飛輪儲(chǔ)能為什么不大力發(fā)展_飛輪儲(chǔ)能研究的現(xiàn)狀及前景

　　飛輪儲(chǔ)能技術(shù)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方法已經(jīng)基本明確，目前主要正處于廣泛的實(shí)驗(yàn)階段，小型樣機(jī)已經(jīng)研制成功并有應(yīng)用于實(shí)際的例子，目前正向發(fā)展大型機(jī)的趨勢(shì)發(fā)展，但是卻有非常多的難點(diǎn)，主要集中在以下幾個(gè)方面。

　?。?）轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，輪轂一轉(zhuǎn)緣邊界連接，強(qiáng)度的優(yōu)化，蠕變壽命；

　　（2）磁軸承：低功耗，動(dòng)力設(shè)計(jì)，高轉(zhuǎn)速，長(zhǎng)壽命；

　　（3）功率電子電路：高效率，高可靠性，低功耗電動(dòng)/發(fā)電機(jī)；

　　（4）安全及保護(hù)特性：不可預(yù)期動(dòng)量傳遞，防止轉(zhuǎn)子爆炸可能性，安全輕型保護(hù)殼設(shè)計(jì)；

　?。?）機(jī)械備份軸承：磁軸承失效時(shí)支撐轉(zhuǎn)子。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)突出，應(yīng)用廣泛，隨著技術(shù)的成熟和價(jià)格的降低，將會(huì)是儲(chǔ)能領(lǐng)域的一項(xiàng)新的革命。我國(guó)在飛輪技術(shù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家差距很大，國(guó)家應(yīng)對(duì)這一技術(shù)加以重視，加大資金和技術(shù)的投入，使這項(xiàng)技術(shù)早日走向市場(chǎng)化、商品化。

　　飛輪電池是90年代提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，由于是電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化，不會(huì)造成污染。 飛輪儲(chǔ)能電池最初只是想將其應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，并沒(méi)有得到發(fā)展。直到上世紀(jì)90年代由于電路拓?fù)渌枷氲陌l(fā)展，碳纖維材料的廣泛應(yīng)用，以及全世界范圍對(duì)污染的重視，這種新型電池又得到了高速發(fā)展，并且伴隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展，這種電池顯示出更加廣闊的應(yīng)用前景，現(xiàn)正迅速地從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)。

　　縱觀歐美國(guó)家的現(xiàn)狀，在汽車行業(yè)中，美國(guó)飛輪系統(tǒng)公司（AFS）就生產(chǎn)出了以克萊斯勒LHS轎車為原形的飛輪電池轎車AFS20;在火車方面，德國(guó)西門子公司已研制出長(zhǎng)1.5m，寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率，同時(shí)，可儲(chǔ)存30%的剎車能;在軍用設(shè)備上，美國(guó)已經(jīng)開始嘗試使用飛輪裝置，尤其是大型混能牽引機(jī)車上，美國(guó)國(guó)防部預(yù)測(cè)未來(lái)的戰(zhàn)斗車輛在通信、武器和防護(hù)系統(tǒng)等方面都廣泛需要電能，飛輪電池由于其快速的充放電，獨(dú)立而穩(wěn)定的能量輸出，重量輕，能使車輛工作處于最優(yōu)狀態(tài)，減少車輛的噪聲（戰(zhàn)斗中非常重要），提高車輛的加速性能等優(yōu)點(diǎn)，已成為美國(guó)軍方首要考慮的儲(chǔ)能裝置;在太空方面，由于飛輪儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能密度很大，并且隨著材料學(xué)和磁懸浮軸承技術(shù)的不斷發(fā)展，在衛(wèi)星上使用的飛輪儲(chǔ)能裝置甚至小到可以裝進(jìn)衛(wèi)星壁中，而且飛輪儲(chǔ)能裝置運(yùn)行的時(shí)候損耗很小，基本上不用維護(hù)，這就使得飛輪技術(shù)不斷應(yīng)用于衛(wèi)星裝置和太空空間站的太陽(yáng)能儲(chǔ)能電池中作為它們的能量供應(yīng)中心來(lái)使用，同時(shí)飛輪還可以用于衛(wèi)星的姿態(tài)控制中。根據(jù)市場(chǎng)研究公司Research and Markets最新發(fā)布的報(bào)告，從2010年到2014年，全球飛輪儲(chǔ)能市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到12%。不過(guò)，國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能市場(chǎng)開始發(fā)力也只有3、4年時(shí)間。美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用比較多。歐洲的法國(guó)國(guó)家科研中心、德國(guó)的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究。飛輪儲(chǔ)能的研究主要著力于研發(fā)提高能量密度的復(fù)合材料技術(shù)和超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)。其中超導(dǎo)磁懸浮是降低損耗的主要方法，而復(fù)合材料能夠提高儲(chǔ)能密度，降低系統(tǒng)體積和重量。2014年9月16日國(guó)內(nèi)第一臺(tái)飛輪200千瓦工業(yè)化磁飛輪調(diào)試成功，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)均達(dá)良好，飛輪運(yùn)行正常，性能安全可靠。專家評(píng)價(jià)，這項(xiàng)具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)科技和市場(chǎng)的空白。

　　目前已有機(jī)構(gòu)在積極開發(fā)混合電動(dòng)車（HEV）用的飛輪電池系統(tǒng)。其主要作用：A）穩(wěn)定主動(dòng)力源的功率輸出。在混合動(dòng)力汽車起步、爬坡和加速時(shí)，飛輪電池能夠快速、大能量的放電，為主動(dòng)力源提供輔助動(dòng)力，并減少主動(dòng)力源的動(dòng)力輸出損耗。B）提高能量回收的效率。在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車下坡、滑行和制動(dòng)時(shí)，飛輪電池能夠快速、大量的存儲(chǔ)動(dòng)能，充電速度不受“活性物質(zhì)”化學(xué)反應(yīng)速度的影響，可提高再生制動(dòng)時(shí)能量回收的效率。飛輪儲(chǔ)能用于HEV，存在的主要問(wèn)題是如何盡可能減輕飛輪的陀螺效應(yīng)以及提高飛輪的工作效率。對(duì)應(yīng)同等級(jí)別的汽車，安裝飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)后，可以采用相對(duì)小的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排的目的。最近國(guó)家工業(yè)和信息化部發(fā)布《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》時(shí)，特別將高效儲(chǔ)能器作為解決新能源途徑之一寫入了規(guī)則，作為高效儲(chǔ)能器的代表，飛輪儲(chǔ)能在汽車上應(yīng)用有著巨大潛力。據(jù)稱，飛輪電池比能呈可達(dá)150W h/kg，比功率達(dá)5000-10000W/kg，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年，可供電動(dòng)汽車行駛500萬(wàn)公里。

　　飛輪儲(chǔ)能技術(shù)看似很神秘，其實(shí)與人們生活密切相關(guān)，比如地鐵列車進(jìn)出站時(shí)的能量轉(zhuǎn)換，列車進(jìn)站剎車時(shí)將多余能量輸入飛輪，列車出站提速時(shí)需要能量，飛輪將能量輸出，這個(gè)系統(tǒng)可為地鐵節(jié)省20%左右的能量消耗。飛輪技術(shù)在我國(guó)仍處在研發(fā)階段，而國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家已有幾十年的發(fā)展歷史，在諸多領(lǐng)域獲得應(yīng)用，如F1賽車能量回收、軌道牽引能量回收、微電網(wǎng)調(diào)壓及并網(wǎng)，超低溫余熱回收利用、應(yīng)急UPS電源、高速離心風(fēng)機(jī)等。