VYCON 飞轮储能系统
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Vycon飞轮最多使用的客户是美国医疗单位
相对于使用蓄电池的主要优点低使用成本 25年寿命 高效率(99.4%) 很小的占地面积 低维护
绿色技术 高可靠性 高可用性 高功率密度 简单的安装 无需更换轴承
蓄电池
优点：
• 易懂的性能 • 优秀的动态响应 • 5分钟至超过1小时的后备时间 • 初期采购成本低 缺点 • VRLA蓄电池的使用寿命有限 • 湿式蓄电池的成本高 • 很大的占地面积和地板负荷 • 使用精密空调 • 温度和循环寿命的问题 • 15-20年设备使用期间必须跟换3-4次
高速全钢飞轮单元
永磁电动机-发电机
直立式：最佳效率 磁轴承 ：悬浮支 持转动元件；无 摩擦，轴承终生 免维修，免更换
转子
定子 ：高效率永 磁电动机,放电 不发热；可连续 充放电
UPS
后备 发电机
关键负载
DC 母线 自动切换开关 ATS +
市电 208 – 600V AC 仸何断电或晃电情形，由飞轮先放 电。 如此可以保护电池免于因为晃电放 电造成电池寿命的缩短。
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+ + + VYCON 飞轮 储能单元
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蓄电池
UPS 飞轮和电池共同配置 (电池保护功能)
Gen
多台 / 并联配置
转轴中心：使用航天 高强度特殊钢4640 制造
机体：内部真空以保持高效率
VYCON 市场和应用
关键电源/电源质量 能量回收 智能电网/能源再生
UPS 电源
牵引电源
风电
移动电源 船厂移动式起重机
智能电网储能
典型的UPS系统运用
长时间备用电源
油机 AC
自动切换开关
双变换UPS系统
ATS
整流器
540 VDC
DC Bus
200
100
0 0 -100 5 10 15 20 25 30 35
M
M
M
M
VDC XE
-200
VDC XE
VDC XE
VDC XE
-300
-400
飞轮与电池组共用的优点
减少蓄电池放电次数 减少电压骤降对蓄电池组的影响 电池组寿命延长 增加直流储能可靠性 增加冗余与可用性
电池保护功能
逆变器
DC/AC
关键电 源输出
AC/DC
380 VAC
市电 AC
DC 储能单元
配置
免蓄电池UPS系统
UPS
后备 发电机
DC母线
关键负载
自动切换开关
ATS
市电 208 – 600V AC
VYCON 飞轮 储能单元
VDC – 单线图
飞轮模块
IGBT Power Converter
软启动
至UPS 蓄电池输入
飞轮储能科技的发展
第二代飞轮 – 美国 Pentadyne
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超高速旋转速率： 52,000RPM 使用循环水冷系统 功率： 170 - 210 KW 合成碳纤维飞轮：重量 = 27Kg (60 Lbs) 由于合成材料在超高速旋转的不稳定性，必须使用双持防爆外壳防 止飞轮爆裂造成损害 在飞轮撞击降落后，无法重新启动 维修内部真空泵时，必须停机 公司于2010年3月倒闭结束营业 类似设计 ： Beacons Power
Emerson Liebert UPS
VYCON VDC
2009 Most Sustainable Product
2009 Green Excellence Award in Product Innovation
VYCON
飞轮基本的应用目标：
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备用电源 电源质量控制：电压，频率， 晃电 能量回收
DC 监测
电动发电机控制 磁悬浮控制器
电源转换模块控制
控制屏
VDC 和 VDC-XE 模块结构
IGBT 双向变换器
电动机/发电机控制器
磁悬浮控制器
DC 断路器
飞轮
真空泵
VDC 技术参数
最大功率： VDC-XE: 300kW 最大储能功率：
VDC : 3000kW sec @ 100kW (30 秒)
高速飞轮
加快旋转速率(rpm)，增加能量 转速加倍 = 4倍能量增加 “高速” = 36000 - 55000RPM
飞轮储能科技的发展
第一代飞轮 - Active Power
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低速 ：8,000 RPM 维修要求高，维修时必须停机 复杂开机程序；飞轮必须预热，开机时间可达36小时 飞轮重量： 369kg or 800 LBS无法使用磁轴承 备机损耗 摩擦接触性滚珠轴承 :每3-4年做预防性更换 （每次34万美金) 电阻线圈马达发电机：容易过热；第三次连续充电发电 就当机 与后备式UPS组合成为飞轮UPS Caterpillar 飞轮UPS 为同一代工产品
节省空间——使用飞轮可以避免增加发电设备的空间或者更好的使
