高温超导飞轮储能简介

1.储能模式介绍

储能技术有哪些种类，它们的特点是什么？

2.飞轮储能简介

2.1飞轮储能轴承

从图中可以看出，飞轮储能系统大致分为以下几个部分:

真空外壳

真空外壳是飞轮储能装置中的一个辅助系统。将高速旋转的飞轮转子置于真空中，主要是为了减少飞轮转子系统的风阻损失。Acamley等人的研究结果表明，高真空度会降低储能系统内部的散热能力，导致飞轮转子温度升高。与高真空状态相比，氦气环境更有利于减少风损。

飞轮转子

早期的飞轮转子多由钢或铝合金制成，具有重量大、转速慢、储能密度低的缺点。为了提高其性能，目前采用高性能连续纤维为增强体，树脂材料为基体，结合预应力缠绕技术和多环过盈配合，制造出重量轻、储能密度高的复合材料飞轮转子。法国Socomec和美国Beacon Power生产的储能系统都采用复合材料飞轮转子。

支援系统

车轮储能系统的轴承支撑方式主要有机械轴承、被动磁轴承和主动磁轴承。当飞轮转子高速旋转时，传统的机械轴承会消耗更多的能量。为了提高整个储能系统的效率，常采用磁力轴承作为一种低能支撑方式。但为了避免磁轴承失效对转子系统造成的损害，目前采用的是机械辅助轴承结合磁轴承的支撑方案。

多功能一体机

集成的电动机/发电机是整个飞轮储能系统的核心动力源。机械能和电能的转换是通过动力/发电机的相互转换来实现的。使用一体式电动机/发电机可以大大提高整个系统的空间利用率，降低储能系统的整体重量。

整流器

功率变换器是储能飞轮系统中能量转换控制的关键部件，具有调频、恒压和整流功能。功率变换器的应用提高了飞轮系统的灵活性和可控性。在充电过程中，功率变换器采用恒转矩控制和恒功率控制两种变频控制方式，将交流电转换成直流电，驱动电机加速飞轮转动。当飞轮达到最高转速时，功率转换装置提供低电压来维持飞轮的转速，减少转子系统的能量损失。

2.2高温超导轴承

早在1945年就提出了用超导体实现磁轴承的设想，但直到1987年发现了工作在液氮温度范围(77 K)的YBCO高温超导材料，这一设想才成为现实。高温超导体独特的磁通钉扎特性使SMB能够在没有任何外部控制的情况下实现稳定悬浮，对研究人员显示出巨大的吸引力。

基于高温超导材料的磁通钉扎特性，SMB显示出许多优点:

没有稳定悬挂的来源，没有额外的控制环节。

转速高，实验转速达到520 000 r/min。

损耗小，摩擦系数仅为10-7，高于机械轴承(10？3)和常导(电磁)磁轴承(10？4)摩擦系数低几个数量级。与现有的机械轴承和主动磁轴承相比，SMB的优势主要体现在以上三点。

飞轮储能轴承主要分为三大类:机械轴承、AMB主动磁轴承和SMB超导磁轴承。他们的比较如下:

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表1:机械轴承、主动磁轴承和SMB的性能比较

超导磁轴承主动磁轴承机械轴承

摩擦系数1e-71e-41e-3

磨损

控制系统是否可用

辅助部件低温装置传感器无

没有速度限制

低承载力和高承载力

低刚度和高刚度

那么这里的数量级是什么概念呢？

2.3碳纤维飞轮

碳纤维飞轮

飞轮转子材料性能的比较

材料名称材料强度GPa材料密度kg/m3储能密度Wh/kg

铝合金0.6280036.1

高强度钢2.7800056.8

e玻璃纤维3.531.9

玻璃纤维4.82520320.6

凯夫拉纤维3.81450441.1

光谱纤维3.0970520.6

碳纤维T7007.01780662.0

碳纤维t10005438+00.338+07945.7

【1】中国继续“包菜”碳纤维T700每公斤200元。

当时国内较大的碳纤维企业有:上海石化公司腈纶事业部、中孚申英碳纤维有限公司、浙江聚鑫碳纤维有限公司、Xi安康奔材料有限公司、沈阳中恒新材料有限公司、吉林碳纤维高新技术产业化基地、哈尔滨天顺化工科技发展有限公司、金发科技碳纤维、中国石油天然气集团公司等。

2.4电力电子部分

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2.5模块化和集群设计

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成本计算

特斯拉Powerwall

10千瓦小时13，000美元

10千瓦时3500美元

相比之下，Primus Power生产的250kW液流电池价格为500美元/千瓦时，Aquion生产的纳米离子电池价格大致相同。穆迪2015年6月的报告估计，“如今电池的投资成本接近500-600美元/千瓦时。”

储能主要分为两种，能量型和动力型。能量型储能容量大，反应速度慢，充放电次数有限。功率型响应速度快，容量小。

无论是超导磁储能还是高温超导飞轮储能，主要优势都在于放电功率大。与化学储能相比，自放电率不明显，但可以相差无几。超导线圈、高温超导轴承、GM制冷技术也比较成熟，国产T-800碳纤维丝、YBCO带都可以量产。

主要问题是价格。特斯拉的Powerwall可以做到3500美元，电池10千瓦时，一般化学电池500美元/千瓦时。SMES国产样机能做到1MJ，美帝100MJ，日本2.4GJ注意，1kWh=3.6MJ，而1MJ的样机在体积、重量、价格上都高于Powerwall，优势只在于循环次数、放电深度、放电功率。高温超导飞轮储能也是如此，其单位质量/体积能量比SMES还要差，但其电力电子部分更简单。毕竟飞轮+电机不需要屏蔽强磁场。HTS-FESS国产样机1MJ，美国波音10kWh。

给大家算算臂章，2GJ=555 kWh，一次充50美分，最大功率型就省了280元，但这个成本至少几百万人民币。所以电力储能作为大规模储能的成本还是太高。(否则称为动力型)

所以目前所有的应用都是在军事领域和示范工程，大规模应用的话成本有点高。目前的出路在于多元复合储能、错配储能和动力储能，实现能量管理和动态调节的平衡。

重读题目，我惊骇不已，整篇文章跑题了，我回复如下:

我个人认为没有任何技术问题。毕竟美日德都是花钱闯出一条路来的。

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