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航母上的飛輪儲能,電力、交通也在用

        2022年6月17日,中國第三艘航空母艦福建艦正式下水,中國海軍步入三航母時代。福建艦由我國完全自主設計建造,實現了多項技術突破,其中包括電磁彈射技術,而電磁彈射中的儲能系統采用的就是飛輪儲能。


        在航空母艦中,為了在一瞬間将飛機彈射出去,彈射裝置需要非常高的功率,即使是核動力航母所能提供的發電功率也都遠遠不夠。因此,航母中必須事先儲存好能量,等到飛機彈射需要時才能在短時間内釋放出足夠的動能以供使用。飛輪儲能很好地解決了這一問題。


        飛輪儲能,簡單來說就是先利用電能驅動飛輪高速旋轉,将電能轉化為飛輪中的動能儲存起來。然後再在需要的時候釋放飛輪,利用飛輪的慣性拖動電機發電,将儲存起來的動能再轉化為電能輸出。與蒸汽彈射技術通過蒸汽機推動滑塊相比,飛輪儲能能量利用效率更高、啟動時間更快,有了飛輪儲能提前儲存電能,艦載機可以在需要時快速升空。


        迄今為止,能夠通過飛輪儲能實現将電磁彈射技術應用在航空母艦上的,就隻有我國的福建艦和美國最新的福特級航母。


        20世紀60—70年代,飛輪儲能最先在美國衛星的蓄能電池上得到了應用,此後主要應用于航空航天和軍事領域。近年來,飛輪儲能技術逐步民用化,開始在電力、交通領域中有所應用。


        由于具有功率高、響應速度快和使用壽命長等特點,飛輪儲能日益受到電力系統的青睐。與核電站、火電站等相比,飛輪儲能在調頻領域優勢尤其明顯。此外,不同于電池這類電化學儲能方式,飛輪儲能屬于機械儲能,對環境基本無害。


        目前,國家能源集團在甯夏開展了首批“飛輪儲能-火電聯合調頻”示範建設。其中,國家能源集團甯夏電力靈武公司光火儲耦合22兆瓦/4.5兆瓦時飛輪儲能工程是國内第一個全容量“飛輪儲能-火電聯合調頻”工程,也是全球飛輪儲能單體功率最大、總儲能最多的工程項目,力争突破500千瓦級大功率飛輪單體的技術瓶頸,實現大功率飛輪單體工程建設。項目預計在2022年内建成投入使用。


        在城市軌道交通領域,具備大功率快速充放電能力的飛輪儲能可以起到很好的節能效果。飛輪儲能裝置可以将列車進站刹車時所産生的電能轉化為動能儲存,當列車再次啟動,飛輪儲能再将動能轉化為電能輸出,實現再生制動能量的回收和利用,從而達到節能的目的。據統計,軌道交通列車制動産生的能量,可達到牽引系統耗能的20%—40%。


        2019年7月8日,兆瓦級飛輪儲能技術在北京地鐵房山線廣陽城站首次實現商用。據介紹,在飛輪儲能系統投入使用後,該車站一年可節省約50萬度電。2022年4月11日,2台1兆瓦飛輪儲能裝置在青島地鐵3号線萬年泉路站完成安裝調試,并順利并網應用,該裝置是我國軌道交通行業首台具有完全自主知識産權的兆瓦級飛輪儲能裝置。


        目前在全球範圍内,飛輪儲能行業尚處于發展初期。中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會發布的《2022儲能産業應用研究報告》顯示,2021年全球飛輪儲能裝機功率967.5MW,僅占全球儲能市場0.47%。其中,中國包含壓縮空氣和飛輪儲能在内的其它儲能技術裝機功率約為173.8MW,僅占中國儲能市場0.4%。


        随着新能源的不斷發展,電力系統波動性加劇,飛輪儲能的快速響應能力愈來愈受到電網和能源企業的關注,再加上政府對節能環保越來越重視,相信未來我國将會有更多的飛輪儲能項目面世。


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