飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究.doc

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______________________________________________________________________________________________________________ 電機(jī)與電器專題課報(bào)告 ——飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014年6月  飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)研究 摘要：飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)(FESS)又稱飛輪電池或機(jī)電電池，由于它與化學(xué)電池相比所具有的巨大優(yōu)勢(shì)和未來(lái)市場(chǎng)的巨大潛力，引起了人們的密切關(guān)注。它結(jié)合了當(dāng)今最新的磁懸浮技術(shù)、高速電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和新材料技術(shù)，使得飛輪儲(chǔ)存的能量有了質(zhì)的飛躍，再加上真空技術(shù)的應(yīng)用，使得各種損耗也非常小。本文針對(duì)該領(lǐng)域近年來(lái)的研究成果，對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的幾大關(guān)鍵部件全面的論述。 引言： 飛輪電池是一種高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品，它在國(guó)防工業(yè)、汽車工業(yè)、電力工業(yè)、電信業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為電池家族的成員，這種新型的電池與化學(xué)電池相比具有以下幾方面突出的優(yōu)點(diǎn)。 (1) 儲(chǔ)能密度高。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于60000r/min的飛輪電池，在75%放電深度下產(chǎn)生大于20Whr/lb的比能量(此值還不是最高的)，而鎳氫電池只有5～6Whr/lb的比能量，其放電深度一般限制在30%～40%的范圍內(nèi)。 (2) 無(wú)過(guò)充電、過(guò)放電問(wèn)題?；瘜W(xué)電池一般不能深度放電，也不能過(guò)充電，否則其壽命會(huì)急劇下降。而飛輪電池在深度放電時(shí)，其性能完全不受影響，而且在電力電子協(xié)助下，非常容易防止過(guò)充電(實(shí)際上是限制轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速)。飛輪電池的壽命主要取決于其電力電子的壽命，故一般可達(dá)到20年左右。 (3) 容易測(cè)量放電深度，充電時(shí)間較短。飛輪電池只要測(cè)出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，就能確切知道其放電深度，而化學(xué)電池就沒(méi)有這么容易了。另外，飛輪電池的充電一般在幾分鐘之內(nèi)即可完成，而化學(xué)電池則需要幾個(gè)小時(shí)，常見(jiàn)的需要七八個(gè)小時(shí)。 (4) 對(duì)溫度不敏感?；瘜W(xué)電池在高溫或低溫時(shí)其性能會(huì)急劇下降，而飛輪電池則不然。 (5) 對(duì)環(huán)境友好。化學(xué)電池在報(bào)廢后會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，而且回收成本較高。飛輪電池是一種綠色電池，它不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何影響，故它在電動(dòng)汽車方面的應(yīng)用極具潛力。 飛輪電池的發(fā)展開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)正處于石油禁運(yùn)和天然氣危機(jī)時(shí)期。