飛輪儲能技術在UPS系統中的應用

飛輪儲能技術是一種新興的電能存儲技術,它與超導儲能技術、燃料電池儲能技術等各種先進的儲能技術,是近年來出現的、具有很大發展前景的儲能技術。雖然目前化學電池(鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池等)儲能技術已經發展得非常成熟,但是,鉛酸蓄電池有污染環境的風險,磷酸鐵鋰蓄電池的充放電次數受到一定的限制。新能源、電動汽車、UPS供電等許多行業迫切需要新型的儲能技術來滿足某些特殊技術要求。其中飛輪儲能技術就是一種具有無限的充放電次數和綠色環保型的儲能技術,已經開始越來越廣泛地應用于國內外的許多行業中。

飛輪儲能電源系統的工作原理

飛輪儲能電源系統的原理如圖1所示。

飛輪儲能電源系統主要由以下三部分組成:飛輪、電機和軸承,整個系統置于真空容器內。飛輪儲能電源系統中的電機,既是電動機也是發電機。

“充電”時,作為電動機給飛輪加速,將電能轉換成機械能;“放電”時,作為發電機將機械能轉換成電能,給外部供電;在為外部供電時,飛輪的轉速不斷下降。而當飛輪空閑運轉時,飛輪儲能電源系統的運行損耗非常小。

飛輪儲能技術在UPS供電系統中的應用

磁懸浮式飛輪儲能UPS引發了人們越來越多的關注。這種技術拋棄了傳統UPS利用鉛酸蓄電池進行儲能的方式。在現代數據中心中,迅速增長的業務需求,日益增加的運營成本,有限的機房空間和更高的能量密度,已經成為云計算時代下,數據中心及其電源管理系統建設面臨的最大挑戰。

IDC的統計數據顯示,電力能源成本已經成為困擾數據中心運營者的頭號難題。其中,UPS、空調等周邊設備的耗電量大大高于主機電量。另外,酸鉛蓄電池并非綠色環保的產品。因此,配備一套智能綠色UPS供電系統成為數據中心節能環保的重中之重。傳統電源系統中的蓄電池需要空調制冷,而且24小時連續運轉,耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲能UPS系統則無需空調,大大節省了運營成本;而且,其占用的空間也大幅減小;維護成本低,無需更換電池;壽命長達20年。圖3給出了柜式磁懸浮飛輪儲能型UPS的外形圖。

在傳統UPS供電系統中,當電力發生中斷時,蓄電池會支撐系統正常運轉,與此同時,柴油發動機開始啟動,以此保證數據中心主機正常工作、空調連續運轉。蓄電池型UPS在此過程中,提供了“分鐘級”的電力供電。而飛輪儲能型UPS受制于機械儲能,僅僅能夠提供30s到1min電力供電,這也是飛輪UPS被詬病的主要原因。然而,專家指出,如今,市電電源的可靠性達到99.9%,有些重要的負載都采用雙路市電供電,市電的可靠性可以說已經達到了99.99%。萬一市電中斷,后備電源的可靠性也可以達到99.9%,從市電到后備電源的切換,在技術上只需要10s的時間,這是一個公開的標準。目前,歐洲已經將這個時間定了8s。可以斷定,飛輪儲能型UPS能提供30s的電力完全能夠滿足從市電到后備電源的可靠切換的要求。