史上最全储能系统优缺点梳理
谈到储能，人们很容易想到电池，但现有的电池技术很难满足电网级储能的要求。实际上，储能的市场潜力非常巨大，根据市场调研公司
Pike Research 的预测，从 2011 年到 2021 年的 10 年间，将有 1220 亿美元投入到全球储能项目中来。而在大规模储能系统中，最为广泛应用的抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和
创新。今天，无所不能(caixinenergy) 为大家推荐一篇文章,该文章分析了目前全球的储能技术以及其对电网的影响和作用。
现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了 127GW ，占总储能容量的 99% ，其次是压缩空气储能，总装机容量为 440MW ，排名第三的是钠硫电池，总容量规模为 316MW 。
全球现有的储能系统
1 、机械储能
机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。
(1)抽水蓄能：将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为 75% 左右，俗称进 4 出 3 ，具有日调节能力，用于调峰和备用。
不足之处：选址困难，及其依赖地势 ;投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗 + 线路损耗;现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国 80% 以上的抽蓄都晒太阳，去年八月发改委出了个关于抽蓄电价的政策，以后可能会好些，但肯定不是储能的发展趋势。
(2) 压缩空气储能 (CAES) ：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电。国外研究较多，技术成熟，我国开始稍晚，好像卢强院士对这方面研究比较多，什么冷电联产之类的。
压缩空气储也有调峰功能，适合用于大规模风场，因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率。
不足之处：一大缺陷在于效率较低。原因在于空气受到压缩时温度会升高，空气释放膨胀的过程中温度会降低。在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失，在膨胀之前就必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源，这就导致蓄能效率降低。还有可以想到的不足就是需要大型储气装置、一定的地质条件和依赖燃烧化石燃料。
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⑶飞轮储能：是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。
需要能量时，飞轮 减速运行，将存 储的能量释放出来。飞轮 储能其中的 单项技术国内
基本都有了（但和国外差距在10年以上），难点在于根据 不同的用途开发不同功能的新
产品，因此飞轮储能电源是一种高技术产 品但原始创新性并不足，这使得它较难获得国家的科研经费支持。
不足之处：能量密度不够高、自 放电率高，如停 止充电，能 量在几 到几十个小时
内就会自行耗尽。只适 合于一些细分市场，比如 高品质不 间断电源等。 L 冃- 2
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2、电气储能
⑴超级电容器储能：用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量。与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容器的充放电过程始终是物理过程。充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保。超级电容没有太复杂的东西，就是电容充电，其余就是材料的问题，目前研究的方向是能否做到面积很小，电容更大。超级电容器的发展还是很快的，目前石墨烯材料为基础的新型超级电容器，非常火。
Tesla首席执行官Elon Musk 早在2011年就表示，传统电动汽车的电池已经过
时，未来以超级电容器为动力系统的新型汽车将取而代之。
不足之处：和电池相比，其能量密度导致同等重量下储能量相对较低，直接导致的就是续航能力差，依赖于新材料的诞生，比如石墨烯。
石s 烯基微型超级电容器的制备示意團
⑵超导储能(SMES):利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能 的装置。超导 储能
系统大致包括超导线圈、低温系统、功率 调节系统和 监控系统4大部分。超导材料技术
开发是超导储能技术的重中之重。超 导材料大致可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导材料。
不足之处：超导储能的成本很高(材料和低温制冷系统)，使得它的
3、电化学储能
应用受到很大限制。可靠性和经济性的制约, 商业化应用还比较远。
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⑴铅酸电池：是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。目前在世界上应用广泛，循环寿命可达1000 次左右，效率能达到80%-90% ，性价比高，常用于电力系统的事故电源或备用电源。
不足之处：如果深度、快速大功率放电时，可用容量会下降。其特点是能量密度低，寿命短。铅酸电池今年通过将具有超级活性的炭材料
添加到铅酸电池的负极板上，将其循环寿命提高很多。
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⑵锂离子电池：是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。主要应用于便携式的移动设备中，其效率可达95% 以上，放电时间可达数小时，循环次数可达5000 次或更多，响应快速，是电池中能量最高的实用性电池，目前来说用的最多。近年来技术也在不断进行升级，正负极材料也有多种应用。
市场上主流的动力锂电池分为三大类：钻酸锂电池、锰酸锂电池和磷酸铁锂电池。前者能量密度高，但是安全性稍差，后者相反，国内电
动汽车比如比亚迪，目前大多采用磷酸铁锂电池。但是好像老外都在玩三元锂电池和磷酸铁锂电池?
