基于金属材料强度及储能密度的储能飞轮结构设计

赵宇兰，白金刚，赵 雷

（1.清华大学核能与新能源技术研究院，北京100084；2.哈尔滨电气股份有限公司中央研究院，哈尔滨150028）

0 前言

储能飞轮是一种将能量或动量储存在高速旋转轮体中的装置，利用现代电力电子技术，将电力系统中的电能转换成飞轮的旋转动能，待需要时再将飞轮旋转动能转换成电能，供负载使用。随着高强度复合材料、磁轴承、高速电机／发电机及大功率高速电力电子等技术的飞速发展，以及清洁能源、能源高效利用的迫切需要，储能飞轮的一些技术特征又重新引起了人们的关注与审视［1，2］，因此，提出 “现代飞轮”及“飞轮电池”的概念［3］。不同于传统飞轮，虽然现代飞轮同样是以机械方式存储及释放电能，但其转速更高、功率更大、体积重量更小。在诸多的储能方式中，如：电化学电池、超级电容、超导储能等，飞轮电池具有许多独特的性能［4，5］：

（1）纯机械－电能互相转换过程，无派生环境问题；

（2）充放电循环次数与寿命无关，只与机械自身寿命有关；

（3）放电深度与寿命无关，仅取决于负载电压适应能力与电力控制技术；

（4）可根据实际需要设计单机大功率或超大功率 （MW、GW级）、快速 （ms、μs级）的充放电系统，不影响使用寿命，且相对的总体体积重量较小，更适合于高速充放电场合；

（5）可实时直接观测充放电及存储状态，转子转速直接表征充放电或存储状态，即使处于大型阵列中，各单元电力状态也可被直观地实时监测，无需增加额外设备；

（6）运行环境因素 （湿度、温度等）对存储状态无影响与限制；……