現(xiàn)介紹美國(guó)、西歐和日本的主要研發(fā)飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的廠商。
?、倜绹?guó)宇航局(NASA)Glenn研究中心及其合作單位
N A S A 飛輪主要應(yīng)用于航空航天, 以及軍用裝甲車(chē)輛上, 用途主要是: 能量?jī)?chǔ)存、動(dòng)力和姿態(tài)控制以及峰值功率調(diào)節(jié)等。設(shè)計(jì)儲(chǔ)能量: 3 6 0～8 4 0 kWh ;儲(chǔ)能密度: 4 4Wh / k g ;轉(zhuǎn)速:60000rpm;線(xiàn)速度:不小于880m/s。目標(biāo)建立和測(cè)試大型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng),目標(biāo):儲(chǔ)能密度大于100Wh/kg;線(xiàn)速度不小于1260m/s。工作高低轉(zhuǎn)速比:3:1;放電深度:90%;運(yùn)行轉(zhuǎn)速內(nèi)無(wú)臨界模態(tài),后期研究控制模態(tài)可能性。
②Bescon Power公司
Bescon Power公司生產(chǎn)的飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品用以滿(mǎn)足迅速增長(zhǎng)的可靠的分布式電源需求。建立為通訊應(yīng)用提供后備電源的商業(yè)基礎(chǔ),估計(jì)每年擁有10000套飛輪系統(tǒng)需求。為電信/電纜設(shè)備提供備用電力供應(yīng)的20C1000飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)為主。
飛輪采用高強(qiáng)度復(fù)合材料輪緣,高速、長(zhǎng)壽命、無(wú)需維護(hù)、低損耗永磁偏置主動(dòng)/被動(dòng)磁軸承,直流永磁無(wú)刷高效率、低損耗電動(dòng)/發(fā)電機(jī),正弦波脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓、電流一體化控制的雙向換流器,真空密封,埋入地下,運(yùn)行狀況可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視。
指標(biāo):工作轉(zhuǎn)速:30000～100000rpm,最高線(xiàn)速度:700m/s,放電深度:90%,電機(jī)效率:96%,輸出可用儲(chǔ)量2000Wh;輸出電壓為直流3 6 V、4 8 V 或9 6 V , 額定輸出功率1 k W ; 輸入電壓120/240VDC,50/60Hz,最大輸入功率1.05kW;轉(zhuǎn)子重量:68kg,飛輪模塊重量:383kg,電子模塊重量9 0 k g ;設(shè)計(jì)壽命: 2 0年,平均故障間隔時(shí)間:10萬(wàn)小時(shí)。
Bescon Power公司雖在去年破產(chǎn),但使其在飛輪儲(chǔ)能技術(shù)方面的領(lǐng)先對(duì)于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用還是具有重大意義的。
?、跘ctive Power 公司
公司主要生產(chǎn)不間斷電源(UPS)的飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng),以取代傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池,解決當(dāng)今對(duì)于電力品質(zhì)的高要求。公司產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象主要是廣大工業(yè)用戶(hù),比如:先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心、工業(yè)設(shè)備和廣播站等。目前,公司擁有29項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利,主要產(chǎn)品有Cat UPS系列和Cleansource DC 系列。Active Power的飛輪材料為4340鍛鐵,其飛輪轉(zhuǎn)子與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、磁軸承整合在一起。用磁鐵卸去80%的重量以延長(zhǎng)飛輪軸承的壽命和減小損耗。飛輪的工作轉(zhuǎn)速在7000～7700rpm。工作維持時(shí)間為幾十秒到幾分鐘。目前公司飛輪已經(jīng)產(chǎn)品化出售,并在北京設(shè)有辦事處。
由Active Power公司所研發(fā)的、一款集成飛輪UPS的模塊化電源系統(tǒng)“PowerHouse”已在中國(guó)推廣。作為箱式數(shù)據(jù)中心中不可缺少的部分——電源系統(tǒng),PowerHouse擯棄傳統(tǒng)蓄電池UPS而采用飛輪UPS作為整個(gè)系統(tǒng)的核心。專(zhuān)家認(rèn)為飛輪儲(chǔ)能不間斷供電系統(tǒng)將把箱式數(shù)據(jù)中心帶入全新境界。
PowerHouse以飛輪UPS為核心部件，并將柴油機(jī)組、ATS切換柜、開(kāi)關(guān)配電柜及制況設(shè)備等部件集成在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，形成可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)?；贏ctive Power公司的高效及靈活性結(jié)構(gòu)，PowerHouse系統(tǒng)可被快速裝配及應(yīng)用。它的功率范圍從200kW到800kW不等，是完全可以擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，可隨用戶(hù)需求擴(kuò)容備用電源。
傳統(tǒng)備用電源需單個(gè)部件現(xiàn)場(chǎng)組裝, 而PowerHouse系統(tǒng)則是在工廠組裝完成、可現(xiàn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)的電源解決方案。其設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、測(cè)試、建設(shè)和驗(yàn)證都在工廠完成,而不是現(xiàn)場(chǎng)完成的,所以確保了集成飛輪UPS、開(kāi)關(guān)柜、備用發(fā)電機(jī)和冷卻設(shè)備之間的相互操作性,也為系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝、部署節(jié)省了寶貴時(shí)間。
傳統(tǒng)U P S 中的蓄電池有效工作溫度為20～25℃,并且溫度每升高或降低10℃,其性能都會(huì)下降一半甚至更多。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)25℃之后,溫度每升高1℃,蓄電池壽命將縮短一年。飛輪UPS對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng),可以在0℃到40℃之間正常運(yùn)轉(zhuǎn),它不會(huì)因外界因素而發(fā)生退化現(xiàn)象,這就為箱式數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。另外,因?yàn)橛?50多個(gè)遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)飛輪的運(yùn)行情況進(jìn)行遙測(cè),并可提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)性能圖片,所以這樣的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)具有可預(yù)知性。也就是說(shuō)PowerHouse系統(tǒng)的安全性精確可控。