锂硫电池也很火，是以硫元素作为正极、金属锂作为负极的一种电
池，其理论比能量密度可达2600wh/kg ,实际能量密度可达450wh/kg o
但如何大幅提高该电池的充放电循环寿命、使用安全性也是很大的问题。
不足之处：存在价格高（4元/wh）、过充导致发热、燃烧等安全性问题，需要进行充电保护0
飞轮储能技术的现状和发展前景 飞轮储能系统(FESS)又称飞轮电池或机械电池,由于它与化学电池相比所具有 的巨大优势和未来市场的巨大潜力,引起了人们的密切关注。它结合了当今最新的磁悬浮技术、高速电机技术、电力电子技术和新材料技术,使得飞轮储存的能量有了质的飞跃,再加上真空技术的应用,使得各种损耗也非常小。 飞轮电池的发展开始于20 世纪70 年代,当时正处于石油禁运和天然气危机时期。此时,美国能量研究发展署(ERDA) 及其后的美国能源部(DoE) 资助飞轮系统的应用开发,包括电动汽车的超级飞轮的研究。 Lewis 研究中心(LeRC) 在ERDA 的 协助和美国航空航天局(NASA) 的资助下专门研究用于真空下的机械轴承和用于复合车辆的飞轮系统的传动系统。NASA 同时也资助Goddard 空间飞行中心(GSFC) 研究适用于飞行器动量飞轮的电磁轴承。80 年代,DoE 削减了飞轮储能研究的资助,但NASA 继续资助GSFC 研究卫星飞轮系统的电磁轴承,同时还资助了Langley 研 究中心(LaRC) 及Marshall 空间飞行中心(MSFC) 关于组合能量储存和姿态控制的动量飞轮构形的研究。 近10 年来,一大批新型复合材料和新技术的诞生和发展,如高强度的碳素纤维 复合材料(抗拉强度高达8. 27 GPa) 、磁悬浮技术和高温超导技术、高速电机/ 发电机技术以及电力电子技术等,使得飞轮能够储存大量的能量,给飞轮的应用带来了新的活力。它可应用于国防工业(如卫星、电磁炮和电热化学枪、作战侦察车辆等) 、汽车工业(电动汽车) 、电力行业(如电力质量和电力负载调节等) 、医疗和电信业(作UPS 用) 等1NASA 的应用有航天器(宇宙飞船) 、发射装置、飞行器动力系统、不间断电源(UPS) 和宇宙漫步者。
飞轮储能系统关键技术分析及应用现状 摘要：本文从飞轮储能系统的结构原理入手，首先介绍了飞轮储能系统的结构组成、工作原理及其工作模式，然后对飞轮转子、支承轴承、真空室、电动/发电机及电力电子装置等关键技术进行了全面的分析，并介绍了关键技术的国内外研究现状，在此基础上对飞轮储能的应用现状进行了阐述。 关键词：飞轮储能；关键技术；应用现状 中图分类号：TK02 文献标识码：A 文章编号： 0、前言 随着中国经济的快速发展，能源和环境问题成为了中国快速发展主要阻碍。然而，在能源如此短缺的情况下，使用目前的耗能设备和耗能方式却使得世界上总能量的50%～70%白白的浪费了[1]。因此在开发新能源的同时，研究如何回收存储被白白浪费的能量也是非常重要的。目前的储能方式主要有：化学储能、物理储能和超导储能，在这几种储能方式中化学储能技术比较成熟，并已得到广泛的应用，但是它使用寿命短、受外界条件影响显著、对环境污染严重。超导储能对技术要求高、对环境要求苛刻暂时还不适合大规模应用。由于物理储能是利用物理方法将能量春初起来，所以不存在对环境污染问题比较适合当今的发展要求。物理储能方式主要有抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。在这几种物理储能方式中飞轮储能以其在使用寿命、充电时间、效率方面的突出特点得到了广泛的关注。 1、飞轮储能系统的结构及工作原理 1.1飞轮储能系统基本的结构 飞轮储能系统又称飞轮电池其基本结构是由飞轮、轴承、电动机/发电机、电力电子控制装置、真空室等五个部分组成[2]。其中飞轮是飞轮电池的关键部件，一般选用强度高密度相对较小的复合材料制作；轴承是支撑飞轮的装置，由于磁悬浮支承可以降低摩擦损耗提高系统效率而成为了支撑技术的研究热点；飞轮电池的电机是一个集成部件，可以在电动和发电两种模式下自由切换，以实现机械能和电能的相互转换；电力电子控制装置主要是对输出和回馈的电能进行控制，通过对电力电子控制装置的操作可以实现对飞轮电机的各种工作要求的控制；真空室的功用有两个即为飞轮提供真空环境降低风阻损耗和在飞轮高速旋转破裂时起到保护周围人员和设备的作用。图1给出了一种飞轮储能系统结构简图。 图1 飞轮储能系统结构简图 1.2飞轮储能系统的工作原理 飞轮储能系统是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式存储起来的装置。它有三种工作模式即充电模式、保持模式、放电模式。充电模式即飞轮转子从外界吸收能量使飞轮转速升高将能量以动能的形式存储起来；放电模式即飞轮转子将动能传递给发电机，发电机将动能转化为电能在经过电力控制装置输出适合于用电设备的电流和电压，实现了机械能到电能的转化；
