业界专家解读飞轮储能技术的发展和应用前景

 飞轮UPS作为一种电能储存方式,提供高可靠的稳定电源,可提供几秒到几分钟的电能,这段时间足已保证用户进行电源切换。而它与传统使用蓄电池的UPS相比所具有的优势和市场潜力,引起了人们的密切关注,那么业界专家对此是怎么看待的呢?

请四位业界资深的电源专家和发电机专家就飞轮储能UPS(以下简称飞轮UPS)技术的发展和应用前景进行阐述和分析。

钟景华,高级工程师,现任中国电子工程设计院副总工程师、世源科技工程有限公司总电气师,现任中国信息化推进联盟数据中心机房技术专业委员会副理事长、全国工程建设标准设计弱电专业专家委员会委员、全国建筑物电气装置标准化技术委员会委员等职务。

目前数据中心面临的问题是什么?数据中心大型化对供电系统提出了什么样的要求?飞轮UPS在可靠性方面有什么特点?

钟景华:数据中心最大的问题就是耗电量巨大,少则几千千瓦,多则几万千瓦,大型数据中心每年消耗几亿度电。而所有的数据中心都是由UPS系统进行供电。根据IT设备厂商要求,IT设备需用UPS供电。因为UPS保证了电源质量,可以消除市电中的各种高频杂波、电压浪涌、陷落、瞬间断电等电力*对信息设备的危害,保证信息网络时刻安全运行。而UPS和负载的大量应用导致数据中心的耗电量居高不下。

供电系统首先是提供足够的容量,数据中心每小时用几万度电都是正常的,数据中心越大耗电量越大;其次要求可靠性非常高,数据中心第一要点就是高可靠性,然后才能谈节能。实现高可靠性,一是靠供电电网本身保障,二是靠UPS和柴油发电机提供不间断的电源。

从可靠性方面看,人们的顾虑是在飞轮的持续时间上。对于大型数据中心来说,飞轮UPS可以提供15s的保障时间,这个过程可以保证柴油发电机正常起动,保持数据中心电源不间断。我相信未来会有更多的飞轮UPS应用到模块数据中心或者集装箱式数据中心。在国外的数据中心也有采用飞轮UPS进行供电,在国内还需要一些具体的经验与数据。

张乃国,清华大学信息科学技术学院副教授。中国电源学会交流电源专业委员会顾问。主要研究方向为电力电子技术和UPS技术。在专业学报和技术刊物上曾发表60余篇有关文章,著书20余册,曾取得10多项科研成果。

作为电力电子行业专家,请您谈谈磁悬浮飞轮UPS技术和应用前景好吗?

张乃国:当前在我国通信、金融、电力、交通、教育和政府等部门的机房或数据中心广泛采用的是用半导体器件构成的静止式UPS供电系统。为了防止市电故障或者突然中断造成的损害，一般是利用蓄电池作为后备电源。具体办法是:当市电中断时将蓄电池储存的直流电通过逆变器转换成交流电，供电给负载，使负载不间断运行。
早在上世纪60年代就有飞轮储能技术的应用,但由于种种原因一直没有突破性的进展。直到上世纪90年代,由于电路拓扑技术的发展、碳纤维材料的广泛应用,以及全世界范围对电池污染的日益重视,这种储能方式又重新燃起了人们的研发热情,得到快速的发展。近年来,由于以下三方面的突破,给飞轮储能带来了新的活力:一是高强度碳素纤维和玻璃纤维的出现,提高了飞轮的转速,大大增加了单位质量的动能储量;二是电力电子技术的新进展,给飞轮电机与系统的能量交换提供了坚实的技术基础;三是电磁悬浮+超导磁悬浮技术的发展,配合真空技术,极大地降低了机械摩擦与风力的损耗。飞轮UPS显示出更加广阔的应用前景,迅速从实验室走向社会。目前,飞轮UPS逐渐被业界人士所认知。

在国内市场,近两年引进的飞轮式UPS,彻底改变了UPS供电系统中利用铅酸蓄电池进行储能的方式,创造性地采用真空悬浮式的飞轮储能技术取代了蓄电池。简单地说,在市电正常时,由市电给负载供电,同时使电动机带动两百公斤重的飞轮在真空中旋转;一旦市电中断,由飞轮利用其惯性能量带动发电机(与上述电动机是一个电机)发电,这个时间完全可以使柴油发电机起动并达到稳定运行,从而实现了不间断供电。

可见,这种解决方案是用飞轮取代了大量蓄电池,而且飞轮设备对于环境温度的要求不高,从而节约了大量的空调制冷设备和电力消耗。这里的蓄电池一般是铅酸蓄电池，大家知道，重金属铅和硫酸都是污染环境的原材料，现在我国政府号召电池生产厂家回收废电池，但是许多电池在边远和高山地区应用,很难运输，只好丢弃在各地，对当地的环境造成了严重的污染。

从上述不用蓄电池和大量节省空调设备两个方面计算,就可以节约大量的运营成本和CO2的排放,是绿色环保的好产品,应当大力推广。

王鸿藻,石油勘探开发科学研究院高级工程师。长期从事电气自动化专业的工作以及电机生产与科研工作。从事UPS技术工作20余年,曾发表多篇有关文章。现为本刊编委。