复合材料飞轮转子的发展概述

本文从飞轮储能系统的特点、复合材料飞轮转子的特性、典型飞轮转子的设计模型、价格及飞轮储能在我国的研究进展等五个方面对ＦＲＰ飞轮转子作了简要介绍。     

飞轮储能在风电系统中的应用及仿真分析

在飞轮储能系统基本结构和工作原理的基础上,对其在独立运行和并网型风力发电系统中的应用进行了阐述,并以Matlab为平台搭建了飞轮储能系统的仿真模型。由于充电模型和放电模型仅转子运动方程部分不同,所以仅建立了充电模型,其中包括电机模块、位置检测模块、系统控制器模块和输出电压模块。最后,基于所建立的仿真模型,对充、放电完整过程进行了仿真,并分析了改变转动惯量、摩擦系数和磁极对数对系统转速性能所造成的影响。由于仿真结果和理论分析一致,证实了所建立的飞轮储能系统的正确性。     

复合材料储能飞轮转子有限元分析

复合材料运用在飞轮体的制备上,极大地增强了储能飞轮的机械性能,并增加了单位质量中的动能储存效率.利用有限元分析理论结合各向异性弹性体基本理论建立复合材料储能飞轮力学模型,借助ANSYS有限元分析软件,对已知材料性能参数和转子主要形状尺寸的储能飞轮转子进行应力和位移分析,求出了在一定转速条件下转子的径向应力、环向应力和径向位移,对其分布规律进行探讨,为飞轮结构优化提供理论依据.     

多环混合复合材料飞轮应力分析与结构设计

基于线弹性理论,考虑纤维缠绕复合材料各向异性,建立了多环混合复合材料飞轮过盈配合的平面应力分析理论模型,并通过有限元验证了模型的正确性。利用建立的复合材料飞轮转子力学分析模型,研究了各复合材料环模量比值、环数、环厚度以及环间过盈量分布对静止和高速旋转飞轮转子应力分布的影响。结果表明,多环混合复合材料转子中,各因素相互影响,共同作用,当各环复合材料模量比、厚度从内到外依次增加,同时优先保证轮毂与内环环间的大过盈量时,可以有效改善在高速旋转载荷下转子应力的分布,提高复合材料层间强度,避免层间脱开。在此基础上,设计了一种玻璃纤维、T700、T800组成的三环过盈装配的高储能密度超导磁悬浮储能复合材料飞轮,并用三维有限元模型进行了验证。     

基于三种不同轮毂材料的储能飞轮转子有限元分析

选用铝合金、钛合金和40Cr三种合金材料,分别分析每种材料在不同旋转角速度条件下的轮毂、轮缘的应力变化规律,利用有限元分析理论结合各向异性弹性体基本理论建立复合材料储能飞轮力学模型,借助ANSYS有限元分析软件,确定易于发生疲劳失效的部位;辅以相同转速条件下,飞轮转子径向和环向应力分析结果,得出铝合金在减小飞轮整体应力水平、优化储能密度方面均优于其他两种合金的结论,完善了选用轮毂材料的基本原则。     

FINTTE ELEMENT ANALYSIS OF ENERGY STORAGE FLYWHEEL ROTOR BASED ON THREE DIFFERENT HUB MATERIALS

选用铝合金、钛合金和40Cr三种合金材料,分别分析每种材料在不同旋转角速度条件下的轮毂、轮缘的应力变化规律,利用有限元分析理论结合各向异性弹性体基本理论建立复合材料储能飞轮力学模型,借助ANSYS有限元分析软件,确定易于发生疲劳失效的部位;辅以相同转速条件下,飞轮转子径向和环向应力分析结果,得出铝合金在减小飞轮整体应力水平、优化储能密度方面均优于其他两种合金的结论,完善了选用轮毂材料的基本原则.     

压气储能系统中储气装置的性能分析与改进

压缩空气储能系统是一种大规模的能量存储技术,在可再生能源利用以及调峰领域发挥重要作用。储气室作为系统中主要的储能设备,其特性对系统运行有重要影响。为了研究储气室热力特性对AA-CAES系统性能的影响,设计能够提高系统性能的新型储气装置,建立实际、绝热、恒温3种储气室模型,并结合其他部件模型,对系统进行联合求解。分析求解结果发现,储气室绝热模型具有最高的储能效率,可以达到68.97%,恒温模型的储能密度最高,为2.4706 kW·h/m³,实际模型的储能效率和储能密度都较低;恒温模型下系统的性能受到环境温度的影响,提高环境温度可以使储能效率上升,但会导致储能密度下降;改进的储气装置能够结合绝热模型与恒温模型的优点,使系统性能获得改善。     