飞轮储能技术的发展现状 摘要: 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)角度出发，系统地介绍了该技术国内外的发展现状。 关键词: 飞轮储能系统，电动机/发电机，电力转换器，真空室 近年来，飞轮储能技术发展非常迅速。国内外都积极地投入大量资金和人力在这项储能技术上，目前已经有了可喜成果，以飞轮储能五大关键技术为出发点，分别对其技术发展现状进行阐述。 1飞轮转子技术现状 美国休斯顿大学的德克萨斯超导中心致力于纺锤形飞轮开发，这是一种等应力设计，形状系数等于或接近1，材质同样为玻璃纤维复合材料，储能1kWh、重19kg、飞轮外径30.48cm。美国Beacon 电力公司推出的Beacon 智能化储能系统，其飞轮转子以一种强度高、重量轻的石墨和玻璃纤维复合材料制成，用树脂胶合。美国Satcon 技术公司开发的伞状飞轮，这种结构有利于电机的位置安放，对系统稳定性十分有利，转动惯量大，节省材料，轮毂强度设计合理。 NASA Glenn 中心和美国宾州州立大学高级复合材料制造中心等单位均采用湿法缠绕工艺制备了复合材料飞轮。 2飞轮储能的轴承支承系统技术现状 2.1机械轴承 美国TSI 公司应用高级的润滑剂、先进的轴承材料及设计方法和计算机动态分析，成功地开发出内部含有固体润滑剂的陶瓷轴承，最新又研制的基于真空罩的超低损耗轴承，其摩擦系数只有0.000 01。 2.2被动磁轴承（PMB） 目前对永磁轴承的研究较少，目前主要集中在对超导磁轴承（SMB）的研究上。 西南交通大学超导技术研究所从20 世纪90 年代初期开始，就一直致力于高温超导磁悬浮技术的应用基础研究，2000 年研制成功了世界首辆载人的高温超导磁悬浮实验车。 日本ISTEC 正在对10kWh/400kW 等级飞轮系统中的SMB 进行组装实验，同时加工设计100kWh等级飞轮定子。 德国ATZ 公司则从2005 年开始对5kWh/250kW 等级的飞轮进行研究。ATZ 公司与 L-3MM 合作生产高温超导储能，并即将进行工程应用电性能测试。并且两家机构还达成共
史上最全储能系统优缺点梳理 谈到储能，人们很容易想到电池，但现有的电池技术很难满足电网级储能的要求。实际上，储能的市场潜力非常巨大，根据市场调研公司Pike Research的预测，从2011年到2021年的10年间，将有1220亿美元投入到全球储能项目中来。而在大规模储能系统中，最为广泛应用的抽水蓄能和压缩空气储能等传统的储能方式也在经历不断改进和创新。今天，无所不能(caixinenergy)为大家推荐一篇文章，该文章分析了目前全球的储能技术以及其对电网的影响和作用。 现有的储能系统主要分为五类：机械储能、电气储能、电化学储能、热储能和化学储能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了127GW，占总储能容量的99%，其次是压缩空气储能，总装机容量为440MW，排名第三的是钠硫电池，总容量规模为316MW。 全球现有的储能系统 1、机械储能 机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等。 (1)抽水蓄能：将电网低谷时利用过剩电力作为液态能量媒体的水从地势低的水库抽到地势高的水库，电网峰荷时高地势水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电，效率一般为75%左右，俗称进4出3，具有日调节能力，用于调峰和备用。
不足之处：选址困难，及其依赖地势;投资周期较大，损耗较高，包括抽蓄损耗+线路损耗;现阶段也受中国电价政策的制约，去年中国80%以上的抽蓄都晒太阳，去年八月发改委出了个关于抽蓄电价的政策，以后可能会好些，但肯定不是储能的发展趋势。 (2)压缩空气储能(CAES)：压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电。国外研究较多，技术成熟，我国开始稍晚，好像卢强院士对这方面研究比较多，什么冷电联产之类的。 压缩空气储也有调峰功能，适合用于大规模风场，因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率。 不足之处：一大缺陷在于效率较低。原因在于空气受到压缩时温度会升高，空气释放膨胀的过程中温度会降低。在压缩空气过程中一部分能量以热能的形式散失，在膨胀之前就必须要重新加热。通常以天然气作为加热空气的热源，这就导致蓄能效率降低。还有可以想到的不足就是需要大型储气装置、一定的地质条件和依赖燃烧化石燃料。