此時(shí)，美國(guó)能量研究發(fā)展署(ERDA)及其后的美國(guó)能源部(DoE)資助飛輪系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，包括電動(dòng)汽車的超級(jí)飛輪的研究Lewis研究中心(LeRC)在ERDA的協(xié)助和美國(guó)航空航天局(NASA)的資助下專門研究用于真空下的機(jī)械軸承和用于復(fù)合車輛的飛輪系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。NASA同時(shí)也資助Goddard空間飛行中心(GSFC)研究適用于飛行器動(dòng)量飛輪的電磁軸承。80年代，DoE削減了飛輪儲(chǔ)能研究的資助，但NASA繼續(xù)資助GSFC研究衛(wèi)星飛輪系統(tǒng)的電磁軸承，同時(shí)還資助了Langley研究中心(LaRC)及Marshall空間飛行中心(MSFC)關(guān)于組合能量?jī)?chǔ)存和姿態(tài)控制的動(dòng)量飛輪構(gòu)形的研究。 近10年來(lái)，一大批新型復(fù)合材料和新技術(shù)的誕生和發(fā)展，如高強(qiáng)度的碳素纖維復(fù)合材料(抗拉強(qiáng)度高達(dá)8。27GPa)、磁懸浮技術(shù)和高溫超導(dǎo)技術(shù)、高速電機(jī)/發(fā)電機(jī)技術(shù)以及電力電子技術(shù)等，使得飛輪能夠儲(chǔ)存大量的能量，給飛輪的應(yīng)用帶來(lái)了新的活力。它可應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)(如衛(wèi)星、電磁炮和電熱化學(xué)槍、作戰(zhàn)偵察車輛等)、汽車工業(yè)(電動(dòng)汽車)、電力行業(yè)(如電力質(zhì)量和電力負(fù)載調(diào)節(jié)等)、醫(yī)療和電信業(yè)(作UPS用)等。NASA的應(yīng)用有航天器(宇宙飛船)、發(fā)射裝置、飛行器動(dòng)力系統(tǒng)、不間斷電源(UPS)和宇宙漫步者。 典型的飛輪電池一般由5個(gè)部分組成:①高速儲(chǔ)能飛輪；②集成驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)；③磁懸浮軸承及控制系統(tǒng)；④電力電子；⑤輔件和應(yīng)用接口。其結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。從應(yīng)用的角度看，飛輪電池的潛力尚未得到應(yīng)有的發(fā)掘。就發(fā)展?fàn)顩r而言，它本身也遠(yuǎn)未達(dá)到替代其他電池的水平。原因除造價(jià)昂貴及設(shè)計(jì)理論尚未成熟外，還在于高速電機(jī)及磁軸承系統(tǒng)的控制方面仍有許多課題亟待研究和解決。本文將近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)歸納為以下幾個(gè)方面。 圖1飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 從應(yīng)用的角度看，飛輪電池的潛力尚未得到應(yīng)有的發(fā)掘。就發(fā)展?fàn)顩r而言，它本身也遠(yuǎn)未達(dá)到替代其他電池的水平。原因除造價(jià)昂貴及設(shè)計(jì)理論尚未成熟外，還在于高速電機(jī)及磁軸承系統(tǒng)的控制方面仍有許多課題亟待研究和解決。本文將近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)歸納為以下幾個(gè)方面。 1 復(fù)合材料飛輪 選用高抗拉強(qiáng)度的飛輪材料是飛輪電池能夠儲(chǔ)存較多能量的先決條件，其次才是飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。飛輪儲(chǔ)存的能量跟它的旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比，和它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。飛輪的旋轉(zhuǎn)速度和它的結(jié)構(gòu)尺寸受到它的材料的強(qiáng)度，特別是拉伸強(qiáng)度所制約。對(duì)于一個(gè)薄圓環(huán)形的旋轉(zhuǎn)飛輪，它所儲(chǔ)存的能量和材料的容許拉伸應(yīng)力的關(guān)系為 (1) 式中：為圓環(huán)的質(zhì)量；為其回轉(zhuǎn)半徑；為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為其角速度；為其材料的密度；為材料的容許拉伸應(yīng)力；為飛輪的動(dòng)能。由此可見(jiàn)，要想獲得最大的能量?jī)?chǔ)存，必須選用高比強(qiáng)度()的材料。