飞轮储能装置性能测试

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0278

储能科学与技术 ›› 2021, Vol. 10 ›› Issue (5): 1674-1678.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0278

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飞轮储能装置性能测试

张兴¹(), 阮鹏¹, 张柳丽¹, 田刚领¹, 祝保红²

^1.平高集团有限公司，河南平顶山 467001
^2.北京泓慧国际能源技术发展有限公司，北京 101300

收稿日期:2021-06-22 修回日期:2021-07-16 出版日期:2021-09-05 发布日期:2021-09-08
通讯作者: 张兴 E-mail:690117463@qq.com
作者简介:张兴（1987—），男，助理工程师，研究方向为飞轮储能技术，Email：690117463@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFB0905500)

Performance test of flywheel energy storage device

Xing ZHANG¹(), Peng RUAN¹, Liuli ZHANG¹, Gangling TIAN¹, Baohong ZHU²

^1.Pinggao Group Co. Ltd. , Pingdingshan 467001, Henan, China
^2.Beijing Honghui International Energy Technology Development Co. Ltd. , Beijing 101300, China

Received:2021-06-22 Revised:2021-07-16 Online:2021-09-05 Published:2021-09-08
Contact: Xing ZHANG E-mail:690117463@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

“碳达峰”和“碳中和”的战略目标越来越受到关注，飞轮储能作为一种物理储能方式，因其功率密度大，响应时间短，寿命长等特点正得到逐步推广，而效率是产业化推广的重要前提之一。利用电能测量方法对500 kW、100 kW·h飞轮储能系统的充放电效率进行测量。飞轮储能系统充放电循环的升速、降速范围为4000～6000～4000 r/min。实验中测得系统充放电循环效率为83.23%，电机电动发电循环效率90.49%，变流器充放电转换效率92%。试验分析表明，电机效率提高到97%，变流器效率保证98%，系统充放电循环效率可以提高到87%以上。

关键词: 飞轮储能系统, 电能测量, 充放电效率

Abstract:

The strategic goals of "carbon peak" and "carbon neutral" are getting more and more attention. Flywheel energy storage, as a physical energy storage method, is being gradually promoted because of its high power density, short response time, long life and other characteristics, and efficiency is one of the important preconditions for industrialization promotion. The charging and discharging efficiency of a 500 kW/100 kW·h flywheel energy storage system was measured using the electric energy measurement method. The charging and discharging cycle of the flywheel energy storage system ranged from 4000 to 6000 to 4000 r/min. In the experiment, the system's charge-discharge cycle efficiency was 83.23%. The motor's electrically generated cycle efficiency was 90.49%. The charge-discharge conversion efficiency of the converter was 92%. The test results showed that the motor's efficiency could increase to 97%, the efficiency of the converter could be 98%, and the efficiency of the charge-discharge cycle could increase to above 87%.

Key words: flywheel energy storage system, electric energy measurement, charging and discharging efficiency

中图分类号:

TH 133

张兴, 阮鹏, 张柳丽, 田刚领, 祝保红. 飞轮储能装置性能测试[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1674-1678.

Xing ZHANG, Peng RUAN, Liuli ZHANG, Gangling TIAN, Baohong ZHU. Performance test of flywheel energy storage device[J]. Energy Storage Science and Technology, 2021, 10(5): 1674-1678.

图/表 7

图1

图2

表1

表2

表3

表4

表5

参考文献 10

1	戴兴建, 魏鲲鹏, 张小章, 等. 飞轮储能技术研究五十年评述[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(5): 765-782.DAI X J, WEI K P, ZHANG X Z, et al. A review on flywheel energy storage technology in fifty years[J]. Energy Storage Science and Technology, 2018, 7(5): 765-782.
2	戴兴建, 邓占峰, 刘刚, 等. 大容量先进飞轮储能电源技术发展状况[J]. 电工技术学报, 2011, 26(7): 133-140.DAI X J, DENG Z F, LIU G, et al. Review on advanced flywheel energy storage system with large scale[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2011, 26(7): 133-140.
3	朱熀秋, 汤延祺. 飞轮储能关键技术及应用发展趋势[J]. 机械设计与制造, 2017(1): 265-268.ZHU H Q, TANG Y Q. Key technologies and application trends of flywheel energy storage system[J]. Machinery Design & Manufacture, 2017(1): 265-268.
4	孟彦京, 张商州, 陈景文, 等. 充电方式对超级电容能量效率的影响[J]. 电子器件, 2014, 37(1): 13-16.MENG Y J, ZHANG S Z, CHEN J W, et al. The impact of charging mode pairs of super-capacitor energy efficiency[J]. Chinese Journal of Electron Devices, 2014, 37(1): 13-16.
5	徐玉杰, 陈海生, 刘佳, 等. 风光互补的压缩空气储能与发电一体化系统特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(20): 88-95.XU Y J, CHEN H S, LIU J, et al. Performance analysis on an integrated system of compressed air energy storage and electricity production with wind-solar complementary method[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(20): 88-95.
6	戴兴建, 于涵, 李奕良. 飞轮储能系统充放电效率实验研究[J]. 电工技术学报, 2009, 24(3): 20-24.DAI X J, YU H, LI Y L. Efficient test on the charging and discharging of the flywheel energy storage system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2009, 24(3): 20-24.
7	CLEARY, LAZAREWICZ M L, NELSON L. Interconnection study: 5 MW of Beacon Power flywheels on 23 kV line-Tyngsboro, MA[C]//2010 IEEE Conference on Innovative Technologies for an Efficient and Reliable Electricity Supply (CITRES), 2010: 285-291.
8	董志勇, 戴兴建, 李奕良. 采用螺旋槽锥轴承的飞轮储能系统空载损耗研究[J]. 机械科学与技术, 2006, 25(12): 1434-1437, 1475.DONG Z Y, DAI X J, LI Y L. Idling loss of flywheel energy storage system supported by spiral groove cone bearings[J]. Mechanical Science and Technology, 2006, 25(12): 1434-1437, 1475.
9	卫海岗, 戴兴建, 沈祖培. 储能飞轮风损的理论计算与试验研究[J]. 机械工程学报, 2005, 41(6): 188-193.WEI H G, DAI X J, SHEN Z P. Theoretical calculation and experimental study on the wind loss of the energy storage flywheel[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2005, 41(6): 188-193.
10	田占元, 祝长生, 王玎. 飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗[J]. 浙江大学学报(工学版), 2011, 45(3): 451-457.TIAN Z Y, ZHU C S, WANG D. Rotor eddy current loss in high speed permanent magnet motors for flywheel energy storage system[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2011, 45(3): 451-457.

