飞轮储能关键技术及应用发展趋势

飞轮储能作为一种新型的电能储备技术正受到越来越多的关注,它具有储能密度大、充电快、高效无污染、使用寿命长等优点,应用的范围遍及交通、供电、军工、航空航天等领域。介绍了飞轮储能系统的工作原理及常见的结构;从增加系统储能容量与降低损耗的角度出发分析飞轮储能系统的关键技术,其中对几种常用于飞轮储能的支承技术尤其是磁轴承技术进行了较为详细的阐述;基于该系统在不同领域内的优势,介绍了飞轮储能系统在国内外的应用;最后,根据目前飞轮储能技术的不足和市场的需求提出了其未来发展趋势。     

飞轮储能系统的动力学仿真分析

飞轮储能技术是一种新型的机电能量转换与储存系统,它具有大储能量、高功率、无污染、高效率、适用广、无噪声、长寿命等许多优点,具有广阔的应用前景。采用三维建模软件UG建立飞轮储能系统的三维模型,并且通过大型有限元分析软件ANSYS建立飞轮储能系统的有限元模型,然后对该飞轮储能系统进行模态分析和转子动力学分析,研究并得到飞轮储能系统的固有频率和相应振型、临界转速等动态特性,为飞轮储能系统的设计和结构优化奠定了基础。     

飞轮储能装置储能状态控制研究

对飞轮储能装置性能的特点以及结构和储能原理进行了分析。对飞轮储能装置储能状态过程中如何提高系统所存储能量及能量存储效率作了具体分析。设计了复合控制方案对无刷直流电机进行调速,从而提高飞轮转速,增加系统存储能量。     

飞轮储能的两种支承结构比较分析

飞轮储能具有储能密度高、寿命长、不受充放电次数限制等特点,是目前最有发展前途的储能技术之一。分析了两种支承结构的飞轮系统形式,从理论分析上比较了两种不同的支承方式下飞轮系统的特点。结果表明,采用3自由度磁力轴承支承方式的飞轮系统具有良好的发展前景。     

飞轮储能系统在汽车中的应用研究

随着世界能源危机和环境污染问题的日益严重,人们对汽车节能和减排的要求越来越高,采用储能飞轮进行汽车功率和能量的调节是一种有效的解决办法.近年来高强度的复合材料、低功耗磁轴承、先进的电力电子控制等一系列关键技术的发展,使得飞轮储能系统在汽车上的应用成为可能.详细介绍了飞轮储能系统的结构、原理和特点,总结了飞轮储能技术在汽车上的应用发展现状,指出了车用高速飞轮储能系统的应用存在的关键问题,为进一步研究提供参考.     

风力发电系统中飞轮储能装置的控制分析

遵义市利用山高风大的优势建立了仙人山风电场项目。但风力发电有周期性和季节性,这对风力发电机是个较大的考验。现代技术的进步,催生了一项关键的技术,飞轮储能技术。该项技术将改善风电场发电系统的可靠性和稳定性。本文简要介绍了风电场中的飞轮储能系统相关研究历程,继而详细分析了飞轮储能系统的结构与原理,以及分析了相较于其他储能系统,飞轮储能系统的优势。最后,对飞轮储能系统与风电场协调控制策略进行了研究。     

复合材料飞轮结构有限元分析与旋转强度试验

飞轮储能技术是一种机械能量储存方式。储能密度是衡量飞轮储能系统优劣的重要参数,如何提升储能密度,是飞轮储能技术研究的重要内容之一。本文运用ANSYS有限元分析软件对复合材料飞轮转子进行有限元分析,得到不同转速下结构应力与应变的分布,计算得到飞轮理论极限转速为950 r/s,飞轮外缘线速度836 m/s。对飞轮进行高速旋转强度、破坏试验。在试验中,利用电涡流传感器测量轮毂侧壁形变,飞轮形变测量值和理论预计值基本一致。试验飞轮边缘最高线速度达到796 m/s,储能密度达到48 Wh/kg。     

600Wh飞轮转子形状优化设计

介绍了极限转速为15000r/min,储能量为600wh的空心飞轮转子的优化设计方法,根据飞轮储能系统设计要求利用三维软件SolidWorks对飞轮模型进行建模与有限元软件ansys workbench进行仿真分析与优化,首先进行初步建模,然后通过改变其模型轮辐曲线找到更优的飞轮形状并提取其轮辐曲线的结构参数,再通过多目标遗传算法对飞轮转子进行优化设计及研究,以飞轮质量更轻,极转动惯量更大以及应力应变更小为约束条件,提取其飞轮结构几何尺寸为设计变量进行优化,得出一种更优的飞轮结构形式。结果表明,优化后得到的飞轮转子形状较原模型相比性能更佳。     

