飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在UPS系統(tǒng)中的應(yīng)用

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種新興的電能存儲(chǔ)技術(shù),它與超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)、燃料電池儲(chǔ)能技術(shù)等各種先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù),是近年來(lái)出現(xiàn)的、具有很大發(fā)展前景的儲(chǔ)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(chǔ)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(xiǎn),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(dòng)汽車、UPS供電等許多行業(yè)迫切需要新型的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)滿足某些特殊技術(shù)要求。其中飛輪儲(chǔ)能技術(shù)就是一種具有無(wú)限的充放電次數(shù)和綠色環(huán)保型的儲(chǔ)能技術(shù),已經(jīng)開(kāi)始越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的許多行業(yè)中。

飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的工作原理

飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的原理如圖1所示。

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

“充電”時(shí),作為電動(dòng)機(jī)給飛輪加速,將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能;“放電”時(shí),作為發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,給外部供電;在為外部供電時(shí),飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降。而當(dāng)飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),飛輪儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的運(yùn)行損耗非常小。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在UPS供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

磁懸浮式飛輪儲(chǔ)能UPS引發(fā)了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。這種技術(shù)拋棄了傳統(tǒng)UPS利用鉛酸蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能的方式。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中,迅速增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求,日益增加的運(yùn)營(yíng)成本,有限的機(jī)房空間和更高的能量密度,已經(jīng)成為云計(jì)算時(shí)代下,數(shù)據(jù)中心及其電源管理系統(tǒng)建設(shè)面臨的最大挑戰(zhàn)。

IDC的統(tǒng)計(jì)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(yùn)營(yíng)者的頭號(hào)難題。其中,UPS、空調(diào)等周邊設(shè)備的耗電量大大高于主機(jī)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(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),耗能巨大。磁懸浮式飛輪儲(chǔ)能UPS系統(tǒng)則無(wú)需空調(diào),大大節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本;而且,其占用的空間也大幅減小;維護(hù)成本低,無(wú)需更換電池;壽命長(zhǎng)達(dá)20年。圖3給出了柜式磁懸浮飛輪儲(chǔ)能型UPS的外形圖。

在傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)中,當(dāng)電力發(fā)生中斷時(shí),蓄電池會(huì)支撐系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn),與此同時(shí),柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng),以此保證數(shù)據(jù)中心主機(jī)正常工作、空調(diào)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。蓄電池型UPS在此過(guò)程中,提供了“分鐘級(jí)”的電力供電。而飛輪儲(chǔ)能型UPS受制于機(jī)械儲(chǔ)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(dá)到99.9%,有些重要的負(fù)載都采用雙路市電供電,市電的可靠性可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了99.99%。萬(wàn)一市電中斷,后備電源的可靠性也可以達(dá)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(biāo)準(zhǔn)。目前,歐洲已經(jīng)將這個(gè)時(shí)間定了8s?？梢詳喽?飛輪儲(chǔ)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。