飛輪電池行業(yè)分析報(bào)告

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飛輪儲(chǔ)能是指利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要的時(shí)候再用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。其作用原理類似玩具陀螺，當(dāng)人力 對(duì)其施加動(dòng)能后，即便松手，其仍然會(huì)依靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其慣性會(huì)逐漸減弱，直至停止。故其物理特性適用于短時(shí)間的電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障。受材料工藝制約，國(guó)產(chǎn)化飛輪量產(chǎn)最大功率200KW級(jí)，各項(xiàng)水平較國(guó)際水平尚有差距。

“飛輪”這一儲(chǔ)能元件，已被人們利用了數(shù)千年，從古老的紡車，到工業(yè)革命時(shí)的蒸汽機(jī)，以往主要是利用它的慣性來(lái)均衡轉(zhuǎn)速和闖過(guò)“死點(diǎn)”，由于它們的工作周期都很短，每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間不足一秒鐘，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，飛輪的能耗是可以忽略的?，F(xiàn)在想利用飛輪來(lái)均衡周期長(zhǎng)達(dá)12～24小時(shí)的能量，飛輪本身的能耗就變得非常突出了。能耗主要來(lái)自軸承摩擦和空氣阻力。人們?cè)ㄟ^(guò)改變軸承結(jié)構(gòu)，如變滑動(dòng)軸承為滾動(dòng)軸承、液體動(dòng)壓軸承、氣體動(dòng)壓軸承等來(lái)減小軸承摩擦力，通過(guò)抽真空的辦法來(lái)減小空氣阻力，軸承摩擦系數(shù)已小到10-3。即使如此微小，飛輪所儲(chǔ)的能量在一天之內(nèi)仍有25%被損失，仍不能滿足高效儲(chǔ)能的要求。再一個(gè)問(wèn)題是常規(guī)的飛輪是由鋼（或鑄鐵）制成的，儲(chǔ)能有限。例如，欲使一個(gè)發(fā)電力為100萬(wàn)千瓦的電廠均衡發(fā)電，儲(chǔ)能輪需用鋼材150萬(wàn)噸！另外要完成電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，還需要一套復(fù)雜的電力電子裝置，因而飛輪儲(chǔ)能方法一直未能得到廣泛的應(yīng)用。

近年來(lái)，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)取得突破性進(jìn)展是基于下述三項(xiàng)技術(shù)的飛速發(fā)展：一是高能永磁及高溫超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)；二是高強(qiáng)纖維復(fù)合材料的問(wèn)世；三是電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展。為進(jìn)一步減少軸承損耗，人們?cè)鴫?mèng)想去掉軸承，用磁鐵將轉(zhuǎn)子懸浮起來(lái)，但試驗(yàn)結(jié)果是一次次失敗。后來(lái)被一位英國(guó)學(xué)者從理論上闡明物體不可能被永磁全懸?。‥arnshaw定理）。出乎意料的是物體全懸浮之夢(mèng)卻在超導(dǎo)技術(shù)中得以實(shí)現(xiàn)。

超導(dǎo)磁懸浮原理是這樣的：當(dāng)我們將一塊永磁體的一個(gè)極對(duì)準(zhǔn)超導(dǎo)體，并接近超導(dǎo)體時(shí)，超導(dǎo)體上便產(chǎn)生了感應(yīng)電流。該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)剛好與永磁的磁場(chǎng)相反，于是二者便產(chǎn)生了斥力。由于超導(dǎo)體的電阻為零，感生電流強(qiáng)度將維持不變。若永磁體沿垂直方向接近超導(dǎo)體，永磁體將懸空停在自身重量等于斥力的位置上，而且對(duì)上下左右的干擾都產(chǎn)生抗力，干擾力消除后仍能回到原來(lái)位置，從而形成穩(wěn)定的磁懸浮。若將下面的超導(dǎo)體換成永磁體，則兩永磁體之間在水平方向也產(chǎn)生斥力，故永磁懸浮是不穩(wěn)定的。

利用超導(dǎo)這一特性，我們可以把具有一定質(zhì)量的飛輪放在永磁體上邊，飛輪兼作電機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)給電機(jī)充電時(shí)，飛輪增速儲(chǔ)能，變電能為機(jī)械能；飛輪降速時(shí)放能，變機(jī)械能為電能。圖中超導(dǎo)體是由鋇釔銅合金制成，并用液氮冷卻至77K，飛輪腔抽至10-8托的真空度（托為真空度單位，1Torr（托）=133.332Pa），這種飛輪能耗極小，每天僅耗掉儲(chǔ)能的2%。