用现有数据中心的空间。 安装或现场问题——有限的空间、地板承重、温度控制和有害物质 铅酸或湿式蓄电池较低的循环寿命。
VYCON VDC测试与认证
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伊顿 Npower 艾默生 NX (40 - 200kVA) 艾默生 NXL (250 - 750kVA) 施耐德 S610 (100 - 1000kVA)
VDC-XE: 秒) 4000kW sec @ 100kW （40
73.7”/ 1872mm
占地面积： 6.25 sq ft/0.58m2 重量： 1545lbs/705kg 断路器： 配置DC断路器
30”/762mm 30”/762mm
主屏幕
系统状态 系统模式 可用能量% 放电次数
启动按钮 关闭按钮
私营企业，成立于1998年
成功的分组了几个公司和出售先进技术系统
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Capstone Microturbine: 全球微型涡轮发动机领先者 Direct Drive System 售予FMC Group 微型涡轮发动机技术和产品 售予美国GE集团 深海采油直接驱动系统 使用高速旋转点磁轴承的永磁电机马达 8 MW； ABB 直接驱动船用发动机 英国Rolls Royce
UPS飞轮储能系统
飞轮科技的演变
Ferri F1: 19,000 RPM
Porsche : 8,000 RPM
Audi A6 2.8 : 6,800 RPM
惯性能量：动能原理
KE = m (rpm)² (旋转运动惯性能量 = 质量 x 转速平方)
低速飞轮
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质量愈大，能量愈大 双倍质量 = 双倍能量 “低速” = 1800 - 8000RPM
导致掉电的原因
资料来源：北美一知名UPS供应商
蓄电池 人为错误 其他外部因素 市电/发电机 逻辑电路板 UPS元件 断路器 其他
IEEE 1188 阀控式铅酸免维护蓄电池维护标准
每月 每季 半年 每年/首次
系统浮充电压 充电电流 温度、散热、柜体和蓄电池 蓄电池、电池架和清洁检查 单体电压 单体内阻（连接电阻、离子电导性和 极板表面电解质）
飞轮储能科技的发展
第三代飞轮 – VYCON
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高速旋转速率： 36，000 rmp 风冷 无摩擦磁轴承，免维修，免更换 永磁电机：高效率，不发热，可连续充放电 飞轮重量： 54.5 Kg (120lbs) 维修时，正常运作 安全：无须防爆外壳保护 高能量密度： 310KW 在飞轮撞击降落后，接电后重新启动 启动与关机时间短（<30min）
飞轮与蓄电池寿命期全部成本比较
蓄电池周期成本包含为蓄电池配套的电池房建筑成本，直流开关，精密 空调，消防，以及运营的空调电费，每6年更换全部电池的费用； 不含占用空间无法作为机架租金收入的机会成本
250,000
飞轮与蓄电池20年周期累积成本比较
某在建数据中心：12,000KVA，19 x 800KVA UPS， 铅酸电池后备时间15分
子菜单按钮 (会出现在所有 屏幕上)
消音按钮
当前日期和时间
飞轮可靠性
飞轮可靠性
仸何产品的可靠性与基本设计，材质，使用环境息息相关，使用客 户的特性也证明Vycon飞轮的可靠性：
无摩擦磁轴承高转速电机：高效率，高可靠，无发热问题 航天高精密度钢材做为转子 双向整流逆变系统 数位控制器DSP管理软件 超过2,500,000以上充放电循环
200,000
电池更换
150,000 Flywheel 飞轮 Battery 电池 100,000
50,000
000 RMB
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 年度
飞轮与蓄电池的运营
项目 浮充充电 工作用电 每月，每季维保 飞轮 1 -2 A x 充电电流 0.55KW 无 无 有 蓄电池
由于电池寿命是直接与放电次数，放电深度成倍数比 ，透过飞 轮处理晃电，可以减少蓄电池的放电次数和深度，从而延长 电池寿命和可靠性，以及减少电池节数； 其他影响电池寿命的有： 电池房温度 蓄电池的检测和维护 直流总线的纹波
电池保护功能 电压骤降时的保护
浮充电压 电压骤降
UPS DC Bus Voltage (dc)
普罗太克 Protek (40 – 2000kVA) 东芝三菱 100 – 800KVA Riello （40 – 800kVA）
飞轮投资报酬
储能系统20年投资报酬比较
铅酸电池 飞轮 采购次数：初期 + 3次 = 4次 20年使用寿命 每组电池配直流开关 无须空调，-10 - 45C 通风环境 电池房：设计(加强结构)，建 筑费用 自我监控 承重无须特殊设计 精密空调系统：运行温度 <25C 可直接放置于UPS房 电池监控系统：按数据中心 级别 特殊防火消防设计：气体灭 火
