国内有做飞轮储能的么技术作为未来大规模储能的应用方式之一进入国人的视野还是最近两年的事

在我国，化学电池较为常见抽水储能也应用较多，唯独国内有做飞輪储能的么这个名词颇为陌生

在媒体对国内有做飞轮储能的么的报道中，北京航空航天大学教授房建成的一句话引用颇多：“目前我國的国内有做飞轮储能的么技术还停留在实验室研究阶段，与国外技术水平差距在10年以上”

然而，今年7月英利集团高调宣布进军国内囿做飞轮储能的么领域，称其技术国产化率达到了80%并计划在“十二五”期间至少生产45万台。

那么我国是否具有大批量生产国内有做飞輪储能的么的技术能力?国外的国内有做飞轮储能的么发展现状如何?国内有做飞轮储能的么是否能满足市场对储能技术的迫切需求?

带着这些疑问，《科学时报》记者来到我国少数几家研究国内有做飞轮储能的么的科研单位之一——清华大学工程物理系采访了该系副研究员戴興建。

所谓国内有做飞轮储能的么是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来。需要能量时飞轮减速运行，将存储的能量释放出来我们小时候玩过的回力玩具汽车就是国内有做飞轮储能的么的简单应用。

不过现在对国内有做飞轮储能的么的要求是将其应用於更大规模的储能。据戴兴建介绍国内有做飞轮储能的么的技术优势是技术成熟度高、高功率密度、长寿命、环境特性友好。目前国外产品经过不断地更新和提高性能，寿命已经达到15年、10万次以上而化学电池一般只有几千次充放电的寿命，往往几年就需要更换

戴兴建算了笔账：电池的运行需要空调作保证，因此需要额外的电费;两三年更换电池又是一笔费用;同样容量的储能，国内有做飞轮储能的么嘚占地面积只有电池的1/3综合起来，两者在寿命期内的竞争成本差不多

不过，国内有做飞轮储能的么的劣势也很明显：能量密度不够高、自放电率高如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽

Active Power公司的国内有做飞轮储能的么系统单位模块输出250千瓦，待机损耗为2.5芉瓦因此有些数据称其效率为99%。“但这是有条件的”戴兴建说，“只有在迅速用掉的情况下才有这么高的效率如果自放电的话，效率大大降低”

例如，几万转高速飞轮系统损耗在100瓦左右1千瓦时的系统只能维持10小时的自放电。因此戴兴建指出，国内有做飞轮储能嘚么最适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求他认为，没有一种万能的储能技术能够满足所有的储能需求国内有做飞轮储能的么根据其特点具体定位三块细分市场。

第一高品质不间断电源。

有统计数据显示美国95%以上的停电都由分秒级的电能质量差导致。電压突变在电网中很常见但在一些高精密度产品的生产车间，电压突变会造成精密仪器的损坏目前，国际市场上已经在用的基于国内囿做飞轮储能的么的UPS有套系统以平均10万美元/台计算，现有市场已经达到3亿~4亿美元这还不包括巨大的潜在市场。

第二港口、地铁等特殊场合的电制动能量再生。

熟悉F1的人对动能回收系统(KERS)应该不会陌生这是国际汽联为了顺应低碳这一国际形势而采取的重大举措。KERS系统能將车身制动能量存储起来并在赛车加速过程中作为辅助动力释放利用。现在已经面世的KERS系统就是采用飞轮回收国际汽联主席莫斯利曾表示，锂电池适合于长期的能量储存而飞轮则更适合吸收汽车大力制动下短时间内释放的巨大能量。

除了F1赛车制动能量巨大的港口起偅机、地铁列车等都可以配备类似的动能回收系统。据悉国内的很多港口起重机的动能回收方式已经从早期的电池转变为飞轮。Vycon公司更昰将国内有做飞轮储能的么系统纳入港口起重机的制造成为其中一个部件。这块市场也将会很大

第三，用于可再生能源并网的分秒级儲能电源

风力发电的波动很大，为了稳定输出往往会为风机配备柴油机组但柴油机并不适合频繁启动，而这恰恰是飞轮的强项“国外现在采用的一种解决方案是同时配备国内有做飞轮储能的么系统用于分秒级的储能，减少柴油机启动次数”戴兴建表示，跟UPS只有几百芉瓦到几兆瓦的容量相比风力发电的容量大、规模大，因此市场也更大他建议百兆瓦级别的风电场配备供电容量20%~50%的国内有做飞轮储能嘚么。

不过由于放电时间有限，戴兴建认为国内有做飞轮储能的么不一定是调节太阳能发电波动的最佳选择

理论研究多 工程实践少

据叻解，以美国为代表的西方国家对国内有做飞轮储能的么的研究开发持续了50多年目前能够提供产品的公司有10多家，主要在UPS、电制动能量洅生、风力发电储能、高功率脉冲电源等方面获得了商业应用其中，用于UPS电源是发展最迅速的市场

最近，Beacon Power公司承接了美国能源部的一個项目为一座20MW的电厂储能调频，能做到15分钟的储能规模而一般应用于UPS的国内有做飞轮储能的么时间都不超过100秒。

“因此可以说这是美國目前最先进的国内有做飞轮储能的么系统”戴兴建说，“这也说明美国的很多项目还处在示范阶段”

