现介绍美国、西欧和日本的主要研发飞轮储能电源系统的厂商。
①美国宇航局(NASA)Glenn研究中心及其合作单位
N A S A 飞轮主要应用于航空航天, 以及军用装甲车辆上, 用途主要是: 能量储存、动力和姿态控制以及峰值功率调节等。设计储能量: 3 6 0～8 4 0 kWh ;储能密度: 4 4Wh / k g ;转速:60000rpm;线速度:不小于880m/s。目标建立和测试大型飞轮储能系统,目标:储能密度大于100Wh/kg;线速度不小于1260m/s。工作高低转速比:3:1;放电深度:90%;运行转速内无临界模态,后期研究控制模态可能性。
②Bescon Power公司
Bescon Power公司生产的飞轮储能产品用以满足迅速增长的可靠的分布式电源需求。建立为通讯应用提供后备电源的商业基础,估计每年拥有10000套飞轮系统需求。为电信/电缆设备提供备用电力供应的20C1000飞轮储能系统为主。
飞轮采用高强度复合材料轮缘,高速、长寿命、无需维护、低损耗永磁偏置主动/被动磁轴承,直流永磁无刷高效率、低损耗电动/发电机,正弦波脉宽调制实现驱动电压、电流一体化控制的双向换流器,真空密封,埋入地下,运行状况可以通过互联网进行监视。
指标:工作转速:30000～100000rpm,最高线速度:700m/s,放电深度:90%,电机效率:96%,输出可用储量2000Wh;输出电压为直流3 6 V、4 8 V 或9 6 V , 额定输出功率1 k W ; 输入电压120/240VDC,50/60Hz,最大输入功率1.05kW;转子重量:68kg,飞轮模块重量:383kg,电子模块重量9 0 k g ;设计寿命: 2 0年,平均故障间隔时间:10万小时。
Bescon Power公司虽在去年破产,但使其在飞轮储能技术方面的领先对于飞轮储能技术的应用还是具有重大意义的。
③Active Power 公司
公司主要生产不间断电源(UPS)的飞轮储能电源系统,以取代传统的铅酸蓄电池,解决当今对于电力品质的高要求。公司产品的应用对象主要是广大工业用户,比如:先进的数据中心、工业设备和广播站等。目前,公司拥有29项发明专利,主要产品有Cat UPS系列和Cleansource DC 系列。Active Power的飞轮材料为4340锻铁,其飞轮转子与电动/发电机、磁轴承整合在一起。用磁铁卸去80%的重量以延长飞轮轴承的寿命和减小损耗。飞轮的工作转速在7000～7700rpm。工作维持时间为几十秒到几分钟。目前公司飞轮已经产品化出售,并在北京设有办事处。
由Active Power公司所研发的、一款集成飞轮UPS的模块化电源系统“PowerHouse”已在中国推广。作为箱式数据中心中不可缺少的部分——电源系统,PowerHouse摈弃传统蓄电池UPS而采用飞轮UPS作为整个系统的核心。专家认为飞轮储能不间断供电系统将把箱式数据中心带入全新境界。
PowerHouse以飞轮UPS为核心部件，并将柴油机组、ATS切换柜、开关配电柜及制况设备等部件集成在标准集装箱内，形成可持续供电的不间断电源系统。基于Active Power公司的高效及灵活性结构，PowerHouse系统可被快速装配及应用。它的功率范围从200kW到800kW不等，是完全可以扩展的结构，可随用户需求扩容备用电源。
传统备用电源需单个部件现场组装, 而PowerHouse系统则是在工厂组装完成、可现场复验的电源解决方案。其设计、质量控制、测试、建设和验证都在工厂完成,而不是现场完成的,所以确保了集成飞轮UPS、开关柜、备用发电机和冷却设备之间的相互操作性,也为系统的现场安装、部署节省了宝贵时间。
传统U P S 中的蓄电池有效工作温度为20～25℃,并且温度每升高或降低10℃,其性能都会下降一半甚至更多。当环境温度超过25℃之后,温度每升高1℃,蓄电池寿命将缩短一年。飞轮UPS对环境的适应能力很强,可以在0℃到40℃之间正常运转,它不会因外界因素而发生退化现象,这就为箱式数据中心的应用创造了条件。另外,因为有150多个遥测网络点对飞轮的运行情况进行遥测,并可提供准确的系统性能图片,所以这样的机械动力系统具有可预知性。也就是说PowerHouse系统的安全性精确可控。
