展示目的及科学原理
展品通过模型互动与图文灯光演示的形式,让观众了解飞轮储能的工作原理,同时引导观众关注飞轮储能技术在各个领域的应用。
操作方式
飞轮储能是一种源于航天领域的物理储能技术,是指利用电能驱动飞轮高速旋转,将电能转换为机械能,在需要的时候通过飞轮惯性拖动电机发电,将储存的机械能变为电能输出的一种储能方式。其加减速的实现是靠电机驱动的。
飞轮储能具备以下优势:功率特性好,响应速度快,可实现毫秒级大功率充放电、可靠性高;高效率、免维护,磁悬浮支撑无摩擦损耗,系统维护周期长;不受重复深度放电次数影响,使用寿命一般在 20 年以上;适用温度宽泛,容量特性不受高低温影响,工作温度一般在-10 至+40℃;无化学物质,绿色环保、 无污染。
飞轮储能技术早期应用于特殊场合的UPS(不间断电源),后又移步到轨道交通的制动能回收。目前飞轮储能设备主要的应用市场包括轨道交通动力回收和电网调频,其中电网调频的装机比例超过了80%。
飞轮储能技术的优势是快充快放,连续充放电,深度充放电。不间断电源(UPS)难以发挥飞轮储能这个优势。轨道交通的制动能回收也不能充分发挥。整个场景最大的需求就是电网的调频,即响应调度中心的充放电指令,平抑电网的有功功率波动。
在传统电力系统中,电网的频率波动仅来源于电力用户的非计划性用电行为,依赖水电机组、火电机组的调节,即可保证电网的稳定。且电力负荷的增加,大多数依靠新增更多的火电机组和水电机组,电网的快速调节能力可以同步增加。
新能源发电不但自身难以具备与水电机组、火电机组同等的调节能力,还因新能源发电的天然波动给电网增加了新的波动性。传统发电机组难以承受这样的波动,这就需要储能装备协助传统发电机组,共同承担稳定电网的责任。
目前飞轮储能设备主要的应用市场包括轨道交通动力回收和电网调频,其中电网调频的装机比例超过了80%。在电力系统中飞轮储能最适合的场景是一次调频,该领域需求爆发始于去年。随着大规模新能源并网,整个电网频率的波动越来越大,迫切需要飞轮储能这种短时高频的储能技术支持。
飞轮储能除了在电力系统应用外,还有很多其他应用领域,比如,用在不间断电源保障、电能质量治理、国防、能量回收等很多领域。
展品旨在展示飞轮储能的工作原理。设置飞轮储能模型,观众通过透明护罩可直接观察其内部结构,引导观众思考每个零件起到的作用。通过手柄互动的方式启动飞轮装置,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,经电力转换器输出电流与电压,完成机械能到电能转换的释放能量过程。
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