飞轮储能系统在1.5MW风机上的应用研究

飞轮储能在电网级别调频、风力发电平滑输出以及分布式发电和微网等领域均具有技术优势。本文研究了应用在1.5 MW风机上的飞轮储能系统,实现了功率平滑输出的目的,确定了飞轮储能系统技术指标并设计了总体方案,分析了飞轮储能系统的电动机/发电机的工作模式,为进一步能量转换系统的开发提供了依据。     

Flywheel energy storage systems for a 1.5 MW wind generator applications

飞轮储能在电网级别调频、风力发电平滑输出以及分布式发电和微网等领域均具有技术优势。本文研究了应用在1.5 MW风机上的飞轮储能系统,实现了功率平滑输出的目的,确定了飞轮储能系统技术指标并设计了总体方案,分析了飞轮储能系统的电动机/发电机的工作模式,为进一步能量转换系统的开发提供了依据。     

车用飞轮混合动力系统的应用进展

《节能与新能源汽车技术路线(2.0版)》的发布对汽车节能技术提出了新要求,对于传统内燃机汽车,只能通过添加二次能量存储装置实现部分制动能量回收.在几种典型的储能方式中,拉贡特性图表明飞轮储能具有高瞬时功率、高效率、快速响应、环境友好及循环寿命长等优点,从而成为传统内燃机汽车理想的二次储能技术.尽管飞轮储能技术的应用研究已经取得了一些进展,但目前国内外尚未有详细的研究来总结其在汽车工业领域上的应用.文中基于CNKI数据库、Engineering Village数据库及Web of Science数据库以"飞轮储能"为主题进行了数据检索,重点分析了"飞轮储能"技术在汽车工业方面的研究进展,且检索数据表明,近20年来车用飞轮储能技术虽为小众研究方向,但一直都在探索中.针对电驱动式和机械式两种典型的飞轮混合动力系统,重点关注了机械式飞轮混合动力系统在汽车领域内的探索、研究及验证历程,并详细阐述了该系统的结构特点、研究现状及未来研究趋势.综合分析表明,机械式系统通过飞轮与车辆传动系统间的纯机械连接,不仅解决了电驱动式中因电驱动系统功率限制而造成的动力与节能效果不足问题,还提高了车用飞轮混合动力系统能量转化效率.     

储能技术在电力系统中的研究进展

储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源的利用率等重要作用。介绍了抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、钠硫电池储能、锂离子电池储能、液流电池储能等典型储能技术以及各自的国内外研究动态,比较了各种储能技术的优缺点,并对储能技术在电力系统中的不同应用进行了综述。     

国外飞轮储能技术状况研究

飞轮储能具有快速充放电、瞬时功率大、效率高、无污染等优点,是目前最具发展前景的储能技术之一,其工作模式分为充电、保持和放电模式。上世纪90年代以来,飞轮转子材料、支承技术、电能变换技术取得重大突破,飞轮储能技术也随之有了重大进展。全球飞轮储能技术的研发力量主要集中在美国、欧洲和日本,在飞轮技术基础应用研究、关键技术及制造工艺、飞轮储能产品产业化开发与市场运作等方面,美欧日都远远领先于其他国家。但随着其他国家对储能技术的重视和大力投入,多极化趋势日益明显。在企业级不间断电源应用领域,产品特点是大功率、短时充放电,代表企业如美国Active Power和德国Piller;在轻轨制动动能再生领域,基于GTR技术的1MW飞轮系统已在纽约远洛克威县安装,每日节电1300k W·h,节能率21.7%;在电网调频领域,美国Beacon Power公司已建成2个20MW的储能电站,并投入电网调频运行;此外,在风电与光伏发电并网、航天与军事领域,由于飞轮储能具有瞬时功率大的突出优势,可以平抑负载波动,提供极高的兆安级电流进行核聚变及军用电磁弹射研究。     

飞轮储能的原理及应用前景分析

飞轮储能是一种大功率、快响应、高频次、长寿命的机械类储能技术,适用于交通(轨道交通、汽车)、应急电源、电网质量管理(调频)等领域。飞轮储能是一项集成性技术,高速化、复合材料转子、内定外转结构是其未来发展方向。飞轮储能具有广阔的应用前景,但目前处于市场发展前期。     

飞轮储能技术及其耦合发电机组研究进展

  目的  双碳目标的提出增加了新能源电力嵌入的必要性,为了研究提高机组灵活性的方法,文章对飞轮储能技术及其耦合发电机组的相关研究进行了详细介绍。  方法  文章概括总结了飞轮储能的工作原理、研究现状与成果以及应用难点与措施,分析了研究飞轮储能的系统建模与运行策略的具体方法,并对飞轮储能分别耦合火力发电、风力发电以及太阳能发电的原理与应用特点进行了重点分析。  结果  我国的飞轮储能系统研究已经取得较为先进的成果,并且形成了一套有效的研究方法,在飞轮储能技术耦合多能源发电机组方面也进行了一定的研究。  结论  在当今环境下,飞轮储能技术耦合多能源发电机组已经成为研究趋势与重点,本文所总结内容为后续飞轮储能技术的应用提供了参考。     

Review of flywheel energy storage systems for wind power applications

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

改善风电并网电能质量的飞轮储能系统能量管理系统设计

设计了应用于改善电网电能质量场景下飞轮储能系统的双层结构能量管理系统,其中能量管理系统的上层——决策管理层利用模糊算法,考虑飞轮储能系统状态和平抑风电功率波动需求来确定飞轮储能装置的充放电功率参考值,下层——调度控制层通过双环控制背靠背双PWM变流器实现飞轮储能与电网间的功率交换。在Matlab/Simulink下仿真分析飞轮储能的运行状态和比较风电场采用飞轮储能调节有功功率前后的公共连接点(point of common coupling,PCC)处电压波动,仿真结果验证了飞轮储能系统能量管理系统的有效性,可提高储能装置的利用效率,改善电能质量。     