PowerHouse系統(tǒng)效率很高,但占用空間卻很小,用戶(hù)可在現(xiàn)場(chǎng)限制條件下,迅速部署具有安全防護(hù)特點(diǎn)的PowerHouse系統(tǒng)。用戶(hù)可以將其放置在諸如房頂、閑置的裝卸間、院落甚至停車(chē)廠之類(lèi)的場(chǎng)所。
PowerHouse系統(tǒng),具有部署快,基建要求低,占地空間小,模塊化可方便升級(jí)、擴(kuò)容,結(jié)構(gòu)緊湊、方便移動(dòng)等特點(diǎn);越來(lái)越成為現(xiàn)今供電系統(tǒng)的新寵。
④VYCON公司
飛輪儲(chǔ)能設(shè)備制造商VYCON日前喜獲美國(guó)成長(zhǎng)最快500家私營(yíng)企業(yè)殊榮。排名第436位。這是該公司第二次入選該榜單。入選原因是由于該公司三年之內(nèi)獲得了797%的高速銷(xiāo)售增長(zhǎng)率,實(shí)現(xiàn)收益660萬(wàn)美元。同時(shí),總部位于加利福尼亞州的約巴林達(dá)的VYCON公司也是加州能源行業(yè)中獲得本排名最高的入選企業(yè)。
VYCON公司更是將飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)納入港口起重機(jī)制造的先驅(qū),需要提及的是VYCON公司繼續(xù)加大與伊頓電氣集團(tuán)的合作,以促進(jìn)其VDC和VDC-XE飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的市場(chǎng)銷(xiāo)售。
VYCON公司總裁FrankDeLattre表示:我們與伊頓的合作是十分成功的,我們將繼續(xù)加強(qiáng)雙方的合作關(guān)系,為伊頓的客戶(hù)提供安全高效的清潔能源儲(chǔ)備裝置。
伊頓產(chǎn)品經(jīng)理PedroRobredo表示:“我們十分高興繼續(xù)與VYCON加深合作,VYCON的高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種替代蓄電池的儲(chǔ)能系統(tǒng),各方面性能都非常好,這為我們的客戶(hù)提供了很好的解決方案。
⑤德國(guó)Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司
德國(guó)Forschungszentrum karlsruhe Gmbh公司1997年著手設(shè)計(jì)5MWh/100MW超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能電站的概念設(shè)計(jì)。電站由10個(gè)飛輪模塊組成,每個(gè)模塊儲(chǔ)能0.5MWh,功率10MW,重30t,直徑3.5m、高6.5m,用同步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)進(jìn)行電能輸入輸出。每個(gè)模塊包括一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)子模塊、4個(gè)碳纖維復(fù)合材料制成的轉(zhuǎn)子模塊和6個(gè)SMB子模塊。每個(gè)飛輪轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能125kWh,重3t,能量密度42Wh/kg,運(yùn)行轉(zhuǎn)速2250～4500rpm,最大外緣線(xiàn)速度600m/s,最大拉應(yīng)力810Mpa。SMB由YBCO塊材料和稀土鐵棚型高強(qiáng)度永磁材料構(gòu)成,耗用10t的YBCO塊材和5t的永磁材料。系統(tǒng)效率96%。
?、奕毡竞献餮邪l(fā)高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)日本已投資3500萬(wàn)美元進(jìn)行高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承飛輪儲(chǔ)能研究,由三菱、日立、精工等公司和多個(gè)研究所、高校組成3個(gè)研究組合作承擔(dān)。已研制出3種試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī),并進(jìn)行了儲(chǔ)能8MWh容量1000kW的飛輪儲(chǔ)能機(jī)組的概念設(shè)計(jì)。日本原子能研究所一座大型核融合實(shí)驗(yàn)爐采用了飛輪儲(chǔ)能發(fā)電裝置,其主要參數(shù)為:功率235MVA、電壓18kV、電流6898A、飛輪轉(zhuǎn)速420～600rpm、可釋放能量20MJ,轉(zhuǎn)子為碳素鋼鍛造的實(shí)心圓盤(pán),重1000t。
(2)我國(guó)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀落后國(guó)外十年
目前國(guó)內(nèi)從事與飛輪研究相關(guān)的單位有:清華大學(xué)工程物理系飛輪儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室、華北電力大學(xué)、北京飛輪儲(chǔ)能柔性研究所(由中國(guó)科學(xué)院電工研究所、天津核工業(yè)理化工程研究院等組成)、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國(guó)科大、中科院力學(xué)所、東南大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等,主要集中在小容量系列。其中,北航針對(duì)航天領(lǐng)域研制的“姿控/儲(chǔ)能兩用磁懸浮飛輪”已獲得2007年國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。華北電力大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院電工研究所、河北省電力局合作, 已經(jīng)開(kāi)始就電力系統(tǒng)調(diào)峰用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的課題進(jìn)行研究， 預(yù)計(jì)能夠取得可喜的成果。從總體上來(lái)看，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀落后國(guó)外十年，許多成果尚處于研究階段，在推廣應(yīng)用上還會(huì)有一段路要走。
總結(jié)
飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)具有效率高、建設(shè)周期短、壽命長(zhǎng)、高儲(chǔ)能、充放電快捷、充放電次數(shù)無(wú)限以及無(wú)污染等特點(diǎn),必將得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。
