飛輪本質上是一個機械電池，由繞軸旋轉的質量組成。它以動能的形式儲存能量，其工作原理是將轉子加速到非常高的速度，并將系統中的能量維持為旋轉能。飛輪儲能是一種很有前途的技術，可以替代傳統的鉛酸電池作為儲能系統。

大多數現代高速飛輪儲能系統 （FESS） 由一個巨大的旋轉圓柱體組成，該圓柱體由磁懸浮軸承支撐在定子（旋轉系統的固定部分）上。這些軸承是永磁體，通過排斥力支撐飛輪的重量，并通過電磁鐵穩定。

理論與應用

FESS 利用存儲在旋轉質量中的動能，摩擦損失低。系統的動能由方程 Ek = ? Iω2

其中 I 是慣性矩，ω 是旋轉圓盤的角速度;當 ω 或 I 增加時，系統的能量增加。

飛輪曾經由鋼制成，現在由碳纖維復合材料制成，該復合材料具有高抗拉強度，可以儲存更多的能量。飛輪中存儲的能量是其轉速與質量的平方的函數，因此需要更高的轉速。以盡可能高的速度旋轉可實現最佳能量質量比。然而，飛輪會受到很大的離心力，并且在低于較低密度材料的轉速下可能容易失效。

FESS 在真空中運行以減少阻力、摩擦和能量損失，并連接到電動發電機，該發電機通過先進的電力電子設備與公用電網互動。它們在能源網存儲中用作瞬時電網頻率調節和平衡供需和用電之間突然變化的儲備，因此當由于市電波動或丟失而需要短期備用電源時。

電能輸入用于使用內置電動發電機將轉子加速到速度;慣性允許轉子繼續旋轉，產生的動能轉化為電能。通過使用與發電機相同的電機消耗動能來釋放能量。

但它并不是發電的主要來源。電網中的額外動力被分流到飛輪并用于使它們運動。當以后需要電力時，利用飛輪的動量產生電力，反饋給電網。

其他應用

在 1950 年代，飛輪儲能系統被用于瑞士和比利時的陀螺車等車輛，它們還可以替代電動汽車中的傳統化學電池。它們還用于鐵路運輸、飛機發射系統以及 NASA 用于航天器儲能的 G2 飛輪。它們還可用于風力渦輪機，以在非高峰期或高風速期間儲存能量。

但這還不是全部。簡單的飛輪存在于摩擦玩具中，而更復雜的飛輪則用于過山車等游樂設施和賽車運動，以提高汽車的加速度。

優勢

與其他儲電方式相比，FESS 的使用壽命很長，可以使用幾十年，幾乎不需要維護。詹姆斯瓦特蒸汽機中的飛輪已經連續工作了 200 多年。

FESS 還具有較高的比能量和較大的最大功率輸出。它們的能源效率 - 每輸入能量的能量輸出比率 - 可高達 90%。

此外，此類系統不像電池那樣受到溫度波動的影響，也不會受到許多其他常見故障的影響。FESS 對環境的破壞也較小，因為它們由惰性或良性材料制成。

審核編輯 黃宇