自飛輪發(fā)明以來(lái)，飛輪技術(shù)可以幫助平衡機(jī)器中的能量流動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，更多的現(xiàn)代飛輪設(shè)備已經(jīng)被公共汽車(chē)、火車(chē)、起重機(jī)和汽車(chē)等行業(yè)領(lǐng)域采用，通常以再生制動(dòng)的形式出現(xiàn)。在這種情況下，可以捕獲即將浪費(fèi)的能量（例如車(chē)輛減速或停止）并轉(zhuǎn)換為可用的電能。
飛輪通過(guò)加速轉(zhuǎn)子高速工作，其能量暫時(shí)存儲(chǔ)為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能或動(dòng)能。然后，這種能量可以轉(zhuǎn)換成一種有用的形式，例如，它可以使車(chē)輛再次移動(dòng)。
例如，沃爾沃公司在幾年前就用他們的S60轎車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，后輪制動(dòng)將使飛輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生機(jī)械能，在稍后加速時(shí)，也有助于將汽車(chē)向前移動(dòng)。這令人印象深刻，對(duì)嗎？
ABB公司將在阿拉斯加安裝其集成的PowerStore商用飛輪和電池系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)更多可再生能源的整合
現(xiàn)代飛輪的轉(zhuǎn)速有多快？
由于最近的技術(shù)進(jìn)步，飛輪引起了一些公用事業(yè)和儲(chǔ)能公司的興趣。鋼質(zhì)飛輪的轉(zhuǎn)速被限制在幾千轉(zhuǎn)。現(xiàn)代飛輪由碳纖維材料制成，采用磁性軸承，能夠以高達(dá)60,000 rpm或更高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
為儲(chǔ)能而開(kāi)發(fā)的設(shè)備安裝在一個(gè)真空外殼內(nèi)，以減少空氣阻力。飛輪也使用連接到轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電和放電。
為什么對(duì)飛輪感興趣的是公用事業(yè)公司或電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商？
飛輪使用方便，并且速度很快，可以用來(lái)發(fā)電。電網(wǎng)平衡通常由傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，這些發(fā)電機(jī)必須提供輔助服務(wù)，例如備用電能容量。而對(duì)于實(shí)時(shí)負(fù)載平衡，如頻率和電壓控制，發(fā)電機(jī)可以升高和降低的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定所提供能源服務(wù)的分配和價(jià)值。
例如，STORNETIC公司的EnWheel飛輪產(chǎn)品采用高科技材料制成，可使轉(zhuǎn)子達(dá)到每分鐘45,000轉(zhuǎn)的速度。據(jù)該公司介紹，這是通過(guò)將摩擦損失降至最低來(lái)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)轉(zhuǎn)子在非接觸式軸承的真空中運(yùn)行，并且由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。
飛輪可以幫助完成這些功能。飛輪可以快速提供有功和無(wú)功功率，這對(duì)平衡由傳統(tǒng)負(fù)載或可再生能源引起的功率波動(dòng)至關(guān)重要。這使得飛輪非常適合平衡風(fēng)力或太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)產(chǎn)生的可變功率，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，并穩(wěn)定當(dāng)?shù)胤植嫉碾妷核健?/div>
當(dāng)然，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將會(huì)受風(fēng)力的影響。風(fēng)力過(guò)多和過(guò)少都會(huì)影響到它所饋入的電網(wǎng)穩(wěn)定，這就是儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮作用的地方。儲(chǔ)能部署可以幫助支持和平衡可再生能源的整合。
鋰離子等電池可以在數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘內(nèi)儲(chǔ)存、吸收和釋放能量，而采用飛輪也可以存儲(chǔ)這些電能，并超過(guò)電池的性能。而且，與鋰離子電池不同，即使經(jīng)過(guò)數(shù)千次循環(huán)之后，飛輪的性能也不會(huì)退化，所以它們的使用壽命可以更好地匹配風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的使用壽命。
電池和飛輪是一個(gè)非此即彼的選擇嗎？