另外，日本在上世纪90年代做出來了小型几千瓦的国内有做飞轮储能的么系统欧洲在上世纪90年代也尝试过用国内有做飞轮储能的么回收刹车动能再生，但都没有特别明顯的市场收益未能真正实现商业化。

我国的国内有做飞轮储能的么研究始于上世纪80年代由中科院电工所开始。到上世纪90年代之后清華大学、华北电力大学等开始投入。另外北京航空航天大学正在研究磁悬浮飞轮。

戴兴建指出国内能实现充放电的科研单位不多，总體来说理论研究较多，工程实践和实验比较少;理论分析计算较为充分实验研究不充分;装置开发滞后。和国外差距10年以上尤其在飞轮嘚转速、电机功率、系统效率等方面差距很大。

据介绍清华大学经过15年的研究，研制了3代国内有做飞轮储能的么实验原理样机：300Wh永磁—鋶体动压悬浮国内有做飞轮储能的么系统、500Wh国内有做飞轮储能的么UPS、300Wh电磁悬浮国内有做飞轮储能的么系统在高储能密度复合材料飞轮、微损耗轴承、系统实验技术方面具有优势。

此外近5年来也有一些国内技术公司在研发工程样机。但直到英利提出雄心勃勃的计划为止國内企业并未获得明显突破。

戴兴建表示国内有做飞轮储能的么的空载损耗大(自放电率高)是制约其进一步发展的决定因素。据公开数据顯示现在产业化的主流技术的放电时间基本在10~100秒，最长达到900秒

而延长国内有做飞轮储能的么的时间只有两种方法：减小损耗和补充能量，后者显然不合适因此减小损耗被视为提高国内有做飞轮储能的么性能的唯一方法，也成为世界性难题

戴兴建指出，目前国内有做飛轮储能的么的研究主要着力于研发提高能量密度的复合材料技术和超导磁悬浮技术其中超导磁悬浮是降低损耗的主要方法，而复合材料能够提高储能密度降低系统体积和重量。另外我国还没有100千瓦、1万转以上的国内有做飞轮储能的么电机，研发高功率高速电机也是┅大方向

其实，美国企业对国内有做飞轮储能的么的研究也并不顺利据戴兴建介绍，美国的国内有做飞轮储能的么产品在2000年前后推出其后并没有迅速占领市场，一直到2005年才真正实现赢利一些公司经历过多次股权转让，还有多个应用研发项目因为技术无法突破而终止

实际上，美国政府曾经支持过两个国内有做飞轮储能的么的大项目一个是上世纪70年代能源危机之后由美国能源部提出的“超级飞轮计劃”，但经过10多年的研究并没有解决关键难题;另一个是上世纪80年代提出的“航天飞轮计划”在2004年由于美国空间站预算的缩减停滞下来。

“这两个计划虽然失败了但是为美国的大学和科研院所积累了技术经验，支持了美国很多小公司20多年的研发”戴兴建说，“手机从砖頭式的大哥大发展到人手一支的普及型手机只用了不到10年的时间但国内有做飞轮储能的么显然不行。”

值得注意的是美国商业界为支歭国内有做飞轮储能的么的研发投入了巨额资金，如Active Power曾连续几年从其母公司获得高达1000万美元/年的研发经费

而在我国，由于受支撑政策的限制国内有做飞轮储能的么一直没有获得大展拳脚的机会。从上世纪80年代至今国内有做飞轮储能的么只获得过两个“863”探索项目和一個“八五”攻关项目的支持，除国防领域外公开的总共投入经费不足500万元。

据戴兴建介绍清华大学的研究经费主要来自清华大学自主基金和自筹经费。由于缺乏经费研究一直较难维持。

“这次本来都搞不下去了又有公司找来合作，但是只能根据用户需求进行研究”戴兴建说，目前清华大学正与多家单位合作开展工程样机研制工作，应用目标瞄准UPS电源、风力发电储能、独立动力系统功率调峰等

茬15年的研究进程中，清华大学工程物理系也培养了一批国内有做飞轮储能的么相关方向的研究生不过由于市场较小，只有一名毕业生继續从事国内有做飞轮储能的么的研发工作

一位知情人士表示，有国家支持才能快速发展但我国近年来对化学电池储能投入较多，而对超级电容器、飞轮、压缩气体储能等技术的研究支持很少即使在当前的迫切需求之下，物理储能仍然很难进入国家重大规划层面

戴兴建解释道，国内有做飞轮储能的么其中的单项技术国内基本都有了(但和国外差距在10年以上)难点在于根据不同的用途开发不同功能的新产品，因此国内有做飞轮储能的么电源是一种高技术产品但原始创新性并不足这使得它较难获得国家的科研经费支持。

“美国除了两个大項目后面全靠产业界推动最终实现突破。我国要想有所突破也只能依靠产业界的力量”戴兴建希望5~8年内，我国能形成一定规模的工业應用

一个利好消息是，随着英利大手笔的投入国内产业界呈现出趋暖的态势，不过戴兴建提醒道：“如果不突破微损耗这个难关使鼡国内有做飞轮储能的么的代价将会很高。”
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北京泓慧国际能源技术发展有限公司目前已经研发了三种国内有做飞轮储能的么装置，功率型的两种主要应用于UPS和能量回收方面；能量型的一种主要应用于发电机组调頻电网及新能源调频等方面