飞轮储能系统能量损失研究现状分析.pdf

第5期
机械设计与制造
2013年5月
Machinery Design Manufacture
飞轮储能系统能量损失研究现状分析
杨立平,任正义,韩永杰,印桂生2
(1.哈尔滨工程大学储能技术与应用研究所,黑龙江.哈尔滨150001;
2.哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:飞轮储能系统的性能好坏与其运行过程中的能量损失密切相关,按功能及学科将飞轮储能系统所涉及的能量损
失进行全面的分类,祥细论述国内外学者对各分类子单元所涉及能量损失研究的现状,基于对研究现状的分析,论述影
响风阻损失以及磁轴承、电动发电一体机、电力变换器、真空保持系统、水冷却系统等能量损失的主要因素,为更好地进
行以性能最优为目标的飞轮儲能系统优化设计打下基础。
关键词:飞轮储能;能量损失;储能效率;影响因素
中图分类号:TH16;TH133.7文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)05-0109-04
Research Status Analysis on the Energy Loss of the Flywheel
Energy Storage System
YANG Li-ping, REN Zheng-yi, HAN Yong-jie, YIN Gui-sheng
(1. Institute of Energy Storage Technology and Applications of Harbin Engineering University, Heilongjiang Harin 150001
China: 2. National Science Park of Harbin Engineering University, Heilongjiang Harbin 150001, China
Abstract: Performance of the flywheel energy storage system has closely relation with the storage efficiency. The energy loss of
the /uheel energy storage system is classified according to the function and the related subject of every component. The
research status on the energy loss of each classification unit at home and abroad is discussed in detail. Based on the research
status analysis, main factors affecting wind loss and the energy loss of magnetic bearings, motor/generator, power converter
vacuum keeping system, water cooling system and etc. are studied. The research lays the foundation for the lytheel energy
storage system optimisation design so as to get optimal performance and to improve the storage ejiciency
Key Words: Fly wheel Energy Storage; Energy Loss; Energy Storage Efficiency; Influencing Factors
1引言
2飞轮储能系统能量损失结构分类
飞轮储能是近些年发展起来的一种储能技术,具有能量转
典型的飞轮储能系统,如图1所示。飞轮储能系统由电机带
换效率高、寿命长、绿色环保、储能密度大、快速响应、充放电循环动飞轮旋转充电,释能状态下发电机将飞轮动能转化为电能。
成本低等诸多优点。目前应用的飞轮储能系统涉及复合材料技
磁轴承
术磁悬浮技术、高效电机技术、转子动力学技术等多项前沿技
真空保持系统
术。高性能的飞轮储能系统设计存在较大的技术难度,是储能技
冷却系统
飞轮
术研究的热点。
电
电力
飞轮储能系统性能的评价与储能效率直接相关,这就意味
变换器
着系统运行的全过程都希望可利用的能量最大,即能量损失最
小。而飞轮储能系统是复杂的综合系统,轴承摩擦、空气摩擦、电
壳体真空室电动发电机
器发热、冷却泵做功等都会影响系统能量利用效率,这些能量损
图1典型飞轮储能系统
失理论涉及多个学科,其研究程度也有所不同。为推进飞轮储能
Fig. I Typical Flywheel Energy Storage System
系统最优化设计研究,提高能源利用率,就当前飞轮储能系统所
但要保证飞轮系统稳定正常运行,还需要使各主要部件长
涉及能量损失研究现状进行综合分析与归纳,将飞轮储能系统能时间工作于低真空环境,并需通过冷却循环装置降低温度,以防
量损失按功能及学科分解为多个子单元,综述各子单元能量损失因高温导致的材料退磁,破坏等问题的出现,因此,对飞轮储能系
研究现状,并分析影响能量损失的主要因素,为设计出性能更稳统能量损失情况的分析,除了要考虑电机,轴承支撑,电力变换器
定,充放电效率更高的飞轮储能系统提供理论依据。
等主要组成部分的能量损失外,还要考虑包括真空保持和冷却循
来稿日期:2012-07-14
基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(QC200902)哈尔滨工程大学中央高校基本科研业务费专项资金项目( HEUCH21704)
作者简介:杨立平,(1974-),女,黑龙江哈尔滨人,讲师,博土,主要研究方向:飞轮储能系统优化设计、状态监控研究