国内外飞轮储能技术发展现状研究 时间：2011-11-1 来源：北极星电力网 一、大规模发展新能源和推动节能环保亟须发展大容量储能产业 传统能源的日益匮乏和环境日趋恶化，极大地促进了新能源的发展，新能源发电的规模也快速攀升。但风电、太阳能发电自身所固有的随机性、间歇性特征，决定了其规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响，必须要有先进的储能技术作支撑。国外有关研究表明，如果风电装机占装机总量的比例在10%以内，依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全;但如果所占比例达到20%甚至更高，电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并入常规电网。 中国新能源大发展在即，对储能产业有更急迫的现实需求。预计到2020年风电和太阳能发电装机会突破1.7亿千瓦，占全国发电装机总量的比例会超过15%。但由于目前我国电力系统煤电比例较高，在部分地区又主要是调峰能力差的供热机组，核电发展很快但却不能参与调峰，水电、燃气发电等调峰性能优越的电源所占比例过低，导致现有电力系统接纳新能源的能力很弱。再加上我国能源资源所在地多远离负荷地，不得不实施风电、光电的“大规模集中开发、远距离输送”，这更进一步加大了电网运行和控制风险。随着国内新能源发电规模的快速扩大，电网与新能源的矛盾越来越突出，对储能的需求更为迫切。 大容量储能还可提高能源利用效率，为国家节约巨额投资。为应对城市尖峰负荷，电力系统每年都要新增大量投资用于电网和电源后备容量建设，但利用率却非常低。以上海为例，2004—2006年间，为解决全市每年只有183.25小时的尖峰负荷，仅对电网侧的投资每年就超过200亿元，而为此形成的输配电能力的年平均利用率不到2%。同样是为了应对尖峰负荷，转而采用大容量储能技术，不仅投资会成倍减少，而且由于储能设施占地少、无排放，其节地、节能、减排的效果是其他调峰措施无法比拟的。 二、全球大容量储能技术呈多元化发展格局，中国企业已掌握关键技术，拥有自主知识产权。 全球储能技术主要有化学储能(如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等)、物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)和电磁储能(如超导电磁储能等)三大类。目前技术进步最快的是化学储能，其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破，产业化应用的条件日趋成熟。钠硫电池的充电效率已可达到80%，能量密度是铅酸蓄电池的3倍，循环寿命更长。日本在此项技术上处于国际领先地位，2004年日本在本国Hitachi自动化工厂安装了当时世界上最大的钠硫电池系统，容量是9.6MW/57.6MWh。液流钒电池的基础材料是钒，该电池具有能量效率高、蓄电容量大、能够100%深度放电、寿命长等优点，已进入商业化阶段。锂离子电池的基础材料是锂，已开始在电动自行车、电动汽车等领域应用，近年来由于磷酸亚铁锂、纳米磷酸铁锂等新材料的开发与应用，大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命，大容量锂电池储能电站正逐渐兴起。 物理储能中最成熟也是世界应用最普遍的是抽水蓄能，主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。其能量转换效率在70%—75%左右。目前世界范围内抽水蓄能电站总装机容量9000万千瓦，约占全球发电装机容量的3%。压缩空气技术早在1978年就实现了应用，但由于受地形、地质条件制约，没有大规模推广。飞轮蓄能的特点是寿命长、无污染，动态特性好，但超大容量的飞轮，目前技术尚不成熟。电磁储能技术现在仍很昂贵，还没有商业化。