所以，用碳素纖維復(fù)合材料制造飛輪最具優(yōu)勢(shì)。 為了達(dá)到較高的儲(chǔ)能密度，飛輪目前一般使用高強(qiáng)度的碳素纖維復(fù)合材料。當(dāng)采用T1000時(shí)，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)1.2×106psi(8.27GPa)，對(duì)應(yīng)于該值的理論比能量是241.5Whr/lb(532.41Whr/kg)，比功率是766W/kg。 碳素纖維復(fù)合材料不能獨(dú)立成形，一般常用聚合物母基，如環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy)作為填充物。碳素纖維復(fù)合材料飛輪的制造分兩步，首先碳素纖維在三維編織機(jī)上編織成飛輪所需要的形狀，然后將預(yù)成型的織物放置在設(shè)計(jì)好的模具內(nèi)，再將環(huán)氧樹(shù)脂和催化劑在一定的壓力和溫度下注入到模型腔內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的固化，復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子就制造出來(lái)了。目前，研究者對(duì)異構(gòu)飛輪的制造產(chǎn)生了濃厚的興趣，其相應(yīng)的制造技術(shù)有輻射網(wǎng)狀成形技術(shù)(LENS)及斯坦福大學(xué)和卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的形狀沉積制造(SDM)技術(shù)等。其中后者適合于制造多環(huán)復(fù)合材料飛輪。 飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要考慮的是飛輪電池的電機(jī)、磁軸承和一些輔件在其內(nèi)的布置，其次是考慮最大化儲(chǔ)存能量，因此必須對(duì)飛輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。同構(gòu)飛輪的優(yōu)化相對(duì)較簡(jiǎn)單，Kirk和Ries(1992)已經(jīng)得出了飛輪最優(yōu)的徑向厚度比(ID/OD=0。45)。而異構(gòu)飛輪的優(yōu)化則要復(fù)雜得多。異構(gòu)飛輪的建模結(jié)合了幾何、拓?fù)浜筒牧闲畔?，給出了一種非常全面的物體描述。借助于這種模型，異構(gòu)飛輪的圖形顯示、體積、質(zhì)量、和各種應(yīng)力計(jì)算能夠容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)異構(gòu)飛輪的優(yōu)化目前較成功的是采用遺傳算法和基于梯度算法的組合。 2 集成驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī) 飛輪電池中的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)已經(jīng)集成為一個(gè)部件，當(dāng)它“充電”時(shí)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)，從外部吸收電能，以使飛輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高，直至達(dá)到設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速；而“放電”時(shí)充當(dāng)發(fā)電機(jī)，向外輸出電能，此時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降。 對(duì)于高速操作的飛輪電池，有三種極具潛力的電機(jī)技術(shù)，即感應(yīng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及永磁無(wú)刷直流/交流電機(jī)技術(shù)[8]。而以永磁無(wú)刷直流/交流電機(jī)應(yīng)用居多，尤其是對(duì)轉(zhuǎn)速在30000r/min以上的飛輪電池更是如此。 對(duì)于高速的永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，有兩種布置方式。其一是將稀土永久硬磁材料(如NdFeB)首先制成磁粉，然后在飛輪轉(zhuǎn)子成形過(guò)程中隨環(huán)氧樹(shù)脂加入其中，因而消除了成塊磁性材料的集中載荷，確保了轉(zhuǎn)子內(nèi)無(wú)功率損耗.