[實用新型]兩級飛輪儲能裝置

有效

• 申請號: 201320221310.7
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN203219103U
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 儲江偉;李洪亮;田廣東;孫中鑫;王伊安;齊鵬
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種飛輪儲能系統，屬于能量存儲技術領域。

背景技術

目前，公知的儲能方式主要是化學電池、燃料電池以及飛輪儲能等。由于飛輪儲能具有無污染、效率高、壽命長、使用方便等特點，可廣泛應用于電動汽車、航空航天、電網調峰、不間斷電源等領域。飛輪儲能是利用電動機將電能轉換為動能儲存起來，即電動機驅動飛輪轉動將電能轉換為動能。儲存能量釋放時，飛輪驅動發電機將動能轉換為電能。飛輪儲能裝置主要由飛輪、軸承、電機、真空容器及控制裝置等組成，其儲能性能的評價指標是：能量密度（W·h/kg）和功率密度（W/kg）。

根據飛輪儲能的基本原理，其存儲能量的大小與飛輪轉動慣量和飛輪轉速的平方成正比，而轉動慣量又與飛輪的質量和轉動半徑的平方成正比。受普通鋼鐵材料強度的影響，飛輪邊緣的線速度被限制在50m/s～90m/s的范圍內，所以飛輪半徑的增大也有限；除非采用高強度的碳纖維材料制作飛輪，可以增大飛輪的半徑。因此，為提高飛輪儲能裝置的性能，一般的技術途徑是提高飛輪的轉速和減輕飛輪的質量，以及利用磁懸浮和真空技術將飛輪轉子的摩擦損耗和風損耗降到最低限度。

發明內容

本實用新型是在上述飛輪儲能裝置的基礎上采用兩級飛輪，構成整體重量輕、當量轉動慣量大的飛輪儲能裝置，提高飛輪的儲能性能。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：兩級飛輪儲能裝置由第一級飛輪、軸與軸承，第二級飛輪、軸與軸承，第一級齒輪與第二級齒輪，電動機與發電機，離合器以及箱體組成。其基本工作過程是：第一級飛輪與第二級飛輪之間采用齒輪傳動，輸入能量由第一級傳遞到第二級，且第一級與第二級之間采用增速傳動方式；第一級飛輪軸的能量輸入端與電動機聯接，能量輸出端與發電機聯接，從而實現能量的存儲與對外輸出。其目的是：實現第一級飛輪的半徑和質量相對大，以低速運轉與目前常用的電動機和發電機的額定轉速相匹配；第二級飛輪的半徑和質量相對小，以高速運轉增加存儲能量。

由于第一級和第二級飛輪存儲的能量分別為：

E₁=（J₁×ω₁²）/2，E₂=（J₂×ω₂²）/2

其中，E₁，E₂分別為第一級飛輪和第二級飛輪的存儲能量；J₁，J₂分別為第一級飛輪和第二級飛輪的轉動慣量；ω₁，ω₂分別為第一級飛輪和第二級飛輪的旋轉角速度。

兩級飛輪儲能裝置的存儲總動能為：

E₀=E₁+E₂=（J₁×ω₁²+J₂×ω₂²）/2=ω₁²/2×[J₁+J₂（ω₂/ω₁）²]

因此，第二級飛輪的轉動慣量轉換到第一級的當量轉動慣量為：

J₂₁=J₂（ω₂/ω₁）²

兩級飛輪儲能裝置的當量轉動慣量J₀為：

J₀=J₁+J₂₁=J₁+J₂（ω₂/ω₁）²

設第一級飛輪質量M₁是第二級飛輪質量的i倍，即M₁=i×M₂；第一級飛輪的半徑R₁是第二級飛輪半徑R₂的j倍，即R₁=j×R₂；ω₂/ω₁=q時，儲能裝置的當量轉動慣量J₀為：