1.1 选题的背景及意义

随着全球经济的快速发展，用户对电力的需求也日益增长，电力供应与需求上的矛盾也日益凸显出来，如系统装机容量难以满足峰值负荷的要求，用户对电能质量和供电可靠性要求越来越高等等。特别是近年来可再生能源技术迅速发展，但其本身存在的间歇性和随机性将会对电网造成很大影响。解决这些问题不仅是满足用户用电需求的迫切需要，也是建立安全、优质、经济的电力系统和发展智能电网的要求。能量存储技术可以提供一种简单而有效的解决办法。各种形式的储能装置在电网负荷低谷时从电网获取电能充电，在电网负荷峰值时向电网输送能量，对负荷实施削峰填谷，满足用户的用电需求。将储能装置用于用户侧，还可以为配电网提供和从配电网吸取有功和无功功率，提高电能质量，增强供电系统的可靠性。

能量存储技术是世界性的研究课题，为了有效利用现有能源，需要发展节能技术和储能技术，也需要通过储能环节来进行调节。飞轮储能是一种具有广阔前景的物理储能技术。飞轮储能具有存储密度高、瞬时功率大、充电时间短、充放电程度易于测量、使用寿命长、安装维护方便、对环境无危害，可以就近放置不受地理环境限制等优点，是目前储能装置中的研究热点。除了应用于电网调节，飞轮储能在诸多其它领域的应用也备受瞩目，如电动汽车、不间断供电设备用电源 UPS，以及航空航天等领域。因此对飞轮储能的研究不仅对电力系统的运行和改善有重要意义，同时作为一种优良的能量存储形式，也可以在诸多应用领域发挥重要作用。

1.2 飞轮储能系统国内研究现状

清华大学飞轮储能实验室是国内最早研究飞轮储能的实验室之一，1997年设计出第一套复合材料飞轮系统。1998年飞轮储能系统成功运行到48000r/min，实现充放电。次年设计出第二代飞轮，于2001年成功运行，储存能量达到500Wh，储能密度35Wh/kg。2012年，清华大学与中国石化集团联合研制了中国首台功率为400kW的飞轮储能系统样机。该系统突破了永磁轴承、高速永磁电机，大功率的充、放电控制器等关键技术难题，飞轮质量为2t，总储能量16.3ＭＪ目前己完成充放电试验，能量转换效率达到86%，输出直流电压可达到750V。

北京航空航天大学对用于卫星姿态调整和能量储存的飞轮储能系统研究较早，其在航天器用磁悬浮飞轮方面的研究位于国内领先。针对其应用场合所研制的飞轮储能系统的特点：小功率高转速，其研制的飞轮储能系统采用三环交接的高速碳纤维作为转子，设计运行速度为50000r/min，储能密度36.1Wh/kg，飞轮储能实验装置转换效率达到83％，实验输出功率100W。

中国科学院电工研究所设计了采用电磁轴承与高温超导轴承共同作用来实现悬浮的混合磁悬浮SMB实验装置，该系统最高转速达到9600r/min。

华北电力大学研制的飞轮储能系统，轴承采用永磁-流体动压混合系统，飞轮为钢质飞轮，最高转速达到10000r/min，成功进行了飞轮储能系统充电试验，并应用于电力系统。

沈阳工业大学与南京航空航天大学及浙江大学展开合作，成功研制了采用磁悬浮轴承的75kW，60000r/min的高速永磁电动／发电机，并进行了样机实验。国内对飞轮储能系统的应用不断增多。并呈现出企业与高校、研究所相互合作的趋势，以实现飞轮储能技术在工业及商业领域的应用。

1.3 飞轮储能系统国外研究现状