PowerHouse系统效率很高,但占用空间却很小,用户可在现场限制条件下,迅速部署具有安全防护特点的PowerHouse系统。用户可以将其放置在诸如房顶、闲置的装卸间、院落甚至停车厂之类的场所。
PowerHouse系统,具有部署快,基建要求低,占地空间小,模块化可方便升级、扩容,结构紧凑、方便移动等特点;越来越成为现今供电系统的新宠。
④VYCON公司
飞轮储能设备制造商VYCON日前喜获美国成长最快500家私营企业殊荣。排名第436位。这是该公司第二次入选该榜单。入选原因是由于该公司三年之内获得了797%的高速销售增长率,实现收益660万美元。同时,总部位于加利福尼亚州的约巴林达的VYCON公司也是加州能源行业中获得本排名最高的入选企业。
VYCON公司更是将飞轮储能系统纳入港口起重机制造的先驱,需要提及的是VYCON公司继续加大与伊顿电气集团的合作,以促进其VDC和VDC-XE飞轮储能系统的市场销售。
VYCON公司总裁FrankDeLattre表示:我们与伊顿的合作是十分成功的,我们将继续加强双方的合作关系,为伊顿的客户提供安全高效的清洁能源储备装置。
伊顿产品经理PedroRobredo表示:“我们十分高兴继续与VYCON加深合作,VYCON的高速飞轮储能系统作为一种替代蓄电池的储能系统,各方面性能都非常好,这为我们的客户提供了很好的解决方案。
⑤德国Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司
德国Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司1997年着手设计5MWh/100MW超导飞轮储能电站的概念设计。电站由10个飞轮模块组成,每个模块储能0.5MWh,功率10MW,重30t,直径3.5m、高6.5m,用同步电动/发电机进行电能输入输出。每个模块包括一个电动/发电机子模块、4个碳纤维复合材料制成的转子模块和6个SMB子模块。每个飞轮转子储能125kWh,重3t,能量密度42Wh/kg,运行转速2250～4500rpm,最大外缘线速度600m/s,最大拉应力810Mpa。SMB由YBCO块材料和稀土铁棚型高强度永磁材料构成,耗用10t的YBCO块材和5t的永磁材料。系统效率96%。
⑥日本合作研发高温超导磁悬浮轴承飞轮储能电源系统日本已投资3500万美元进行高温超导磁悬浮轴承飞轮储能研究,由三菱、日立、精工等公司和多个研究所、高校组成3个研究组合作承担。已研制出3种试验模型机,并进行了储能8MWh容量1000kW的飞轮储能机组的概念设计。日本原子能研究所一座大型核融合实验炉采用了飞轮储能发电装置,其主要参数为:功率235MVA、电压18kV、电流6898A、飞轮转速420～600rpm、可释放能量20MJ,转子为碳素钢锻造的实心圆盘,重1000t。
(2)我国飞轮储能技术的现状落后国外十年
目前国内从事与飞轮研究相关的单位有:清华大学工程物理系飞轮储能实验室、华北电力大学、北京飞轮储能柔性研究所(由中国科学院电工研究所、天津核工业理化工程研究院等组成)、北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国科大、中科院力学所、东南大学、合肥工业大学等,主要集中在小容量系列。其中,北航针对航天领域研制的“姿控/储能两用磁悬浮飞轮”已获得2007年国家技术发明一等奖。华北电力大学和中国科学院电工研究所、河北省电力局合作, 已经开始就电力系统调峰用飞轮储能系统的课题进行研究， 预计能够取得可喜的成果。从总体上来看，国内飞轮储能技术的发展现状落后国外十年，许多成果尚处于研究阶段，在推广应用上还会有一段路要走。
总结
飞轮储能电源系统具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无限以及无污染等特点,必将得到迅速的发展和广泛的应用。