最后在轉(zhuǎn)子空腔內(nèi)安放磁化工具，利用高脈沖磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子內(nèi)的硬磁材料磁化成所需的型式.其二是采用著名的偶極子Halbach排列，如圖2所示，Trinity飛輪動(dòng)力公司發(fā)展了Halbach排列的電機(jī)構(gòu)形，轉(zhuǎn)子能夠在位于真空邊界外面的定子附近旋轉(zhuǎn)，三相Litz導(dǎo)線分多層纏繞在定子(作為非彈性體)上，定子軸線與轉(zhuǎn)子相同，這樣循環(huán)冷卻液體完全位于真空外面，以利于真空的密封。 圖2Trinity電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)截面圖 根據(jù)Halbach排列的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)，無(wú)需安裝任何軛鐵，因此也就不存在端部負(fù)載或不平衡力矩作用在轉(zhuǎn)子或它的懸浮物上，而且轉(zhuǎn)子和定子的氣隙也不需作為關(guān)鍵尺寸來(lái)控制。 英國(guó)的Urenco有限責(zé)任公司和國(guó)際能量系統(tǒng)公司發(fā)展了第一種電機(jī)構(gòu)型，它們將電機(jī)轉(zhuǎn)子的永磁材料(釹鐵硼NdFeB)先制成磁粉，而后在形成三維編織復(fù)合材料飛輪時(shí)連同碳素纖維復(fù)合材料和環(huán)氧樹(shù)脂一起固化在飛輪內(nèi).飛輪轉(zhuǎn)子制成后，再在特制的沖磁機(jī)上將轉(zhuǎn)子沖磁成所需的型式.這種永磁電機(jī)具有更小的結(jié)構(gòu)尺寸和更高的效率，更重要的是，由于磁性材料的不連續(xù)分布，電機(jī)轉(zhuǎn)子沒(méi)有任何集中載荷，從而確保轉(zhuǎn)子內(nèi)無(wú)任何功率損耗.當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度達(dá)到42000r/min時(shí)，儲(chǔ)存的能量達(dá)18MJ.與普通電機(jī)相比，這種電機(jī)的損耗是非常小的，尤其當(dāng)采用高硅鋼疊片的定子時(shí)，磁損耗最小，渦流損耗也最小，再加上定子繞組采用精制絞合導(dǎo)線，補(bǔ)償了集膚效應(yīng)。 3磁懸浮軸承 在飛輪電池中的磁懸浮軸承主要用來(lái)支承高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子，其作用與普通的電磁軸承相同，但工作要求完全不同.對(duì)于普通的電磁軸承而言，它主要承受外界作用于轉(zhuǎn)子上的徑向力和軸向力，通常這些力的變化范圍是非常大的.而飛輪電池中的磁懸浮軸承，它主要承受飛輪轉(zhuǎn)子自身的重量和制造不平衡而引起的離心力，以及因固定飛輪電池的機(jī)架而引 起的陀螺效應(yīng)力(對(duì)于完全固定的應(yīng)用，則無(wú)此力。此外，飛輪電池轉(zhuǎn)子無(wú)需精確定位.盡管飛輪電池磁懸浮軸承的控制遠(yuǎn)沒(méi)有普通的電磁軸承控制復(fù)雜，但其控制必須結(jié)合飛輪電池電機(jī)的控制，因而飛輪電池的總體控制復(fù)雜程度也是較大的。 磁懸浮軸承有兩種控制方式，即主動(dòng)控制的磁懸浮軸承(AMB)和被動(dòng)控制的磁懸浮軸承(PMB)，而由于磁懸浮軸承所固有的不穩(wěn)定性，被動(dòng)控制的磁懸浮軸承實(shí)際應(yīng)用很少.主動(dòng)控制的軸承激勵(lì)器可以用單獨(dú)的電磁鐵(EM)或者電磁鐵和永久磁鐵(PM)組合構(gòu)成，它們對(duì)應(yīng)的軸承分別稱為EM軸承和EM/PM軸承。EM激勵(lì)器在構(gòu)造上通常比EM/PM激勵(lì)器更簡(jiǎn)單，因而更容易設(shè)計(jì)成薄片狀的磁結(jié)構(gòu)，從而渦流損耗被減小.然而，EM軸承的氣隙磁動(dòng)勢(shì)通常比EM/PM軸承有更大波動(dòng)范圍。 EM/PM軸承通常構(gòu)造更復(fù)雜，但比同等的EM軸承更少的安匝數(shù)/單位力，對(duì)勵(lì)磁線圈的電流更加敏感，一般與勵(lì)磁電流的關(guān)系更接近線性化，而且能做成比EM軸承更緊湊的結(jié)構(gòu).他們能在某些方向提供被動(dòng)支承，而在其他方向提供主動(dòng)支承.如果定子鐵心做成薄片狀，其磁損耗和渦流損耗會(huì)更低。因?yàn)镋M/PM軸承能夠工作在零功率模式，此時(shí)的軸承負(fù)載由永久磁場(chǎng)承受，因此，他們能在非常低的能耗下工作，這是EM軸承所做不到的。 