飞轮储能系统及简述 在电网的调频调峰方面，飞轮储能电站与核电站，火电站等其他类型的电站相比，在爬升能力，调峰调频比率等方面有着一定的优势。 1研究意义 储能技术应用于电力系统，可以改变电能生产、输送与消费必须同步完成的传统模式。目前，我国正在规划与大力发展坚强智能电网，全面覆盖发-输-变-配-用-调的六大环节与信息平台的建设。储能技术将是未来智能电网的重要组成部分，涉及其建设的各个主要环节。发展储能技术重要意义包括削峰填谷、调节节约能源、提高电力电网系统效率、保证电力电网系统安全等方面。同时采用储能技术可以弥补新能源发电的随机性、波动性，并实现新能源发电的平滑输出，使大规模风电及太阳能发电更安全更可靠地并入常规电网。储能技术也可以解决电动汽车充电的随机性、波动性问题，有效调节电动汽车充电引起的电网电压、频率及相位的变化，为新能源汽车的大规模推广提供基础。随着智能电网、分布式供电等新技术的推广应用，储能的作用进一步突现出来。大规模储能技术的发展和应用将对新能源乃至整个电力系统带来革命性的影响。 2飞轮储能的原理 飞轮储能是利用高速旋转的飞轮将电能以动能形式储存起来。典型的飞轮储能系统的基本结构如图1所示, 主要由五部分组成：飞轮转子、支撑轴承、高速电机、双向变流器、真空室。为了减少空闲运转时的损耗，提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率，飞轮储能装置轴承的设计一般都使用非接触式的磁悬浮轴承技术，而且将电机和飞轮都密封在一个真空容器内以减少风阻。通常发电机和电动机使用一台电机来实现，通过轴承直接和飞轮连接在一起。
图1飞轮储能系统的基本结构 其工作原理为：系统储能时，高速电机作为电动机运行，由工频电网提供的电能经变频器驱动电机加速，电机拖动飞轮加速储能，能量以动能形式储存在旋转的飞轮体中。当飞轮达到设定的最大转速后，系统处于能量保持状态，直到接收到一个释放能量的控制信号，系统释放能量，高速旋转的飞轮利用其惯性作用拖动电机减速发电，经变流器输出适用于电网要求的电能，完成动能到电能的转换。在整个飞轮储能装置中，飞轮是其中的核心部件，它决定了整个装置的储能多少，其储存的能量为： J 为飞轮的转动惯量, 与飞轮的形状和重量有关；ω为飞轮转动的角速度。 3飞轮储能的技术优势 储能技术是指，将电能通过某种装置转换成其他便于存储的能量高效存储起来，在需要时，可以将所存储的能量方便地换成所需形式能量的一种技术。储能技术主要有物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等)和电磁储能(如超导电磁储能等)。 飞轮储能是用物理方法实现电能存储, 是一种高度机电一体化产品, 是最有发展前途的储能技术之一。飞轮储能与其他几种典型储能方式性能比较如表1所示。飞轮储能使用寿命可达到20年以上，超过了其他几种储能方式，并且由于飞轮储能是机械储能方式，对于工作温度没有特定的要求，对于环境几乎没有影响。飞轮储能具有较大的容量密度和功率密度，维护周期长，系统稳定性强，适用于调峰调频，电能质量调节，输配电系统稳定性，UPS等场合。
储能技术种类和特点 储能技术是通过装置或物理介质将能量储存起来以便以后需要时利用的技术。储能技术按照储存介质进行分类，可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。 一机械类储能 机械类储能的应用形式只要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能。 1.1 抽水蓄能 （1）基本原理 电网低谷时利用过剩电力将作为液态能量媒体的水从低标高的水库抽到高标高的水库，电网峰荷时高标高水库中的水回流到下水库推动水轮机发电机发电。
（2）特点 ?属于大规模、集中式能量储存，技术相当成熟，可用于电网的能量管理和调峰； ?效率一般约为 65%~75% ，最高可达80%~85%； ?负荷响应速度快(10%负荷变化需10秒钟)，从全停到满载发电约5分钟，从全停到满载抽水约1分钟； ?具有日调节能力，适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电。 （3）缺点 ?需要上池和下池； ?厂址的选择依赖地理条件，有一定的难度和局限性； ?与负荷中心有一定距离，需长距离输电。 （4）应用 目前，抽水蓄能机组在一个国家总装机容量中所占比重的世界平均水平为3%左右。截至2012年底，全世界储能装置总容量为128GW，其中抽水蓄能为127GW，占99%。截至2012年年底，我国共有抽水蓄能电站34座，其中，投运26座，投运容量2064.5万千瓦约占全国总装机容量11.4亿千瓦的1.8% 。（另在建8座，在建容量894万千瓦）