飞轮储能系统在风力发电中应用研究进展

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

Analysis and design of the capacity and efficiency of a flywheel energy storage system

分析了飞轮储能系统能量、功率参数特性。飞轮储能系统单机可实现储能0.5 ～ 100 kW·h、功率2～ 3000 kW。提出了储能100 kW·h级飞轮的方案,采用中低转速合金钢飞轮转子,储能密度13～ 18 W·h/kg,计算许用应力为800 MPa。尺寸为米级的飞轮转子整体锻造难度较高,可采用多圆盘轴向联接的结构设计。采用3层或4层纤维缠绕复合材料高速飞轮转子结构,分别进行了径向等应力结构设计,计算表明9000 r/min三层纤维缠绕复合材料飞轮和15000 r/min四层纤维缠绕复合材料飞轮均能够满足工作转速下的结构强度要求,储能密度50 ～ 70 W·h/kg。     

飞轮储能技术研究的发展现状

飞轮储能技术已成为国际能源界研究的热点之一,从飞轮储能技术的技术进展（包括飞轮本体、转子支承系统,电动／发电机,电力转换器与真空室）以及应用研究（电力调峰,飞轮电池,不间断供电,强力放电等）角度出发,系统地介绍了该技术国内外的发展现状及今后发展方向。     

Flywheel energy and power storage systems

For ages flywheels have been used to achieve smooth operation of machines. The early models where purely mechanical consisting of only a stone wheel attached to an axle. Nowadays flywheels are complex constructions where energy is stored mechanically and transferred to and from the flywheel by an integrated motor/generator. The stone wheel has been replaced by a steel or composite rotor and magnetic bearings have been introduced. Today flywheels are used as supplementary UPS storage at several industries world over. Future applications span a wide range including electric vehicles, intermediate storage for renewable energy generation and direct grid applications from power quality issues to offering an alternative to strengthening transmission.One of the key issues for viable flywheel construction is a high overall efficiency, hence a reduction of the total losses. By increasing the voltage, current losses are decreased and otherwise necessary transformer steps become redundant. So far flywheels over 10 kV have not been constructed, mainly due to isolation problems associated with high voltage, but also because of limitations in the power electronics. Recent progress in semi-conductor technology enables faster switching and lower costs. The predominant part of prior studies have been directed towards optimising mechanical issues whereas the electro technical part now seem to show great potential for improvement. An overview of flywheel technology and previous projects are presented and moreover a 200 kW flywheel using high voltage technology is simulated.     

针对并网型风储微网的飞轮储能阵列系统控制方法CSCD

由于新能源发电存在波动性和间歇性,其大量接入时会给电网运行带来新的困难,而利用储能技术提高新能源的可调度性是当前研究的热点。为缓解新能源并网对电力系统的不良影响,针对并网型风储微网提出了一种基于飞轮储能阵列系统的分层优化控制方法,上层优化中心根据功率缺额和各台飞轮的转速建立相应充/放电优化模型,并求解相应飞轮的功率参考值;下层飞轮控制器采用双模双环控制方法,实现飞轮转速和输出功率的控制,最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。     

Application of flywheel energy storage equipment in vital places

飞轮储能设备在重要场所,可以被用于支撑大功率负载。应用时,需充分考虑供电系统的电能质量指标,电能质量可以系统地用各种指标描述。本文首先介绍了电能质量的国家标准,其次介绍了几类较常见的电压敏感类用电设备。最后介绍了一个案例,案例显示飞轮储能设备在重要场所带大功率敏感用电设备时,其输出稳定可靠。     

飞轮蓄能技术的发展与应用

系统地介绍了国内外飞轮储能技术的研究进展及在许多方面已有的应用实例和应用前景，指出了飞轮储能技术今后的研究及应用趋势。     

Structural design of rotor and shaft in FESS with 60 MJ energy capacity

研究设计额定转速为2700 r/min、储能量为60 MJ的合金钢飞轮,以实现石油钻机动力系统飞轮单机MW级输出功率。飞轮材料为35CrMoA合金钢,采用“H”形变截面,直径1600 mm,厚380 mm,质量4000 kg。芯轴与轮毂局部过盈配合,采用圆柱销传递飞轮与芯轴之间的扭矩。有限元计算表明,轮辐内厚外薄,实现近似等强度设计;轮缘加厚,调整质量分布,实现大转动惯量;底部圆柱销传递扭矩,局部应力比键连接优化。飞轮轴系具备2.5倍应力安全系数,额定转速下最大应力小于500 MPa。2016年3月飞轮设备调试成功,实现150～200 kW充电、500～1000 kW放电功能,储能密度4.17 W·h/kg,比功率250 W/kg,标志着我国具备了单机WM级飞轮储能设备研制能力。     

Application and research of flywheel energy storage system in electrified railway

本文提出了通过飞轮储能系统在线路负荷较重时对电网释能来降低变压器的出力,从而降低最大需量值或变压器容量;因为铁路负序最严重的时候为变压器处于峰值功率时,所以还可有效降低负序电流。由于飞轮储能装置是个储能体,同时具备储能和释能的双重功能,所以此系统还可吸收再利用机车制动时产生的制动电能,有效降低电度电费成本。本文先后介绍了系统整体结构、变流器系统、飞轮储能装置、测控单元,然后根据实际变电站参数和实测牵引负荷数据建立了该系统的仿真模型进行仿真,表明了所提出的飞轮储能系统应用于电气化铁路进行削峰填谷的正确性。