先觀察兩種EM軸承的激勵(lì)器結(jié)構(gòu)，如圖3(a)和(b)所示。圖3(b)的布置由于磁路沿軸線方向，定子鐵心容易做成薄片狀，因而比圖3(a)的布置會(huì)有更小的運(yùn)動(dòng)和磁損耗.而對(duì)于EM/PM軸承，其激勵(lì)器的布置方案較多，見(jiàn)圖4所示.除了圖4(f)外，其他5種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子都采用徑向主動(dòng)控制和軸向被動(dòng)支承。 圖3EN軸承激勵(lì)器的布置 圖4EN/PM軸承激勵(lì)器的布置 對(duì)于電磁軸承來(lái)說(shuō)，磁路設(shè)計(jì)和分析是非常重要的。磁路的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在滿足負(fù)載要求的前提下，確保激勵(lì)器的動(dòng)態(tài)和熱特性是合適的.磁路的分析方法目前有兩種：第一種是磁阻或磁導(dǎo)回路法；第二種是電磁場(chǎng)方程法(如有限元法)。第一種方法在設(shè)計(jì)階段是非常有效的，但它需要較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能決定漏磁和端部磁路。而電磁場(chǎng)方程法主要用來(lái)驗(yàn)證磁路模型的正確性。 電磁軸承系統(tǒng)由于無(wú)法準(zhǔn)確知道在軸承氣隙處磁通量所產(chǎn)生的強(qiáng)度和路徑，以及與鐵磁材料相關(guān)的非線性性，包括非線性的磁導(dǎo)率和磁現(xiàn)象；還有諸如功率放大器的輸出電壓飽和轉(zhuǎn)子限定的位移等的物理約束，以及高速時(shí)的陀螺效應(yīng)和轉(zhuǎn)子不平衡引起的同步擾動(dòng)，及外部作用于及其殼體上的非同步擾動(dòng)等因素，使得它的控制十分具有挑戰(zhàn)性.電磁軸承控制的實(shí)現(xiàn)分模擬控制和數(shù)字控制兩大類。其中最主要的控制方法有：PID、結(jié)合槽口濾波的PID、LQG、Gain-Scheduling、模糊控制、自適應(yīng)控制、迭代學(xué)習(xí)控制、TDC(時(shí)延控制)、SMC(滑?？刂?、μ-綜合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及近來(lái)出現(xiàn)的無(wú)傳感器控制等。這些控制方法各有優(yōu)劣，可根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求加以選用。 4 電力電子 這里的“電力電子”是指用于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)功率的子系統(tǒng).該子系統(tǒng)在吸收或釋放動(dòng)力時(shí)都充當(dāng)可變電壓、可變頻率(VVVF)的電機(jī)。主要的電力電子元件是功率開(kāi)關(guān)器件IGBTs.這種器件和功率二極管一起被封裝在一個(gè)模塊“功率塊”內(nèi)，二極管的兩級(jí)分別與IGBT的發(fā)射極和集電極相連。當(dāng)飛輪電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)和電力電子變流器(變頻器)被封裝在一起作為直流電池時(shí)，典型的系統(tǒng)電氣和控制構(gòu)形如圖5所示。 圖5飛輪電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)及電力電子線路圖 這種飛輪電池的電機(jī)輸出特性近似于正弦曲線。電機(jī)的每一相都存在電阻和自感，并分別與一個(gè)六脈沖橋式電路中的電力電子相連。IGBTs被安裝在一個(gè)冷卻板上，通過(guò)光耦合器與微控制器的連接而工作。它能工作在額定電壓高至2500V時(shí)的情況。這些電力電子塊處理全范圍的飛輪輸入和輸出，包括放電電流為800A的情況。 飛輪電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)的各種工作要求都是通過(guò)電力電子的操作來(lái)完成的.從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始，電機(jī)在限流控制下啟動(dòng)，初始激勵(lì)由一個(gè)外部的輔助電路來(lái)提供。轉(zhuǎn)子的位置由Hall傳感器測(cè)量，而其位置反饋是通過(guò)位置合成算法或光學(xué)譯碼器獲得的。在獲得一定的轉(zhuǎn)速后，控制系統(tǒng)引導(dǎo)電機(jī)在各種模式下工作， 包括速度控制或者電壓控制。