循环次数	测试内容/(r·min^-1)	网侧能量/(W·h)	E_c/(W·h)	E_d/(W·h)	η_G/%
第1次	充电：4000→5000	-20038.46	-20042.13	16681.62	83.23%
第1次	放电：5000→4000	16787.37
第2次	充电：4000→5000	-19826.07
第2次	放电：5000→4000	16436.62
第3次	充电：4000→5000	-19936.02
第3次	放电：5000→4000	16638.56
第4次	充电：4000→5000	-20196.66
第4次	放电：5000→4000	16828.33
第5次	充电：4000→5000	-20213.43
第5次	放电：5000→4000	16717.24

循环次数	测试内容/(r·min^-1)	直流侧能量/(W·h)	E'_c/(W·h)	E'_d/(W·h)	η_D/%
第1次	充电：4000→5000	-9263.20	-9422.48	8151.26	86.51
第1次	放电：5000→4000	8152.00
第2次	充电：4000→5000	-9454.80
第2次	放电：5000→4000	8139.90
第3次	充电：4000→5000	-9491.10
第3次	放电：5000→4000	8217.10
第4次	充电：4000→5000	-9468.50
第4次	放电：5000→4000	8107.90
第5次	充电：4000→5000	-9434.80
第5次	放电：5000→4000	9263.20

循环次数	测试内容/(r·min^-1)	电机侧能量/(W·h)	E"_c/(W·h)	E"_d/(W·h)	η_M/%
第1次	充电：4000→5000	-9114.20	-9266.54	8385	90.49%
第1次	放电：5000→4000	8386.30
第2次	充电：4000→5000	-9298.70
第2次	放电：5000→4000	8374.40
第3次	充电：4000→5000	-9332.60
第3次	放电：5000→4000	8453.50
第4次	充电：4000→5000	-9310.30
第4次	放电：5000→4000	8339.70
第5次	充电：4000→5000	-9276.90
第5次	放电：5000→4000	8445.23

循环次数	测试内容/(r·min^-1)	电网侧功率/W	直流侧功率/W	转换效率/%
第1次	充电：4000→5000	-360320	-356080	98.82
第1次	放电：5000→4000	346300	353560	97.95
第2次	充电：4000→5000	-360390	-355980	98.78
第2次	放电：5000→4000	344960	353420	97.61
第3次	充电：4000→5000	-358980	-355400	99.00
第3次	放电：5000→4000	344060	352310	97.66
第4次	充电：4000→5000	-358930	-355560	99.06
第4次	放电：5000→4000	344800	352710	97.76
第5次	充电：4000→5000	-360040	-355880	98.84
第5次	放电：5000→4000	346000	352940	98.03
电网侧变流器充电效率η'_c		98.90%
电网侧变流器放电效率η'_d		97.80%

循环次数	测试内容/(r·min^-1)	直流侧功率/W	电机侧功率/W	转换效率/%
第1次	充电：4000→5000	-169940	-167880	98.79
第1次	放电：5000→4000	173150	178290	97.12
第2次	充电：4000→5000	-169760	-167500	98.67
第2次	放电：5000→4000	172480	177000	97.45
第3次	充电：4000→5000	-169800	-167480	98.63
第3次	放电：5000→4000	172530	177120	97.41
第4次	充电：4000→5000	-169830	-167290	98.50
第4次	放电：5000---4000	172800	177450	97.38
第5次	充电：4000→5000	-169810	-166630	98.13
第5次	放电：5000→4000	172630	177150	97.45
电机侧变流器充电效率η'_c		98.54%
电机侧变流器放电效率η'_d		97.36%

飞轮储能装置性能测试

Performance test of flywheel energy storage device

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[1]	张兴, 阮鹏, 张柳丽, 李娟, 田刚领, 胡东旭, 祝保红. 飞轮储能在华中区域火电调频中的应用分析[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1694-1700.
[2]	李汶灿, 吕静亮, 姜新建, 张信真. 基于多模式协调的飞轮储能系统故障穿越控制方法[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1905-1916.
[3]	王大杰, 孙振海, 陈鹰, 李胜飞, 赵思锋, 温海平. 1 MW阵列式飞轮储能系统在城市轨道交通中的应用[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(5): 841-846.
[4]	王大杰, 陈鹰, 唐英伟, 李胜飞, 赵思锋. 飞轮储能系统在电气化铁路的应用与研究[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(5): 853-860.
[5]	刘佩，魏鲲鹏，戴兴建. 1 MW/60 MJ飞轮储能系统轴系动力学分析与试验研究[J]. 储能科学与技术, 2017, 6(6): 1257-.
[6]	汪勇1，戴兴建1，李振智2. 60 MJ飞轮储能系统转子芯轴结构设计[J]. 储能科学与技术, 2016, 5(4): 503-508.