一种飞轮储能装置的制作方法

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种飞轮储能装置。

背景技术：

传统电力系统以煤炭、石油、天然气、水能等作为一次能源，由于其可储存的特性以及稳定可靠的发电技术，使得电力系统供应侧可控可调。随着可再生能源发电的大规模接入，风能、太阳能等可再生能源作为一次能源具有不可储存及波动性特征，使得风电等可再生能源发电出力具有较大的不确定性，电力系统供侧可调控性降低。另一方面，在需求侧，由于不同时间段用电需求的不均衡，导致日间电力需求紧张，夜间电力供应过剩，各地采用峰谷电价进行调整，导致用户实际用电成本增加。

在此背景下，大规模储能技术应运而生。目前主流的储能技术为化学电池储能，其次为抽水蓄能和飞轮储能。与化学电池储能相比，传统飞轮储能的优点是安全性高(主要是火灾风险低)、使用寿命长(充放电次数不受限，理论寿命约为化学电池3倍以上)、环境适应性好(不受低温影响)、退役回收处理成本低(有残值，无处理费用)等优点；缺点是：1、受传动系统、材料等因素限制，单机储能量较小；2、由于存在机械传动系统，存在机械磨损，运行一定时间后发生机械故障的概率概率较高；3、能量密度较低；4、受风阻、传动摩擦等影响，储能损耗较高。

现有飞轮储能技术采用有固定转轴技术，并伴有传动系统，增加了飞轮转体的摩擦阻力，同时由于飞轮处于高速旋转运行状态下，空气阻力不容忽视，会消耗大量能源，不能很好的满足电网调峰工作的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种飞轮储能装置来解决电力系统对用电峰谷时间段可调控性不足的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种飞轮储能装置，包括：底座；保护外壳，所述保护外壳固定连接于所述底座上端；磁悬浮定子，所述磁悬浮定子固定连接于所述底座上端，所述磁悬浮定子与所述保护外壳侧端连接组成空心管状圆环；电机定子，所述电机定子固定连接于所述保护外壳和磁悬浮定子外表面；飞轮，所述飞轮设于所述磁悬浮定子与所述保护外壳组成空心管状圆环内部；转体支架，所述转体支架固定连接于所述飞轮靠近所述保护外壳的侧端；磁悬浮转子，所述磁悬浮转子固定连接于所述飞轮靠近所述磁悬浮定子的侧端；电机转子，所述电机转子固定连接于所述转体支架外表面。

作为本实用新型的一种改进，所述底座为梯形支架，所述底座的底端设有螺栓孔。

作为本实用新型的一种改进，所述保护外壳为凹型圆环。

作为本实用新型的一种改进，所述磁悬浮定子为凸型圆环电磁体，所述磁悬浮定子与所述保护外壳同心同轴连接，组成空心管状圆环，内部为真空环境；所述真空环境，先利用氢气或者氦气对空气进行置换，再将氢气或者氦气抽出。

作为本实用新型的一种改进，所述电机定子为一个或多个均匀布置的定子铁芯，所述电机定子外表面均设有定子绕组。

作为本实用新型的一种改进，所述飞轮截面采用圆形或椭圆形的高强材料圆环，材料为碳纤维、石墨烯、碳纳米管、高强气凝胶、铝锂合金或钛合金中的一种；所述飞轮与所述转体支架、磁悬浮转子和电机转子连接整体表面进行光滑处理；所述飞轮采用预应力加工；所述飞轮与所述保护外壳同心同轴布置。

作为本实用新型的一种改进，所述转体支架为刚性圆环支架，材料为铝合金、铝锂合金或钛合金中的一种，所述转体支架固定连接于所述飞轮圆环靠近圆心的一端。

作为本实用新型的一种改进，所述磁悬浮转子为圆环型永磁体，所述磁悬浮转子固定连接于所述飞轮圆环远离圆心的一端。

作为本实用新型的一种改进，所述电机转子为两个或多个均匀布置的永磁体。

作为本实用新型的一种改进，还包括：电流转换装置，所述电流转换装置为整流柜和逆变器；在输入电流的电路中，所述整流柜、逆变器和飞轮储能装置依次连接；在输出电流的电路中，所述飞轮储能装置、整流柜和逆变器依次连接。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型a-a示意图；

图3为本实用新型电机定子位置示意图；

图4为本实用新型b-b示意图；

图5为本实用新型电路流程图。

图中各构件为：

1为底座、2为保护外壳、3为磁悬浮定子、4为电机定子、5为飞轮、6为转体支架、7为磁悬浮转子、8为电子转子、9-1为整流柜、9-2为逆变器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，一种飞轮储能装置，包括：底座1；保护外壳2，所述保护外壳2固定连接于所述底座1上端；磁悬浮定子3，所述磁悬浮定子3固定连接于所述底座1上端，所述磁悬浮定子3与所述保护外壳2侧端连接组成空心管状圆环；电机定子4，所述电机定子4固定连接于所述保护外壳2和磁悬浮定子3外表面；飞轮5，所述飞轮5设于所述磁悬浮定子3与所述保护外壳2组成空心管状圆环内部；转体支架6，所述转体支架6固定连接于所述飞轮5靠近所述保护外壳2的侧端；磁悬浮转子7，所述磁悬浮转子7固定连接于所述飞轮5靠近所述磁悬浮定子3的侧端；电机转子8，所述电机转子8固定连接于所述转体支架6外表面。