用于UPS時(shí)，工作模式是維持充電；用于車輛時(shí)，工作模式是按照車輛的工況要么釋放能量(正常模式)，要么回收能量。 5 輔件及應(yīng)用接口 (1) 著陸軸承。著陸軸承的著陸表面在電磁軸承不能提供支承時(shí)支承轉(zhuǎn)子。著陸表面的材料有固態(tài)潤(rùn)滑乙縮醛、固態(tài)潤(rùn)滑尼龍、聚亞苯基硫化物、聚酰胺-酰亞胺和聚酰亞胺等.著陸軸承有兩種型式，即球軸承和滑動(dòng)軸承.機(jī)械球軸承作為著陸軸承時(shí)，由于使用了諸如紅寶石類的貴重材料，其造價(jià)較高，但壽命短。故現(xiàn)在多采用滑動(dòng)接觸的著陸表面(兩個(gè)非潤(rùn)滑的固體表面).在設(shè)計(jì)這類著陸表面時(shí)，要考慮諸如摩擦系數(shù)、熱膨脹系數(shù)和壓力/速度(PV)數(shù)等材料性質(zhì)。其中最重要的性質(zhì)是滿足PV數(shù)。 (2) 容器及安全。由于飛輪電池的轉(zhuǎn)子速度極高(理想設(shè)計(jì)時(shí)在100000r/min以上)，安全問(wèn)題就成了飛輪電池十分重要的研究課題。目前，國(guó)外許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)飛輪電池做過(guò)許多沖撞和爆炸試驗(yàn)，積累了一些十分珍貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。尤其值得重視的是飛輪容器的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)與飛輪電池的安全密切相關(guān)。總結(jié)這些試驗(yàn)可以得出一種較為理想的飛輪容器結(jié)構(gòu)，即在容器的內(nèi)部靠近飛輪轉(zhuǎn)子的位置安裝一個(gè)可以自由旋轉(zhuǎn)的石墨增強(qiáng)的復(fù)合材料圓筒(襯套)。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生爆裂時(shí)，它能夠吸收和耗散瓦礫的徑向能量，通過(guò)摩擦耗散掉瓦礫的旋轉(zhuǎn)能量，降低傳給轉(zhuǎn)子支座和支承零件的力矩負(fù)載。理想的襯套是具有高強(qiáng)度以抵抗初始的沖擊，低的慣性矩以便由旋轉(zhuǎn)的瓦礫通過(guò)摩擦產(chǎn)生的力矩使襯套的角速度快速增加，直至襯套和瓦礫達(dá)到相同的角速度為止。 (3) 輔件。飛輪系統(tǒng)輔件包括真空裝置、冷卻系統(tǒng)和冷卻器、監(jiān)測(cè)和顯示儀表等。 6 結(jié)語(yǔ) 飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)是昂貴的，但又是急需的。由于飛輪儲(chǔ)存能量所需要的高轉(zhuǎn)速帶來(lái)極大的力的作用，任何缺乏必要的精度和工程細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)將會(huì)造成災(zāi)難性的后果。盡管如此，它并沒(méi)有絲毫減少科研工作者們對(duì)飛輪電池研究的熱情，也沒(méi)有嚇住投資人對(duì)它的研究的支持。其原因就在于飛輪電池的市場(chǎng)空間太大了。在電力工業(yè)，它能用于電力質(zhì)量和電網(wǎng)負(fù)載調(diào)節(jié)；在汽車工業(yè)，它能用于電動(dòng)汽車和一些軍事車輛的動(dòng)力源，部分或完全取代內(nèi)燃機(jī)；在國(guó)防工業(yè)，它既能用于衛(wèi)星和航天器的動(dòng)力源，又能用于電磁炮和電熱化學(xué)炮的發(fā)射助力器等。 在本世紀(jì)初，這些市場(chǎng)每年將產(chǎn)生數(shù)以千計(jì)的訂單。緊接著，隨著這些低價(jià)格的產(chǎn)品不斷應(yīng)用，將成為大型市場(chǎng)，為車輛和通信鋪平道路。此外，結(jié)合能量?jī)?chǔ)存和姿態(tài)控制的航天市場(chǎng)也將具有廣闊的前景。在2010年之前，航天站上的能量?jī)?chǔ)存裝置將會(huì)被雙重用途的飛輪電池所代替，而且飛輪電池將成為復(fù)合動(dòng)力車輛的最普遍的動(dòng)力裝備。飛輪電池在電力質(zhì)量市場(chǎng)同樣會(huì)產(chǎn)生巨大的應(yīng)用潛力，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的城市電網(wǎng)中分布式飛輪動(dòng)力系統(tǒng)將會(huì)起到越來(lái)越大的作用。 -可編輯修改-