1.2 飞轮储能 （1）基本原理 在一个飞轮储能系统中，电能用于将一个放在真空外壳内的转子即一个大质量的由固体材料制成的圆柱体加速（达几万转/分钟），从而将电能以动能形式储存起来（利用大转轮所储存的惯性能量）。
飞轮储能的优缺点 飞轮储能介绍飞轮储能思想早在一百年前就有人提出，但是由于当时技术条件的制约，在很长时间内都没有突破。直到20世纪60~70年代，才由美国宇航局（NASA）Glenn研究中心开始把飞轮作为蓄能电池应用在卫星上。到了90年代后，由于在以下3个方面取得了突破，给飞轮储能技术带来了更大的发展空间。 （1）高强度碳素纤维复合材料（抗拉强度高达8．27GPa）的出现，大大增加了单位质量中的动能储量。 （2）磁悬浮技术和高温超导技术的研究进展迅速，利用磁悬浮和真空技术，使飞轮转子的摩擦损耗和风损耗都降到了最低限度。 （3）电力电子技术的新进展，如电动／发电机及电力转换技术的突破，为飞轮储存的动能与电能之间的交换提供了先进的手段。储能飞轮是种高科技机电一体化产品，它在航空航天（卫星储能电池，综合动力和姿态控制）、军事（大功率电磁炮）、电力（电力调峰）、通信（UPS）、汽车工业（电动汽车）等领域有广阔的应用前景。 飞轮储能的工作原理飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。通过电动／发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。 在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。 飞轮储能的优缺点飞轮储能就是在需要能量时，飞轮减速运行，将存储的能量释放出来。飞轮储能其中的单项技术国内基本都有了（但和国外差距在10年以上），难点在于根据不
电机与电器专题课报告 ——飞轮储能系统研究 哈尔滨工业大学 2014年6月 飞轮储能系统研究 摘要：飞轮储能系统(FESS)又称飞轮电池或机电电池，由于它与化学电池相比所具有的巨大优势和未来市场的巨大潜力，引起了人们的密切关注。它结合了当今最新的磁悬浮技术、高速电机技术、电力电子技术和新材料技术，使得飞轮储存的能量有了质的飞跃，再加上真空技术的应用，使得各种损耗也非常小。本文针对该领域近年来的研究成果，对飞轮储能系统的几大关键部件全面的论述。 引言： 飞轮电池是一种高科技机电一体化产品，它在国防工业、汽车工业、电力工业、电信业等领域具有广阔的应用前景。作为电池家族的成员，这种新型的电池与化学电池相比具有以下几方面突出的优点。 (1)储能密度高。转子转速大于60000r/min的飞轮电池，在75%放电深度下产生大于 20Whr/lb的比能量(此值还不是最高的)，而镍氢电池只有5～6Whr/lb的比能量，其放电深度一般限制在30%～40%的范围内。 (2)无过充电、过放电问题。化学电池一般不能深度放电，也不能过充电，否则其寿 命会急剧下降。而飞轮电池在深度放电时，其性能完全不受影响，而且在电力电子协助下，非常容易防止过充电(实际上是限制转子的最高转速)。飞轮电池的寿命主要取决于其电力电子的寿命，故一般可达到20年左右。 (3)容易测量放电深度，充电时间较短。飞轮电池只要测出转子的转速，就能确切知 道其放电深度，而化学电池就没有这么容易了。另外，飞轮电池的充电一般在几分钟之内即可完成，而化学电池则需要几个小时，常见的需要七八个小时。 (4)对温度不敏感。化学电池在高温或低温时其性能会急剧下降，而飞轮电池则不然。 (5)对环境友好。化学电池在报废后会对环境产生恶劣影响，而且回收成本较高。飞 轮电池是一种绿色电池，它不会对环境产生任何影响，故它在电动汽车方面的应用极具潜力。
