[發(fā)明專利]一種儲(chǔ)能飛輪

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810495532.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109474120A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈一平;周建其;張志芳;肖治宇;溫鎮(zhèn);錢偉杰;唐昕;柳雨晴;李元鋒;吳正清;魏敏;魏鵬;戴志剛;沈健;彭晉;蔣倫;陳新華;范九鑫;宋鵬超;黃潔;顧曦華;沈朗;劉強(qiáng)強(qiáng);陳冰晶;雷振;劉明華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司;國(guó)網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司;國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司
• 主分類號(hào): H02K7/02
• 分類號(hào): H02K7/02;F03B1/00;F03B13/00
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及機(jī)械儲(chǔ)能裝置，具體涉及一種儲(chǔ)能飛輪。包括飛輪、第一支撐板、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、第二支撐板、水池、水輪發(fā)電機(jī)、抽水機(jī)、注水管和控制器，飛輪包括儲(chǔ)水部、注水部、排水部和安裝部，排水部位于儲(chǔ)水部軸心處，注水部固定在儲(chǔ)水部上方，排水部穿過(guò)第一支撐板和第二支撐板，安裝部與第一支撐板鉸接連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)均固定安裝在第二支撐板上，水輪發(fā)電機(jī)和抽水機(jī)安裝在水池上方，水輪發(fā)電機(jī)與排水部位置匹配，注水管第一端與抽水機(jī)輸出端連接，注水管第二端與注水部匹配。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果是：提高飛輪儲(chǔ)能的效率，減小飛輪儲(chǔ)能過(guò)程中摩擦力造成的能力損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械儲(chǔ)能裝置，具體涉及一種儲(chǔ)能飛輪。

背景技術(shù)

目前技術(shù)最為成熟的儲(chǔ)能方式為抽水儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能，抽水儲(chǔ)能是將低處的水抽到高處，將電能轉(zhuǎn)換為水的勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，在放電時(shí)將高處的水釋放，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪儲(chǔ)能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存電能，在電能富余時(shí)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在放電時(shí)利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪儲(chǔ)能所需的空間小、部署簡(jiǎn)單快速、最低儲(chǔ)能門檻低，因而適合應(yīng)用在包含清潔能源的區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)中，當(dāng)太陽(yáng)能、風(fēng)能等出力突然增大，電網(wǎng)來(lái)不及消納時(shí)，由飛輪儲(chǔ)能裝置暫時(shí)儲(chǔ)存，隨后電網(wǎng)中熱力發(fā)電裝置減少出力，將飛輪儲(chǔ)存的電能釋放消納。但是，飛輪儲(chǔ)能過(guò)程中由于摩擦力的存在會(huì)不斷損失能量。如何降低飛輪儲(chǔ)存過(guò)程中摩擦力造成的能量損耗成為目前飛輪儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域熱門的課題。

中國(guó)專利號(hào)CN201113653Y，公開(kāi)日2008年9月10日，一種磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置，包括前端蓋的內(nèi)端面軸承座有磁懸浮軸承，后端蓋的內(nèi)端面軸承座有磁懸浮軸承，兩套磁懸浮軸承分別安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端上，裝在轉(zhuǎn)軸坤端的飛輪之間用平鍵連接，電控制器輸出端接線接通電機(jī)的輸入端，機(jī)械泵抽氣管口接上抽氣管一端，抽氣管另一端接通殼體內(nèi)的氣管嘴，水泵輸出端接通出水管一端，出水管的另一端分別接通夾層前端蓋進(jìn)水嘴、夾層殼體進(jìn)水嘴、夾層后端蓋進(jìn)水嘴，水泵分別接通前端蓋、殼體、后端蓋的進(jìn)水嘴和出水嘴。其有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行成本低、無(wú)需注滑、振動(dòng)小、噪聲低、溫升低、電機(jī)轉(zhuǎn)速易提高的優(yōu)點(diǎn)。但其實(shí)現(xiàn)技術(shù)效果的核心是磁懸浮軸承以及抽成真空的殼體，永磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度有限，因而使用永磁鐵的磁懸浮軸承的承載能力有限，而使用電磁鐵的磁懸浮軸承需要耗能，且磁懸浮技術(shù)難度大成本高維護(hù)難，因而其儲(chǔ)能容量有限、成本高。

旋轉(zhuǎn)飛輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于受到摩擦力和空氣的阻力而導(dǎo)致能量損失，而其中摩擦力導(dǎo)致的能力損失占據(jù)主要，飛輪所受摩擦力僅與飛輪重量和軸承摩擦系數(shù)有關(guān)，摩擦力導(dǎo)致的能量損失的功率為P0=μMgwr²/2，其中μ為軸承動(dòng)摩擦系數(shù)，M為飛輪總質(zhì)量，g為重力加速度，w為飛輪旋轉(zhuǎn)角速度，r為飛輪半徑，在給定機(jī)械裝置且裝置良好運(yùn)行的前提下，摩擦力導(dǎo)致的能力損失的功率正比于w；此時(shí)飛輪儲(chǔ)存的能量為W=Jw²/2，其值正比于w²。

由此可知，當(dāng)w增大時(shí)，飛輪儲(chǔ)存能量的增量遠(yuǎn)大于摩擦力損耗功率的增量，即飛輪旋轉(zhuǎn)角速度越大，單位時(shí)間內(nèi)摩擦力造成的能量損耗占飛輪儲(chǔ)存能量的占比就越小，因而在飛輪儲(chǔ)能過(guò)程中，提高飛輪轉(zhuǎn)速或者將飛輪的轉(zhuǎn)速更長(zhǎng)時(shí)間地維持在最高轉(zhuǎn)速，能夠提高飛輪儲(chǔ)能的效率。同時(shí)，將飛輪轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，有利于提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，提高發(fā)電效率和電能質(zhì)量。而目前的儲(chǔ)能飛輪多為金屬材料一體結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和半徑均為固定值，增加儲(chǔ)能量的唯一方式就是增加轉(zhuǎn)速，而釋放能量時(shí)必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)速降低，不具備在增加儲(chǔ)能時(shí)降低轉(zhuǎn)速的能力，也不具備在釋放能量時(shí)維持轉(zhuǎn)速的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：目前儲(chǔ)能飛輪在儲(chǔ)能過(guò)程中不具備主動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速功能的技術(shù)問(wèn)題。提出了一種動(dòng)態(tài)注水改變飛輪質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能夠在儲(chǔ)能釋能過(guò)程中主動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的儲(chǔ)能飛輪。