机械储能—飞轮储能ppt课件

飞轮储能在汽车上的应用SZ1302049徐亮1张邦力，飞轮储能装置在机车车辆上的应用研究[D]，西南交通大学，2011文少波，蒋书运，飞轮储能系统在汽车中的应用研究[J]，机械设计与制造，2010,12（12），82—84Chenjunling,JiangXinjian,ZhuDongqi.etc,ANovelUninterruptiblePowerSupplyusingFlywheelEnergyStorageUnit.ElectronicsandMotionControlConference,2004.IPEMC2004.The4thInternationalVolume3:1180—1184StuderPA，RodriguezE.Highspeedreactionwheelsforsatelliteattitudeandenergystorage.20thIntersocietyEnergyConversionEngineeringConference（IECEC)[C].InternationalSocietyofAutomotiveEngineers，1985:2349—2352汤双清，廖道训，吴正佳，电动汽车的核心技术及发展展望[J]，机械科学与技术，2003（3）:189—192DirkLenhard等(德)，618/619型内燃动车组的电气装置[J]，国外内燃机车2002年第3期Yong,英利暗渡飞轮储能，21世纪经济报道（中国储能网）蒋书运，卫海岗.飞轮储能技术研究的发展现状[J]，太阳能学报，2000，21（4）:427—4332随着社会经济的发展,世界能源日趋紧张，节能环保已经引起各个国家高度重视。能源的回收再利用是节能环保的主要手段。传统的电能储存一般采用蓄电池，直到最近几十年,随着新型材料技术和电力电子技术的发展,飞轮储能技术实现了重大突破。由于其具有储能大、比功率高、寿命长、无二次污染等优点,目前已经在航空航天、不间断供电电源、电动汽车等诸多领域广泛应用。345市区行驶的公共汽车、地铁车辆和轻轨车辆等，它们需要频繁起动和制动，有着很大潜力的车辆制动能量至今还没有被很好地开发与利用。因此有必要开展储能装置在机车车辆上的应用研究，为车辆节能技术的多样化探索一条新路。而飞轮储能结构简单，能源转化效率高，是车辆节能和发展电动汽车的理想选择。67飞轮储能的工作原理即在电力富裕条件下，由电能驱动飞轮到高速旋转,电能转变为机械能储存；当系统需要时，飞轮减速,电动机作发电机运行,将飞轮动能转换成电能,供用户使用。飞轮储能通过转子的加速和减速，实现电能的存入和释放。8早在一百多年前就有人提出采用飞轮储能的思想，由于当时飞轮材料(通常为钢材或其他金属)以及轴承技术的制约,飞轮只能处于相对较低的速度,致使系统难以实现高效、大容量、长时间的储能，这样飞轮储能技术在很长时间内都没有突破。直到20世纪60一70年代，美国宇航局研究中心成功的地将飞轮作为蓄能电池应用到卫星上，标志着飞轮储能电池可以取代化学电池。980年代初，瑞士Oerlikon（欧瑞康）工程公司研制了第一辆完全由飞轮供能的公共汽车。飞轮直径1.63m，重1.5t，在氢气环境里以3000rpm运行以降低风损。该车可载乘客70名，行程大约0.8km，在每一停靠站停车时，飞轮需要充电2min。101992年美国飞轮系统公司（AFS）开发了一种用于汽车上的机-电电池（EMB），每个“电池”长18厘米，直径23厘米，质量为23千克。电池的核心是一个以20万转／分旋转的碳纤飞轮，每个电池储能为1千瓦小时，它们将12个“电池”放在IMPACT轿车上，能使该车以100千米／小时的速度行驶480千米。机-电电池共重273千克，若采用铅酸电池，则共重396千克。机-电电池所储的能量为铅酸电池的2.5倍，使用寿命是铅酸电池的8倍，且它的“比功率”（即爆发力）极高，是铅酸电池的25倍，是汽油发动机的10倍，它可将该车在8秒钟内由静止加速至100千米／小时。11Impact轿车12美国罗森汽车公司（Rosenmotor）1993年开始研究混合动力汽车，采用功率仅为30KW的涡轮发动机和飞轮储能系统共同驱动汽车。飞轮可以储存1kWh的能量，并于1997年进行了道路试验，将该系统装在土星汽车上后，汽车从静止加速到100km/h只须6秒，即使长期搁置不用，飞轮也可以在涡轮发动机的带动下，2分钟内恢复其工作转速。131994年，美国阿贡（ANL）国家实验室用碳纤维试制一个储能飞轮：直径38厘米，质量为11千克，采用超导磁悬浮，飞轮线速度达1000米／秒。它储的能量可将10个100瓦灯泡点燃2～5小时。该实验室目前正在开发储能为50千瓦小时的储能轮，最终目标是使其储能达5000千瓦小时的储能飞轮。一个发电功率为100万千瓦的电厂，约需这样的储能轮200个。14英国FlybirdSystems主要致力于将飞轮应用于辅助汽车驱动系统，采用碳纤维复合材料飞轮，该系统重24kg，功率60kW，净储能量达400kJ，飞轮工作转速35000rpm（极限转速超过60000rpm），系统能将刹车制动时70%的能量加以回收利用。