上述技术方案的工作原理和有益效果：利用飞轮储能，在电力供应过剩的时间段，电能驱动电机，将电能转化为飞轮的动能进行存储，在需要输出储能时，飞轮带动电机，将飞轮动能转化为电能输出。与其他储能技术相比，飞轮储能安全性高、使用寿命长。

在本实用新型的一个实施例中，所述底座1为梯形支架，共设有四个底座，底座之间90°夹角均匀布置，所述底座1的底端设有螺栓孔。

上述技术方案的工作原理和有益效果：底座用于支撑整个装置，设置四个支撑点更加稳固，螺栓孔用于与地面固定连接，方便安装。

参阅图2，在本实用新型的一个实施例中，所述保护外壳2为凹型圆环。

参阅图2，在本实用新型的一个实施例中，所述磁悬浮定子3为凸型圆环电磁体，采用钕铁硼强磁材料，所述磁悬浮定子3与所述保护外壳2同心同轴连接，组成空心管状圆环，内部为真空环境；所述真空环境，先利用氦气对空气进行置换，再将氦气抽出。

上述技术方案的工作原理和有益效果：磁悬浮定子与保护外壳组成空心管状圆环，作为飞轮的运动空间，磁悬浮定子使飞轮不与其他部件发生传动，且运动空间为真空环境，且利用氦气等小分子气体，减小真空残余气体分子与飞轮之间的碰撞产生的动能损耗，大大降低飞轮运动时的风阻和传动摩擦，储能损耗降低，经济效益提高。

参阅图3，在本实用新型的一个实施例中，所述电机定子4为三个均匀布置的定子铁芯，所述电机定子4外表面均设有定子绕组。

上述技术方案的工作原理和有益效果：电子定子产生交变磁场，对电机转子交替产生吸附和排斥的作用。

在本实用新型的一个实施例中，所述飞轮5截面采用圆形的碳纤维材料圆环，所述飞轮5与所述转体支架6、磁悬浮转子7和电机转子8连接整体表面进行光滑处理；所述飞轮5采用预应力加工；所述飞轮5与所述保护外壳2同心同轴布置。

上述技术方案的工作原理和有益效果：据动能的计算公式，飞轮高速转动时储存的动能与飞轮的转动惯量(j＝(0.5～1)*m*r^2)和飞轮旋转的角速度成正比。飞轮材料选择抗拉比强度高的碳纤维材料，可以进一步提高飞轮可承受的极限角速度，增加了飞轮的储能总量。整体进行表面处理，以降低表面粗糙度，进而减小风阻，采用预应力工艺加工，以增加飞轮的强度。

在本实用新型的一个实施例中，所述转体支架6为刚性圆环支架，采用钛合金材料，所述转体支架6固定连接于所述飞轮5圆环靠近圆心的一端。

上述技术方案的工作原理和有益效果：飞轮为碳纤维材料，碳纤维是一种柔性材料，柔性材料要想形成一个封闭的环，必须附着在一个刚性的材料上。

在本实用新型的一个实施例中，所述磁悬浮转子7为圆环型永磁体，采用钕铁硼强磁材料，所述磁悬浮转子7固定连接于所述飞轮5圆环远离圆心的一端。

上述技术方案的工作原理和有益效果：磁悬浮定子和磁悬浮转子的相互作用，使得实现飞轮悬浮，大大降低了飞轮的传递损耗。

在本实用新型的一个实施例中，所述电机转子8为三个均匀布置的永磁体。

上述技术方案的工作原理和有益效果：电机转子的主要作用是在储能过程中，与电机定子的交变磁极发生吸引和排斥作用，驱动飞轮转动；在放电过程中，与电机定子铁芯发生作用，引起铁芯磁力线发生变化，产生感应电动势，进而形成交变电流。

参阅图5，在本实用新型的一个实施例中，还包括：电流转换装置，所述电流转换装置为整流柜9-1和逆变器9-2；在输入电流的电路中，所述整流柜9-1、逆变器9-2和飞轮储能装置依次连接；在输出电流的电路中，所述飞轮储能装置、整流柜9-1和逆变器9-2依次连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果：在储能过程中，需要储存的工频交流电能，经过整流柜输出直流，经过逆变器转换为高频交流电，驱动电机(此条件下，电机作为电动机用)带动飞轮加速转动，电能转化为飞轮动能；在放电过程中，飞轮带动电机(此条件下，电机作为发电机使用)转动，飞轮动能转化为电能，发出高频的交流电，经过整流、逆变等装置，形成工频交流电，从而在用电峰谷时间段，方便电力系统供侧进行合理调控。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内中。