飛輪儲能技術(shù)在UPS系統中的應用

飛輪儲能技術(shù)是一種新興的電能存儲技術(shù),它與超導儲能技術(shù)、燃料電池儲能技術(shù)等各種先進(jìn)的儲能技術(shù),是近年來(lái)出現的、具有很大發(fā)展前景的儲能技術(shù)。雖然目前化學(xué)電池(鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池等)儲能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟,但是,鉛酸蓄電池有污染環(huán)境的風(fēng)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(dòng)汽車(chē)、UPS供電等許多行業(yè)迫切需要新型的儲能技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足某些特殊技術(shù)要求。其中飛輪儲能技術(shù)就是一種具有無(wú)限的充放電次數和綠色環(huán)保型的儲能技術(shù),已經(jīng)開(kāi)始越來(lái)越廣泛地應用于國內外的許多行業(yè)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(gè)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(dòng)機也是發(fā)電機。

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

飛輪儲能技術(shù)在UPS供電系統中的應用

磁懸浮式飛輪儲能UPS引發(fā)了人們越來(lái)越多的關(guān)注。這種技術(shù)拋棄了傳統UPS利用鉛酸蓄電池進(jìn)行儲能的方式。在現代數據中心中,迅速增長(cháng)的業(yè)務(wù)需求,日益增加的運營(yíng)成本,有限的機房空間和更高的能量密度,已經(jīng)成為云計算時(shí)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(jīng)成為困擾數據中心運營(yíng)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(huán)保的產(chǎn)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(huán)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(shí)連續運轉,耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲能UPS系統則無(wú)需空調,大大節省了運營(yíng)成本;而且,其占用的空間也大幅減小;維護成本低,無(wú)需更換電池;壽命長(cháng)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(fā)生中斷時(shí),蓄電池會(huì )支撐系統正常運轉,與此同時(shí),柴油發(fā)動(dòng)機開(kāi)始啟動(dòng),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(guò)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(zhuān)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(shuō)已經(jīng)達到了99.99%。萬(wàn)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(shù)上只需要10s的時(shí)間,這是一個(gè)公開(kāi)的標準。目前,歐洲已經(jīng)將這個(gè)時(shí)間定了8s?？梢詳喽?飛輪儲能型UPS能提供30s的電力完全能夠滿(mǎn)足從市電到后備電源的可靠切換的要求。