15162000年柏林交通技术创新展览会上,首次展出一款新一代动车组样车一618/619型内燃动车,该车属于轻型地区特快列车(LIREX)的电传动内燃动车组家族“在内燃动车上第一次应用了制动能量储存系统(功率P=300kw，转速=25000rpm;容量W=6kwh)，回收制动能量并进行储存,需要能量时再输出。其主要由电动/发电机组，碳纤维飞轮，制动电阻及与中间直流环节相连的功率电子装置等部件组成。17日木在飞轮储能方面也取得了重大进展，己研制出使用飞轮电池来回收制动时车辆动能的电动汽车，飞轮最高转速为36000rpm，试验过程中动能——电能转化率达到85%。由研究所、高校和日立、三菱、精工等公司组成的研究组对采用高温超导磁轴承的飞轮储能系统进行研究，已研制出3种试验模型机，并进行了容量为8MWh、功率为1000kw的飞轮储能机组的概念设计。18加拿大FlywheelenergysystemsInc公司的复合材料飞轮设计制造技术成熟，己经有系列成品出售如：45系列、39系列、25系列等，其中45系列4号飞轮转速达到45000rpm，线速度996m/s，储能密度97Wh/kg。国外已商品化的150Wh的飞轮电池192021大型汽车消耗的能源较多，浪费的能量相对集中，易收集，利用机械式飞轮储能系统储存制动能量效果比较明显，其原理是：将飞轮通过传动机构与汽车后桥相连接，中间接有离合器控制其断连，离合器由电脑自动控制。当汽车处于制动阶段，离合器在控制器的作用下闭合，汽车车轴带动飞轮转动，汽车动能转换成飞轮动能，当飞轮储能达到峰值或车速过低，离合断开，飞轮储能完毕。反之，飞轮释放能量，为汽车提供起步加速扭矩，降低汽车起步油耗。22作为高级轿车的雷克萨斯混合动力车型“HS250h”，其燃油经济性非常的出色，能够达到每升汽油行驶23KM，而一般中等排量汽油发动机汽车每升汽油行驶约12公里；大排量汽车约5公里。2324早在上世纪80年代初期，中国科学院电工研究所就开始了飞轮储能系统的探索，但之后国内没有开展实质性的研究工作。直到上世纪90年代中期，在国外技术进步的影响下，国内的飞轮储能技术研发才逐步兴起。25清华大学在1997年首次实现0.3千瓦时飞轮储能样机的充放电实验。采用复合材料的第一代飞轮储能系统，飞轮重8kg，直径23cm，成功运转到48000rpm，实现了充放电功能。1999年研制出第二代飞轮，重15kg，直径30cm，于2001年成功运转到70000rpm，储能500Wh。26北京航空航天大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所等机构还开展了飞轮储能电源的航天应用研究。其中北航房建成教授带领的团队所完成的“卫星新型姿控储能两用飞轮技术”项目，获得了2007年度国家技术发明一等奖。27根据英利首席执行官苗连生透露的情况，当前英利的飞轮储能电机中飞轮转速达6万转，将来会达到14万转，目前已经取得了成果，年底就可以推出第一批样机。第一批飞轮储能样机功率将在20千瓦至60千瓦之间该公司选择了日本的小储能研发路线，所做的飞轮储能设备科技含量，苗连生表示，已经接近欧美，而且国产化率达到了80%，所有生产设备没有采用购买进口设备，全是定制性的设备。2829第十五届北京科技博览会上英利集团展出的自主研发的1kwh磁悬浮储能飞轮；3031飞轮电池兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点，主要表现在如下几个方面：(1)能量密度高：储能密度可达100～200wh／kg，功率密度可达5000～10000w／kg。(2)能量转换效率高：工作效率高达百分之90。(3)体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右。(4)工作温度范围宽，对环境温度没有严格要求。(5)使用寿命长：不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上。(6)低损耗、低维护：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长。32济南文化艺术中心，第十届中国艺术节配备了两台飞轮储能发电车，合计容量达到了1750千伏安，确保不间断供电33作为一种新兴的储能方式，飞轮电池所拥有传统化学电池无法比拟的优点已被人们广泛认同，它非常符合未来储能技术的发展方向。目前，飞轮电池除了上面介绍的应用领域以外，也正在向小型化、低廉化的方向发展。现在，最可能出现的是手机电池。可以预见，伴随着技术和材料学的进步，飞轮电池将在未来的各行各业中发挥重要的作用。34美国国防部预测未来的战斗车辆在通信、武器和防护系统等方面都广泛需要电能，飞轮电池由于其快速的充放电，独立而稳定的能量输出，重量轻，能使车辆工作处于最优状态，减少车辆的噪声（战斗中非常重要），提高车辆的加速性能等优点，已成为美国军方首要考虑的储能装置。3536