飛輪儲能技術(shù)在UPS系統(tǒng)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)等各種先進的儲能技術(shù),是近年來出現(xiàn)的、具有很大發(fā)展前景的儲能技術(shù)。雖然目前化學電池(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)境的風險,磷酸鐵鋰蓄電池的充放電次數(shù)受到一定的限制。新能源、電動汽車、UPS供電等許多行業(yè)迫切需要新型的儲能技術(shù)來滿足某些特殊技術(shù)要求。其中飛輪儲能技術(shù)就是一種具有無限的充放電次數(shù)和綠色環(huán)保型的儲能技術(shù),已經(jīng)開始越來越廣泛地應用于國內(nèi)外的許多行業(yè)中。

飛輪儲能電源系統(tǒng)的工作原理

飛輪儲能電源系統(tǒng)的原理如圖1所示。

飛輪儲能電源系統(tǒng)主要由以下三部分組成:飛輪、電機和軸承,整個系統(tǒng)置于真空容器內(nèi)。飛輪儲能電源系統(tǒng)中的電機,既是電動機也是發(fā)電機。

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

飛輪儲能技術(shù)在UPS供電系統(tǒng)中的應用

磁懸浮式飛輪儲能UPS引發(fā)了人們越來越多的關注。這種技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)UPS利用鉛酸蓄電池進行儲能的方式。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中,迅速增長的業(yè)務需求,日益增加的運營成本,有限的機房空間和更高的能量密度,已經(jīng)成為云計算時代下,數(shù)據(jù)中心及其電源管理系統(tǒng)建設面臨的最大挑戰(zhàn)。

IDC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,電力能源成本已經(jīng)成為困擾數(shù)據(jù)中心運營者的頭號難題。其中,UPS、空調(diào)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(tǒng)成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保的重中之重。傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中的蓄電池需要空調(diào)制冷,而且24小時連續(xù)運轉(zhuǎn),耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲能UPS系統(tǒng)則無需空調(diào),大大節(jié)省了運營成本;而且,其占用的空間也大幅減小;維護成本低,無需更換電池;壽命長達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(tǒng)UPS供電系統(tǒng)中,當電力發(fā)生中斷時,蓄電池會支撐系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn),與此同時,柴油發(fā)動機開始啟動,以此保證數(shù)據(jù)中心主機正常工作、空調(diào)連續(xù)運轉(zhuǎn)。蓄電池型UPS在此過程中,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已經(jīng)達到了99.99%。萬一市電中斷,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的時間,這是一個公開的標準。目前,歐洲已經(jīng)將這個時間定了8s。可以斷定,飛輪儲能型UPS能提供30s的電力完全能夠滿足從市電到后備電源的可靠切換的要求。