高压直流联合飞轮储能系统应用初探.pdf

合｝林明，李彤。赵晓峰，李为，薛田
Ｇｅｎｅｒａｌ｝高压直流联合飞轮储能系统应用初探

飞轮存储能量的表达式为２联合系统节能减排、社会与经济效益分析
Ｅ＝丁ｏ）２（１）
２．１节约能源
式中：２．１．１高压直流供电系统与传统ＵＰＳ系统的比较
Ｉ，——飞轮绕旋转轴的转动惯量首先，高压直流供电系统与传统ＵＰＳ交流系统相
由于现代飞轮储能系统综合了先进的复合材料转比，二者白昼效率几乎相当（约９２％），高压直流系统夜
子、磁轴承、高速电机及功率电子技术，从而极大地提间效率约９２％，而ＵＰＳ系统会降至约８２％，故全天节电
高了性能。２０００年前后，以美国为代表的现代飞轮储比约５％；其次，处于备用状态下的单台ＵＰＳ系统，会有
能商业化产品已开始推广，设备得到了逐步应用。如约２％的自耗损失，即折算给高压直流单机节电率约
ＡｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒ公司１００～２０００ｋＷｌｅａｎＳｏｕｒｃｅ系列ＵＰＳ２％；再者，Ｉ类高压直流系统的功率因数为９９％，ＵＰＳ
系统已用于精密电子生产企业、信息数据中心及网络系统的功率因数一般为９０％，单机对电网的无功损耗
通信系统等，满足了高级用户高质量供电需求。目前，节电率为９９％－９０％＝９％。
全球至少有３０００套基于飞轮储能的大功率绿色电源综上所述，单机高压直流供电系统相对于ＵＰＳ单
已安全运行了上千万小时］。机的节电率为１６％，２４０Ｖ／２００Ａ高压直流系统单机年
１．２．２与传统化学储能的比较节电为２４０×２００×２４×３６５×１６％＝６．７３ｘ１０４（ｋＷｈ），节能
１．２．２．１与传统铅酸蓄电池可靠性的比较效果显著。
据统计，ＵＰＳ系统电源７０％的故障是由蓄电池引２．１．２飞轮储能系统与传统铅酸蓄电池储能的比较
起的；发电机是靠蓄电池提供启动电流启动的，而传统铅酸电池有自损，８００Ａｈ电池的自损电流约
９０％的启动失败也是由蓄电池引起的。蓄电池已成４Ａ，年自损耗电为（３８４ｘ４／１ｏｏｏ）ｘ２４ｘ３６５￣１．３５×１０
为传统ＵＰＳ系统最不可靠的三大原因之一＿６。传统（ｋｗｈ）。其次，铅酸蓄电池对环境温度要求较高，该电
铅酸蓄电池是由许多单体电池串联而达电压等级池组的空调按４ｋＷ显冷量设置，空调能效比为２．５，为
的。串联系统的可靠性是各组件可靠性的连乘结果，蓄电池组配置的空调耗电为（４ｋＷ／２．５）ｘ２４ｈ／天ｘ３６５
低于单个组件可靠性。而飞轮储能设备的串联级数天１．４ｘ１０４ｋｗｈ。而飞轮储能系统年摩擦耗电（单台
很少，平均无故障时间在１７５２００ｈ以上，可靠性远高自损为３Ａ）为（２２０×３×２／１０００）×２４×３６５￣１．１５×１０
于铅酸电池组。（ｋＷｈ）。综上所述，单台飞轮储能系统每年可省电
１．２．２．２与传统铅酸蓄电池安全性的比较１．６ｘ１０（ｋｗｈ），节能效果明显。
首先，传统铅酸蓄电池的使用寿命仅为５—６年，２．２减少排放
而飞轮储能设备的使用寿命可达２０年。铅酸电池的２．２．１高压直流供电系统与传统ＵＰＳ系统的比较
放电能力会随着使用年限的增加而降低，这将使系统相较同容量的传统ＵＰＳ交流系统，一套２４０Ｖ／
备电时问减少，从而造成事故隐患。２００Ａ高压直流系统每年可节电６．７３万ｋｗｈ，相当于
其次，飞轮储能设备采用操作方便的液晶触摸屏少消耗８．２８ｔ标准煤，也相当于少排放６０．８ｔＣＯ：。
人机交换界面，能实时监测并记录各种工作状态，可实２．２．２飞轮储能系统与传统铅酸蓄电池储能的比较
现远程监控、数据拷贝及上传等功能，智能化程度高，相较同容量的传统铅酸蓄电池储能系统，单台飞
容易纳入环境动力监控系统，发生事故时可及时被监轮储能系统每年可节电１．６ｘ１０（ｋｗｈ），相当于少消耗
测到，从而间接地提高了飞轮储能系统的安全性。１．９７ｔ标准煤，也相当于少排放１４．４６ｔＣＯ。
１．３小结２．３社会与经济效益
由上述可知，高压直流供电系统和飞轮储能系统联合系统飞轮采用无蓄电池储能技术，生产和运
的可靠性和安全性，分别优于传统ＵＰＳ系统和铅酸蓄行过程均不对环境产生污染，系统效率高、能耗低，大
电池，所以由高压直流供电系统和飞轮储能系统组成大减少了发电厂的ＣＯ排放量。而传统蓄电池式电源
的联合系统的可靠性和安全性，必然优于传统蓄电池系统中的蓄电池对环境的严重污染和腐蚀问题是难以
型ＵＰＳ交流供电系统。下面将着重分析联合系统的节避免的，系统效率低、能耗高，ＣＯ排放量十分巨大。
能减排、社会与经济效益，看是否具备应用推广条件。随着社会的不断发展、生活水平的不断提高，人民大众

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林明，李彤，赵晓峰，李为，薛田ｉ综合
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的环保意识也在不断增强。在许多领域中，人们已不
能接受化学蓄电池的弊端，而逐渐将目光