储能是构建新型电力系统的重要支撑，它改变了电力系统即发即用、生产和消费同时完成的传统模式。随着我国新能源装机的不断增加，“新能源+储能”模式已成为解决新能源消纳难题的有效途径。
《“十四五”新型储能发展实施方案》对“十四五”期间中国新型储能规模化、产业化、市场化发展作出进一步部署。新型储能是指除抽水蓄能外,以电力输出为主要形式的储能。除了被人熟知的电化学储能外，作为物理储能的飞轮储能近年来也逐渐进入了行业视野，并进入工程化示范阶段，成为了储能行业的新星。
飞轮储能是什么？工作原理是怎样的？有哪些优缺点？本文将围绕这些问题对飞轮储能进行介绍。
组成与原理
飞轮储能是一种机械储能方式，是一种电能到动能再到电能的装置。典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
飞轮：一般由高强度复合纤维材料组成，通过一定的绕线方式缠绕在与电机转子一体的金属轮毂上；
轴承:利用永磁轴承、电磁轴承、超导悬浮轴承或其他低摩擦功耗轴承支承飞轮，轴承的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命；
电机：一般为直流永磁无刷同步（电动发电）互逆式双向电机；
电力转换器：提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并将输出电能通过调频、整流或恒压等变换为满足负荷供电要求的电能；
真空室：主要作用是提供真空环境，降低电机运行时的风阻损耗。
飞轮储能系统的运作原理可以简单概括为以下几个步骤：
储能阶段：在储能阶段，飞轮通过电动机或其他方式加速旋转，将电能转化为机械能，存储在飞轮中。飞轮的转速越高，储能的能量就越大。
能量转移阶段：在需要释放能量时，飞轮开始减速，并转换储存的机械能为电能。在能量转移阶段，飞轮内的机械能通过发电机转化为电能，输出到电网中。
控制阶段：在飞轮储能系统的运作过程中，需要对飞轮的加速和减速进行精确控制。控制系统会监测电网的负荷和电源之间的差异，从而控制飞轮的转速，保持电网的稳定和平衡。
飞轮储能系统通过将电能转换为机械能，并将其存储在高速旋转的飞轮中，实现了能量的储存。当需要释放能量时，飞轮会减速将机械能转换为电能输出到电网中，从而实现了能量的转移。同时，通过控制飞轮的转速，可以保持电网的稳定和平衡。
山西30MW电网侧独立储能模型。据了解，该电站由台飞轮组成，是现有全球容量最大的飞轮储能独立调频电站。
飞轮储能的优劣势
飞轮储能系统具有以下几个优势：
高效性：飞轮储能系统具有高效能转换和高能量密度的特点，能够快速储存和释放能量，提高能源利用效率。
长寿命：飞轮储能系统的寿命较长，可以工作数十年，同时由于飞轮没有机械接触，也不会受到磨损和腐蚀的影响，寿命更加可靠。
可靠性：飞轮储能系统具有较高的可靠性和稳定性，由于其没有机械接触，不会产生机械磨损等问题，可以长期稳定运行。
快速响应：飞轮储能系统可以快速响应电力系统的需求，即使在瞬间负荷变化的情况下，也能够快速释放能量，保障电力系统的稳定运行。
环保性：飞轮储能系统不会产生污染物和温室气体等有害物质，对环境友好。
飞轮储能系统具有高效性、长寿命、可靠性、快速响应和环保性等优势，这些优势使得飞轮储能系统成为了未来储能技术的重要方向之一。
飞轮储能系统虽然具有很多优势，但其缺点也不可忽视：
高成本：飞轮储能系统的成本较高，主要是由于其需要使用高强度材料和先进的控制技术，这使得飞轮储能系统的成本相对较高。
重量大：飞轮储能系统的重量较大，这限制了其在某些应用领域的应用，如航空航天等。
空间占用：飞轮储能系统需要占用较大的空间，这也限制了其在某些应用领域的应用，如航空航天等。
安全问题：飞轮储能系统在高速旋转时，具有一定的安全风险，如果出现意外情况，可能会对人员和设备造成损害。
这些劣势限制了其在某些应用领域的应用，但随着技术的进步和不断发展，这些劣势也有望得到改善和克服。
年，国家发展改革委、国家能源局正式发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，提出将发展新型储能作为提升能源电力系统调节能力和综合效率的重要举措，并提出提升科技创新能力，加快飞轮储能等新型储能技术开展规模化试验示范。意见提出到年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达万千瓦(30GW)以上，到年实现新型储能全面市场化发展。
飞轮储能技术除在铁路应用之外，还可广泛应用于城市轨道交通、航空航天、国防军工、医疗等领域，市场前景广阔。
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