飞轮储能对永磁直驱风电机组并网有功功率的平滑控制策略研究

针对风速随机性引起的机组并网有功功率波动问题,提出在采用最大风能捕获策略的永磁直驱风电机组交-直-交变流器的直流侧接入飞轮储能系统,利用飞轮系统的能量缓存作用,以实现永磁直驱风电机组的输出有功功率平滑控制。设计了飞轮储能系统的能量控制策略,并对采用了飞轮储能系统的永磁直驱风电机组的运行特性进行了仿真研究,经仿真验证:采用所提出的飞轮储能系统能量控制策略能够有效平滑风电机组输出有功功率,提高了风电机组的输出电能质量。     

大张力缠绕碳纤维复合材料高速飞轮转子研究

碳纤维复合材料由于其较高的比强度、比刚度以及不产生高频涡流损耗等特点,日益广泛地被用来制造高速飞轮转子护套。另外,大张力缠绕相比压装等工艺更适用于施加碳纤维复合材料层与金属轮毂间的过盈配合。研究了大张力缠绕复合材料飞轮转子护套的设计与成型工艺,建立了复合材料护套的三维有限元模型,采用温差法模拟纤维缠绕张力,采用单元生死法模拟逐层缠绕及固化过程。在30000 RPM的转速及不同工作温度下,分析了缠绕张力及轮毂和转轴间过盈量对转子各材料界面处压应力的影响规律。此外,采用大张力缠绕工艺制备了高速飞轮转子碳纤维护套样件,测试了样件护套对金属轮毂的径向压应力以及轮毂径向应变。结果表明,基于仿真模型的计算值与样件测试值吻合良好,获得了飞轮转子的最佳几何外形和制备工艺参数,使转子的最大工作外缘线速度达697 m/s,最大储能密度为44.5 Wh/kg。研究成果对复合材料高速飞轮转子护套的设计与制造具有重要的意义。     

复合材料飞轮研究进展

本文对比了复合材料飞轮转子与金属材料飞轮转子的性能,指出复合材料比强度高、密度小等特点使其可以使飞轮具有更高的极限转速和储能能力。同时指出了复合材料各向异性的特点使得其垂直纤维方向强度低,限制了飞轮的最高转速。介绍了目前复合材料飞轮主要采用单层圆环飞轮和多层圆环飞轮2种结构形式。同时指出采用柔性树脂基体,改善树脂和纤维的界面粘结状态和增强树脂本身的强度也是提高复合材料径向强度的有效途径。     

Control of a Hybrid Energy Storage System for a Hybrid Compensation System

The combination of two or more different energy storage technologies in a hybrid energy storage system appears to be advantageous if the combination of technologies fulfils the storage purpose better than a single storage technology. Herein, requirements regarding the performance of the storage system are determined for a hybrid compensation system for provision of system services in medium‐voltage grids. In hybrid storage systems, a common control system ensures that the present storage technologies are utilized in such a way that total storage efficiency is highest and that usability of the application is maximized. The control system of a hybrid storage system consisting of a redox flow battery and high‐speed flywheel storage is introduced and evaluated.     

复合材料贮能飞轮发展与应用

介绍了复合材料用于飞轮制造的优势,以及飞轮贮能技术具有比能量、比功率大,寿命长等优点;对国内外先进复合材料飞轮的主要研究成果和发展现状进行了论述;概括了飞轮贮能在不间断电源、电力调峰和电动车辆领域的应用。     

太阳能热化学储能研究进展

太阳能热发电技术对缓解全球资源紧张和改善环境有广阔的应用前景,大规模高温无损储热是太阳能热发电系统的关键。本文通过对显热储能、潜热储能和热化学储能3种热能储存方式的比较,认为热化学储能方法由于储能密度高,且可长期在环境温度下无热损储存,因而为太阳能热发电中的高温热能储存提供了一种潜在的方法。并对热化学储能在太阳能热力发电的应用上进行了技术经济分析,综述了几种有前景的热化学储能体系的研究进展,总结了各种储能体系的现存问题。根据热化学储能方法在实用化过程中存在的技术经济问题,指出了热化学储能技术的未来研究方向是储能反应器的设计、能量储存/释放循环性能探究、储能体系的选择及热化学储能系统的中试放大研究等。     

复合材料储能飞轮分层结构研究

采用有限元数值分析，分析了复合材料飞轮内部应力及应变，并结合复合材料缠绕成型工艺，提出一种新的复合材料飞轮分层结构。利用张力缠绕成型的分层结构的复合材料飞轮，最高转速可从28662r／min提高到63057r／min。