飞轮式液压蓄能器的储能特性研究

针对常规液压蓄能器储能密度低,影响工程机械能量回收效率的问题,研究飞轮式液压蓄能器在工程机械液压系统中的应用,目的是提高系统能量回收效率,改善常规液压蓄能器的低储能密度。提出一种基于飞轮式液压蓄能器和四配流窗口轴向柱塞马达的挖掘机动臂泵控系统,利用AMESim软件建立系统仿真模型,通过仿真参数匹配,与挖掘机动臂阀控系统对比分析能耗特性。结果显示,动臂下降过程中飞轮式液压蓄能器能量回收效率为81.7%,储能密度为4.64 W·h/kg,比普通液压蓄能器的储能密度1.7 W·h/kg提高了约2.73倍。     

空心飞轮转子的有限元分析与优化

介绍了飞轮储能系统的结构组成,对飞轮设计中的主要参数进行了分析。应用ANSYS Workbench软件对三种不同形式的空心铝合金飞轮转子模型进行有限元分析,研究网格划分对应力仿真结果的影响,并在15 000 r/min的极限转速下研究三种形式空心飞轮转子的应力、变形分布情况。基于有限元分析结果,对曲线轮辐飞轮进行了优化。     

复合材料飞轮的设计分析

复合材料具有重量轻，强度高等优点，是储能飞轮的理想材料。文中对复合材料飞轮的储能能力及其影响因素进行分析，并对两种结构复合材料飞轮－单层与多层等厚度圆环飞轮的应力分布与结构设计进行定量分析与比较。飞轮的储能能力受飞轮转子结构及其飞轮材料强度的影响，飞轮转子内外半径比应根据实际应用要求确定，选择高强度低密度的材料可提高飞轮的轮缘线速度，从而提高飞轮的储能能力，等厚度圆环飞轮的应力分布主要受飞轮转子内外半径比和材料物理特性的影响，对于内外半径比一定的层圆环复合材料飞轮，飞轮的环向应力远大于其径向应力。与单层圆环飞轮相比，多层圆环飞轮的应力分布更为均匀，合理，飞轮的储能能力更大。     

基于ANSYS的复合材料飞轮系统模态分析

储能飞轮系统在工程中应用广泛,由于飞轮系统转速较高,因此对飞轮系统进行模态分析是非常必要的。利用有限元分析软件ANSYS对复合材料飞轮系统进行模态分析,得到了飞轮的固有频率与模态振型,为飞轮系统的结构设计与优化以及振动特性研究提供了有效的依据。     

储能飞轮转子轴承系统动力学设计与试验研究

飞轮储能系统通过飞轮升速和降速来实现电能储存和释放,研究飞轮转子轴承系统固有频率预计、临界转速设计、动平衡等动力学问题。采用永磁轴承与螺旋槽动压轴承的混合支承方式,建立储能飞轮强度、动力学和充放电特性试验研究装置,进行了动平衡、阻尼支承调整、飞轮储能系统损耗和发电量测试等试验,试验飞轮达到设计转速42.0 kr/min,总储能497 W·h,从42.0 kr/min降速到13.8 kr/min,可用放电能达到290 W·h。     

混合动力汽车用超高强度钢材质飞轮电池转子的优化

分析了目前混合动力汽车常用的储能方式的特点及其存在的问题,指出飞轮电池在混合动力汽车中具有良好的前景。通过对比分析认为在20 000 r/min转速下,超高强度钢飞轮转子相比复合材料飞轮转子有较好的综合性优势。建立了超高强度钢飞轮优化设计的数学模型,利用该模型并借助Matlab计算了飞轮基本参数,进一步基于Abaqus有限元分析软件,优化出储能1 kW.h的飞轮转子的机械结构;优化后的结果满足混合动力汽车应用的要求。     

Flywheel energy storage—I: Basic concepts

The basic concepts of flywheel energy storage systems are described in the first part of a two part paper. General equations for the charging and discharging characteristics of flywheel systems are developed and energy density formulas for flywheel rotors are discussed. It is shown that a suspended pierced disk flywheel is competitive with the super-flywheel designs currently being suggested in the literature.In Part II the details of a magnetically levitated spokeless ring flywheel design are provided.     

新型高效飞轮储能技术及其研究现状

飞轮储能系统具有高比能量，高比功率，高效率，长寿命等优点，被认为是未来理想的储能装置。在对飞轮储能系统的工作原理进行一般性分析的基础上，对飞轮储能的关键技术作了较为详细的分析论述，最后介绍了飞轮储能的研究现状与应用前景。     

车辆高速飞轮储能系统关键技术及其优化设计

在能源高度紧张的今天,车辆储能技术的研究十分重要.从使用高速储能飞轮的车辆混合动力传动系统原理研究出发,先后探讨了高速储能飞轮系统的稳定性、平衡性以及高速储能飞轮的陀螺效应;并重点对高速储能飞轮优化设计问题进行了较为深入的研究,为车辆高速飞轮储能技术的设计与应用进行了富有意义的探索.