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飞轮是一个非常重的轮子,以前是一个大的辐条轮,具有重金属轮辋,但现在更常见于碳纤维复合材料,具有较小的圆柱形形式,只有大约四分之一的圆柱形。在这两种情况下,原理是相同的 - 它需要将车轮转动设定的显着力,并且可以阻止其旋转。换句话说,它具有高角度的动力。
其结果是,在高速下,它能够储存大量动能,这使它成为一个机械电池。也就是说,它以动能的形式储存能量,而不是像传统电池那样储存化学能。
从理论上讲,飞轮应该能够快速存储和提取能量,并在高速下释放能量,而且在其使用寿命中可能的总循环次数没有任何限制。然而,它们的成本、重量和能量密度一直是飞轮的传统问题。随着材料科学和旋转系统设计的进步,这些问题正在得到解决。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球环境问题也推动了飞轮储能系统(FESS)的研究。
飞轮通常又大又重,因为这样可以储存更多的能量。另一方面,更小、更轻的轮子也被用于许多情况,因为它们可以旋转得更快,从而产生更多的动能。因此有不同大小和形状的飞轮。随着现代轻质复合材料和陶瓷的出现,飞轮现在通常更小,能够高速旋转。
飞轮是如何工作的?
FESS由一个沉重的旋转部件飞轮和一个电动马达/发电机组成。内置电机利用电力高速旋转,使飞轮以运行速度旋转。这就导致了动能的储存。当需要能量时,电机就像发电机一样工作,因为飞轮将旋转能量传递给它。这被转换回电能,这样就完成了这个循环。
当飞轮旋转得更快时,它会承受更大的力,从而储存更多的能量。
因此,飞轮在旨在取代典型的铅酸电池的储能系统领域显示出巨大的前景。
对于飞轮,动能的计算方法与旋转物体的计算方法相同
E =ω2½
I是惯性矩,它取决于实际质量和质量从旋转中心的位置,离中心越远,惯性矩越高。
ω为飞轮的角速度。
因此,在惯性矩的时刻最好的飞轮可以是更大,辐射和轻质的,但具有重的金属边缘。如果轮辋是原始的两倍,这将存储较轻轮辋的能量,但是机械限制相应地增加。另一方面,将旋转的速率加倍角速度的两倍,这意味着所存储的能量是四倍的!
飞轮启动轴承,需要适当的润滑以减少摩擦力。空气阻力也必须尽可能地减小。由于这个原因,飞轮的最新发展是将它们安装在密封金属气缸内的低摩擦轴承上,或者更好的是,将它们漂浮在超导磁铁上,这几乎完全避免了摩擦,并将它们放置在真空室中,以避免空气阻力。
该居民能够为短暂的时间产生几MW的功率。Flywheels最适合在短短的12-60秒内生产100 kW至2 MW的高功率输出。峰值输出,在125 kW为16秒,足以提供2 MW一秒钟。
飞轮有两种基本配置。在一种类型的飞轮连接在轴上,两者一起旋转。这被称为传统转子。另一种类型是由一个绕着不动的轴旋转的飞轮组成,也称为由内而外的转子。
传统转子系统的优点
第一种系统的优点是:
- 采用更小、更轻的磁性轴承
- 轻量级较小的电机/发电机系统
- 更容易的热量从电机/发电机,从而使更少的散热
- 对磁轴承和电机转子部件的应力较小
- 定子远离旋转转子的延伸,这消除了充电模式下的磁阻损失(否则,这些损耗可能在12小时内几乎完全放电),允许充电保留一个月
内-外转子系统的优点
该系统的优点:
- 紧凑的配置
- 只有转子和轴之间的连接是通过磁轴承的
- 固定轴可以提供柱状支撑
配置
电动机/发电机通常是基于永磁的机器,因为这些效率较高并且对于任何给定的功率额定值较小。它们还具有较低的转子损耗和绕组电感,使得它们在真空操作环境中更加可行,并且适用于飞轮应用的典型快速传递。
能量存储本身是使用基于igbt的三相PWM逆变器/整流装置来实现的。
磁力轴承由永磁体组成,利用斥力保持飞轮的重量悬浮,同时使用电磁铁稳定飞轮。高温超导磁轴承在这里是首选,因为他们自动定位飞轮不需要电力或定位控制系统。
外部电感也是必要的,因为当在充电模式下与机器串联使用时,总谐波失真降低到正常范围内。否则,永磁体将提供低电感,这将增加THD,并导致更高的功率损耗和温度增加。
FES具有三种工作模式,充电模式,待机模式和放电模式。
优势
使FESS如此吸引人的好处包括:
- 高功率密度
- 高能量密度
- 寿命与充电深度或放电周期无关
- 维修费用低
- 短暂的充电时间
- 由于真空环境,与温度无关
- 环保材料和工艺欧洲杯足球竞彩
缺点
然而,FESS也有一些问题:
- 要求坚固和耐用轴承,摩擦损失低
- 随着储能的增加,机械限制
- 破碎或机械破裂的危险在700M/秒左右
- 故障模式可能有潜在的危险
- 放电时间短
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