歐盟委員會最近通過了一項協議,計劃進一步推動將能源系統轉化為可再生能源的程序。然而,可再生能源發電的特點是可變性和不可程式設計性。這就決定了,如果我們想保證電力系統的安全執行,就必須對基礎設施進行更大的升級改造,並大力發展儲能系統。
電網實際上是一個複雜的系統,它是由發電機、線路和負載組成,它們以特定的頻率(50/60赫茲)和標準的電源電壓值執行。為了保持系統的穩定性,發電機在給定時刻所產生的能量必須平衡來自負載的能量需求,從而在生產和消耗之間建立起平衡,或者透過使用儲存系統來補償差異。
什麼是飛輪?飛輪是一個連線在旋轉軸上的重型輪子,以便平穩地將動力從電機傳遞到機器。飛輪的慣性會對抗並減緩發動機在速度上的波動,並將多餘的能量儲存起來以供階段性使用。目前儲存和調節電網的最有前途的新技術之一是使用飛輪系統,也稱為飛輪儲能(FES),它又是如何工作的呢?
人們將一個具有很大機械慣性的轉子插入一個堅固的圓柱形容器中,在該容器中保持一定程度的真空,以減少噪音和空氣動力的摩擦,當然這也得益於磁性軸承或超導材料的使用。飛輪使用電能加速或減速,儲存的動能透過整合在旋轉軸上的電動機/發電機與電網進行交換。儲存的能量取決於飛輪的轉速和慣性,即飛輪的形狀、質量和轉子半徑的大小。
飛輪根據轉速進行分類,轉速可達每分鐘100000轉。據信該技術的儲能效率非常高(高達95%)。 由於響應時間快、靈活性高,飛輪技術非常適合於補償因風力和輻射突然變化而導致的短暫但劇烈的功率變化,這些變化會影響太陽能和風力發電廠的生產。
近年來,使用這一技術的試點工廠正在建設中。首個大型發電廠是為了進行電網頻率調節而建造的,並於2011年在紐約斯蒂芬鎮投入使用,隨後在賓夕法尼亞州哈茲勒複製了另一個20兆瓦的發電廠。相信伴隨著人類科學技術的不斷進步,此類綠色高效的電力系統將會更為普及。