-Wakil, M., M. Powerplant Technology. McGraw-Hill. 1984: 685–689. 
  • Koshizuka, N.; Ishikawa, F.,Nasu, H., Murakami, M., Matsunaga, K., Saito, S., Saito, O., Nakamura, Y., Yamamoto, H., Takahata, R., Itoh, Y., Ikezawa, H., Tomita, M. Progress of superconducting bearing technologies for flywheel energy storage systems. Physica C. 2003, (386): 444–450. 
  • Wolsky, A., M. The status and prospects for flywheels and SMES that incorporate HTS. Physica C. 2002, (372–376): 1495–1499. 
  • Sung, T., H.; Han, S., C., Han, Y., H., Lee, J., S., Jeong, N., H., Hwang, S., D., Choi, S., K. Designs and analyses of flywheel energy storage systems using high-Tc superconductor bearings. Cryogenics. 2002, 42 (6–7): 357–362. doi:10.1016/S0011-2275(02)00057-7. 
  • Akhil, Abbas; Swaminathan, Shiva; Sen, Rajat K. Cost Analysis of Energy Storage Systems for Electric Utility Applications (pdf). Sandia National laboratories. 2007.February. 
  • Larbalestier, David; Blaugher, Richard D.; Schwall, Robert E.; Sokolowski, Robert S.; Suenaga, Masaki; Willis, Jeffrey O.;. Flywheels. Power Applications of Superconductivity in Japan and Germany. World Technology Evaluation Center. 1997.September. 
  • A New Look at an Old Idea: The Electromechanical Battery. Science & Technology Review (Lawrence Livermore National Laboratory). 1996.April: 12–19. 
  • Janse van Rensburg, P.J. Energy storage in composite flywheel rotors. University of Stellenbosch, South Africa. 2011.December. 

外部链接 [编辑]

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