飛輪電池行業分析報告

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飛輪儲能是指利用電動機帶動飛輪高速旋轉，在需要的時候再用飛輪帶動發電機發電的儲能方式。其作用原理類似玩具陀螺，當人力 對其施加動能后，即便松手，其仍然會依靠慣性繼續旋轉。隨著時間的延長，其慣性會逐漸減弱，直至停止。故其物理特性適用于短時間的電網調頻和電能質量保障。受材料工藝制約，國產化飛輪量產最大功率200KW級，各項水平較國際水平尚有差距。

“飛輪”這一儲能元件，已被人們利用了數千年，從古老的紡車，到工業革命時的蒸汽機，以往主要是利用它的慣性來均衡轉速和闖過“死點”，由于它們的工作周期都很短，每旋轉一周時間不足一秒鐘，在這樣短的時間內，飛輪的能耗是可以忽略的。現在想利用飛輪來均衡周期長達12～24小時的能量，飛輪本身的能耗就變得非常突出了。能耗主要來自軸承摩擦和空氣阻力。人們曾通過改變軸承結構，如變滑動軸承為滾動軸承、液體動壓軸承、氣體動壓軸承等來減小軸承摩擦力，通過抽真空的辦法來減小空氣阻力，軸承摩擦系數已小到10-3。即使如此微小，飛輪所儲的能量在一天之內仍有25%被損失，仍不能滿足高效儲能的要求。再一個問題是常規的飛輪是由鋼（或鑄鐵）制成的，儲能有限。例如，欲使一個發電力為100萬千瓦的電廠均衡發電，儲能輪需用鋼材150萬噸！另外要完成電能機械能的轉換，還需要一套復雜的電力電子裝置，因而飛輪儲能方法一直未能得到廣泛的應用。

近年來，飛輪儲能技術取得突破性進展是基于下述三項技術的飛速發展：一是高能永磁及高溫超導技術的出現；二是高強纖維復合材料的問世；三是電力電子技術的飛速發展。為進一步減少軸承損耗，人們曾夢想去掉軸承，用磁鐵將轉子懸浮起來，但試驗結果是一次次失敗。后來被一位英國學者從理論上闡明物體不可能被永磁全懸浮（Earnshaw定理）。出乎意料的是物體全懸浮之夢卻在超導技術中得以實現。

超導磁懸浮原理是這樣的：當我們將一塊永磁體的一個極對準超導體，并接近超導體時，超導體上便產生了感應電流。該電流產生的磁場剛好與永磁的磁場相反，于是二者便產生了斥力。由于超導體的電阻為零，感生電流強度將維持不變。若永磁體沿垂直方向接近超導體，永磁體將懸空停在自身重量等于斥力的位置上，而且對上下左右的干擾都產生抗力，干擾力消除后仍能回到原來位置，從而形成穩定的磁懸浮。若將下面的超導體換成永磁體，則兩永磁體之間在水平方向也產生斥力，故永磁懸浮是不穩定的。

利用超導這一特性，我們可以把具有一定質量的飛輪放在永磁體上邊，飛輪兼作電機轉子。當給電機充電時，飛輪增速儲能，變電能為機械能；飛輪降速時放能，變機械能為電能。圖中超導體是由鋇釔銅合金制成，并用液氮冷卻至77K，飛輪腔抽至10-8托的真空度（托為真空度單位，1Torr（托）=133.332Pa），這種飛輪能耗極小，每天僅耗掉儲能的2%。