飛輪可以與電池一起工作。例如，電力設(shè)備廠商ABB公司提供模塊化微電網(wǎng)系統(tǒng)，將這兩種設(shè)備的互補(bǔ)功能融合在一起，目前該系統(tǒng)正在為一個(gè)位于美國(guó)阿拉斯加州的17兆瓦風(fēng)電場(chǎng)提供服務(wù)。飛輪將有助于整合波動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電，并且電池可以用于長(zhǎng)期儲(chǔ)存電能。
STORNETIC公司指出，獨(dú)立飛輪系統(tǒng)具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)不含毒素或化學(xué)物質(zhì)。
STORNETIC公司在2016年9月召開(kāi)的漢堡WindEnergy展會(huì)上首次推出其EnWheel飛輪產(chǎn)品，這是一款完全可回收的飛輪能量裝置。
在STORNETIC的EnWheel飛輪裝置中，其電機(jī)以每分鐘45,000轉(zhuǎn)的頻率旋轉(zhuǎn)碳纖維轉(zhuǎn)子。為了減少摩擦并保持高速，轉(zhuǎn)子在真空中懸浮在磁力軸承上。
STORNETIC公司最近推出了第一臺(tái)兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能單元。DuraStor（R）1000基于飛輪的裝置由16個(gè)EnWheel裝置組成，使用戶能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，并快速方便地進(jìn)行存儲(chǔ)。
據(jù)該公司介紹，可靠的飛輪系統(tǒng)為更加穩(wěn)定的風(fēng)電場(chǎng)提供了更多的可能性，因?yàn)樗峁┝孙L(fēng)電項(xiàng)目通常缺少的可預(yù)測(cè)性。
例如，STORNETIC公司的董事總經(jīng)理Rainer vor dem Esche博士在一份新聞發(fā)布會(huì)上表示，“飛輪系統(tǒng)可以吸收電力高峰輸出的電能，從而使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的電能產(chǎn)量更加均衡和可預(yù)測(cè)。它還使風(fēng)電場(chǎng)能夠提供頻率控制服務(wù)，為平衡電網(wǎng)提供幫助。”
STORNETIC公司目前正與可再生能源開(kāi)發(fā)商EDF公司在法國(guó)合作開(kāi)展一項(xiàng)聯(lián)合試點(diǎn)項(xiàng)目，以評(píng)估飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的性能及其對(duì)電網(wǎng)的影響。
還有哪些公司正在研究飛輪？
目前市場(chǎng)上還有一家名為Amber Kinetics的公司在開(kāi)發(fā)飛輪技術(shù)。加利福尼亞新興技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)最近發(fā)布的一項(xiàng)獨(dú)立研究報(bào)告表明，這家公司的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)（FES）提供了四小時(shí)的放電量，并且成功并有效地改變了電力負(fù)載。
Amber Kinetics公司已開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，可將飛輪的持續(xù)時(shí)間和效率從幾分鐘延長(zhǎng)到幾小時(shí)，從而為公用事業(yè)規(guī)模的應(yīng)用提供更經(jīng)濟(jì)可靠的儲(chǔ)能產(chǎn)品。
去年，Amber Kinetics公司使用其Gen-2飛輪系統(tǒng)與太平洋天然氣和電力公司簽署了一個(gè)20兆瓦的儲(chǔ)能服務(wù)協(xié)議。它是有史以來(lái)最大的輸電級(jí)飛輪系統(tǒng)之一。
此外，這個(gè)調(diào)查研究報(bào)告的作者表示，使用這種新興技術(shù)在電力供應(yīng)方面可以為電網(wǎng)提供更多的靈活性和負(fù)載調(diào)節(jié)機(jī)會(huì)，并建議將其采納到加利福尼亞的自我激勵(lì)計(jì)劃中。
飛輪與電池相比有什么優(yōu)勢(shì)？
Amber Kinetics公司認(rèn)為，其鋼質(zhì)飛輪技術(shù)可以降低定價(jià)，同時(shí)提高公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能的操作安全性和靈活性。其部分成本節(jié)約來(lái)自更長(zhǎng)的維護(hù)間隔，特別是與電池相比。飛輪的材質(zhì)不會(huì)發(fā)生退化，很少需要更換。
“由于飛輪的材質(zhì)98％都是鋼，所以沒(méi)有火災(zāi)、化學(xué)爆炸或有害物質(zhì)釋放的風(fēng)險(xiǎn)，并且在30年的使用期限內(nèi)提供無(wú)限次的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。”Amber Kinetics公司首席執(zhí)行官Ed Chiao指出，“我們的愿景是為希望利用飛輪儲(chǔ)能降低成本和整合可再生資源的公用事業(yè)公司提供具有成本效益和靈活性的能力。”