飞轮储能系统概述 指利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能系统主要包括转子系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还有一些支持系统，如真空、深冷、外壳和控制系统。基本结构如图所示。 飞轮储能装置中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降；而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。 飞轮储能器中没有任何化学活性物质，也没有任何化学反应发生。旋转时的飞轮是纯粹的机械运动，飞轮在转动时的动能为：E =1/2Jω^2 式中： J为飞轮的转动惯量，ω为飞轮旋转的角速度. 由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～500000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗(主要是摩擦力损耗)，电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率(输入输出)可以达到95%左右。 二、国内外飞轮储能系统研究的现状、发展及未来 飞轮电池是90年代提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能，由于是电能和机械能的相互转化，不会造成污染。飞轮储能电池最初只是想将其应用在电动汽车上，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。直到上世纪90年代由于电路拓扑思想的发展，碳纤维材料的广泛应用，以及全世界范围对污染的重视，这种新型电池又得到了高速发展，并且伴随着磁轴承技术的发展，这种电池显示出更加广阔的应用前景，现正迅速地从实验室走向社会。
飞轮储能 1飞轮储能的工作原理和基本结构 1.1飞轮储能的工作原理 飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置。该系统采用物理方法进行储能，并通过电动/发电互逆式双向电机实现电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换和储存。 在储能时，外界电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮转子加速旋转，直至达到设定的某一转速。在飞轮加速旋转的过程中，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械动能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中。之后，飞轮以设定的那一转速旋转，直到接受到一个能量释放的控制信号。释能时，电机作为发电机使用，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流和电压，完成机械动能到电能转换的释放能量过程。在释能的过程中，飞轮的转速不断的下降。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出。 作为电能存储的手段之一，它与其它形式的储能方式相比，优缺点列于下表。 储能技术的比较
1.2飞轮储能的基本结构 典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电机/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。图1所示是一种飞轮与电机合为一个整体的飞轮储能系统结构示意图。 飞轮本体是飞轮储能系统的核心部件，作用是力求提高转子的极限角速度，减轻转子重量，最大限度地增加飞轮储能系统的储能量。目前多采用碳素纤维材料制作。 轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。目前应用的飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，减少电机转子旋转时的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。 飞轮储能系统的机械动能与电能之间的转换是以电动/发电机及其控制为核心实现的。电动/发电机集成一个部件，在储能时，作为电动机运行，由外界电能驱动电动机，带动飞轮转子加速旋转至设定的某一转速；在释能时，电机又作为发电机运行，向外输出电能，此时飞轮转速不断下降。显然，低损耗、高效率的电动/发电机是能量高效传递的关键。 电力转换器是为了提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并将输出电能通过调频、整流或恒压等变换为满足负荷供电要求的电能。