[发明专利]易散热飞轮储能系统及其转子真空下温升抑制方法

说明书

本发明属于飞轮储能技术领域，具体涉及了一种易散热飞轮储能系统及其转子真空下温升抑制方法，旨在解决现有飞轮储能系统转子温升无法在保持换热强度较高的同时降低密封难度的问题。本发明包括：设置于真空壳体内部包含电动/发电一体机的转子部分、转轴、电磁轴承和飞轮；固定设置在转轴上的飞轮、电磁轴承转子部分、电动/发电一体机转子部件；位于真空壳体内部和外部的电动/发电一体机的转子部件和定子部件；包裹定子部件的定子套筒；定子套筒与定子部件空隙中的液态冷却工质；设置于定子套筒上部的冷凝器和调压装置。本发明避开了转子旋转密封问题，降低了工艺难度，同时有效提升了系统的换热辐射换热强度。

技术领域

本发明属于飞轮储能技术领域，具体涉及了一种易散热飞轮储能系统及其转子真空下温升抑制方法。

背景技术

21世纪以来，科技创新日新月异，人口和经济不断增长，全球对能源的需求与日俱增。不可再生能源资源日益枯竭并带来了严重的环境污染问题，能源供需矛盾日益凸显。大规模开发利用可再生能源成为解决能源危机、环境污染的最佳手段，但以光伏、风电为代表的可再生能源具有很强的波动性和间隙性，调节难度大，大规模并网将对电网的稳定运行造成很大的威胁，很大程度上限制了可再生能源的利用。储能系统是现代电力系统和智能电网的重要组成部分，也是实现可再生能源并网消纳及分布式发电高效应用的重要环节。

目前常见的储能方式包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电化学储能、超级电容储能、超导磁储能等。相比于其他储能方式，飞轮储能具有比能量高、比功率高、循环寿命高、能量转化效率高、安全可靠等优势。这些特点决定了飞轮储能适用于需要短时高功率电能输出且充放电频繁的场合，目前已经在轨道交通能量回收、舰船综合电力系统、新能源并网发电、不间断电源等领域得到应用。

高速飞轮储能系统的转速可达40000～50000r/min，为减小高转速下飞轮储能系统的风阻，转子通常在低压或真空条件下运行。同时，为减小系统轴承摩擦损耗，常采用电磁轴承，将飞轮转子悬浮于真空中，飞轮储能系统效率可达95％以上。然而在真空环境中，转子产生的热量仅能通过热辐射方式向外传递，且辐射强度很弱，使得系统转子产生的热量排散困难，导致转子温度不断升高，甚至引起磁钢退磁而损坏电机。

现有飞轮储能系统转子冷却技术主要可分为接触式和非接触式散热方式。接触式散热主要通过冷却剂与转子直接接触将热量带出并在飞轮系统外散发，这种方式对于转子与真空壳体的密封要求非常高。非接触式散热主要以辐射形式将转子热量转移至低温侧。辐射换热强度较低，需要辅以强化辐射换热的手段，如增大换热温差、换热面积、表面发射率。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有飞轮储能系统转子温升无法在保持换热强度较高的同时降低密封难度的问题，本发明提供了一种易散热飞轮储能系统，该系统包括真空壳体、转轴、飞轮、电磁轴承、电动/发电一体机、定子套筒、冷凝器以及调压装置；

所述真空壳体内部包含电动/发电一体机的转子部分、转轴、电磁轴承和飞轮，用于为所述易散热飞轮储能系统提供真空环境；

所述飞轮、电磁轴承转子部分、电动/发电一体机转子部件均固定设置在转轴上；

所述电动/发电一体机的转子部件位于真空壳体内部；

所述电动/发电一体机的定子部件位于真空壳体外部，并以定子套筒包裹；

所述定子套筒高于定子部件且与定子部件存在空隙，以液态制冷工质填充套筒与定子之间的空隙；

所述冷凝器及所述调压装置安装于所述定子套筒上部，用于调节定子套筒内的压力。

在一些优选的实施例中，所述液态制冷工质为HFE氟化液体冷却工质或HFO氟化液体冷却工质。

在一些优选的实施例中，所述电磁轴承为减小旋转摩擦损耗的非接触式磁悬浮式轴承，用于支撑转轴和飞轮。