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1、丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文蒋书运 研究领域：1、高速加工机床（高速精密电主轴；机床结构动、热态特性分析等）2、电能存储新技术（飞轮储能系统）项目 1、飞轮储能系统机电耦合与解耦设计的理论与方法；国家自然科学基金；2002-2004；应用基础研究。2、新型高效飞轮储能关键技术研究；国家 863 计划项目；2007-2009 年；高技术研究。3、带电涡流阻尼器与大承载永磁悬浮轴承的储能飞轮转子动力学研究；国家自然科学基金；2012-2015；常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语应用
2、基础研究。4、中国博士后科学研究基金：飞轮储能系统机电耦合非线性振动与飞轮本体结构优化设计 文章 1、鞠立华,蒋书运.飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析J.中国科学:技术科学,2006,36(1):68-83.2、Jiang S,Lihua J U.Study on electromechanical coupling nonlinear vibration of flywheel energy storage systemJ.中国科学:技术科学,2006,49(1):61-77.飞轮储能系统机电耦合非线性振动研究 3、Wang H,Jiang S,Shen Z.The Dynamic An
3、alysis of an Energy Storage Flywheel System With Hybrid Bearing SupportJ.Journal of Vibration&Acoustics,2009,131(5):051006.具有混合轴承支撑的储能飞轮系统的动态分析 4、Jiang S,Wang H,Wen S.Flywheel energy storage system with a permanent magnet bearing and a pair of hybrid ceramic ball bearingsJ.Journal of Mechanical Scie
4、nce and Technology,2014,28(12):5043-5053.具有永磁轴承和一对混合陶瓷球轴承的飞轮储能系统 一、什么是飞轮储能 飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能系统主要包括转子系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还有一些支持系统，如真空、深冷、外壳和控制系统。基本结构如图所示。转子系统 我尽一杯，与君发三愿：一愿世清平，二愿身强健，三愿临老头，数与君相见。白居易勿以恶小而为之，勿以善小而不为。刘备飞轮转动时动能与飞轮的转动惯量成正比。而飞轮的转动惯量又正比于飞轮直径的 2 次方和飞轮的质量（J=(0.
5、51)*M*R2,飞轮质量分布均匀时取 0.5，质量完全集中在边缘时取 1）。当过于庞大、沉重的飞轮在高速旋转时，会受到极大的离心力作用，往往超过飞轮材料的极限强度，很不安全。因此，用增大飞轮转动惯量的方法来增加飞轮的动能是有限的。轴承系统 支撑转子的轴承，支撑转子运动，降低摩擦阻力，使整个装置则以最小损耗运行。转换能量系统 飞轮储能装置中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时，它作为电动机给飞轮加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降；而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。飞轮储能器中没有任何化学活性物质，也没有任何化学反应发生。旋转时的飞轮是纯粹的
6、机械运动，飞轮在转动时的动能为：E=1/2J2 式中：J 为飞轮的转动惯量 为飞轮旋转的角速度.飞轮储能的技术优势是技术成熟度高、充放电次数无限以及无污染等特性。飞轮储能的能量密度不够高、自放电率高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。适用于电网调频和电能质量保障。二、飞轮储能的应用 飞轮储能技术在新能源中的应用 储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题,可以实现新能源发电的平滑输出,能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化,使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并入传统电网。高速飞轮储能系统可以在瞬间释放出巨大电力以稳定电网波动。可实现对电网的调峰功能,从
7、而替代水力、燃气发电厂,为电网运营商创造更可靠的供电系统。由此可见,飞轮储能技术能够提高电网对可再生能源的接纳能力。飞轮储能技术在电动汽车中的应用 飞轮储能电源系统非常适合应用于混合电动汽车中。车辆在正常行使或刹车制动时,给飞轮储能电源系统充电;在车辆加速或爬坡时,飞轮储能电源系统放电,给车辆提供动力,保证车辆运行在一种平稳、最优状态下的转速,可减少燃料消耗,并可以减少发动机的维护,延长发动机的寿命。众所周知,在城区运行的各种车辆需要频繁的刹车制动、再启动。而刹车制动的能量,却以机械磨擦的形式转化为热能消耗掉。研究证明,此能量约占车辆使用能量的30%。如果能再利用这部分能量,则会产生巨大的经济
8、效益。飞轮储能技术在 UPS 供电系统中的应用 电力能源成本已经成为困扰数据中心运营者的头号难题。其中,UPS、空调等周边设备的耗电量大大高于主机电量。另外,酸铅蓄电池并非绿色环保的产品。因此,配备一套智能绿色 UPS 供电系统成为数据中心节能环保的重中之重。传统电源系统中的蓄电池需要空调制冷,而且 24 小时连续运转,耗能巨大。磁悬浮式飞轮储能 UPS 系统则无需空调,大大节省了运营成本;而且,其占用的空间也大幅减小;维护成本低,无需更换电池;寿命长达 20 年。国内外飞轮技术的发展 勿以恶小而为之，勿以善小而不为。刘备好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。中庸三、国外飞轮储能技术发展现状 美
9、国、德国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日本已经制造出在世界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统(容量 26.5MVA,电压 1100V,转速 510690r/min,转动惯量710t m2)。美国马里兰大学也已研究出用于电力调峰的 24kwh 的电磁悬浮飞轮系统。飞轮重 172.8kg,工作转速范围11,61046,345rpm,破坏转速为48,784rpm,系统输出恒压110-240V,全程效率为81%。经济分析表明,运行 3 年时间可收回全部成本。飞轮储能技术在美国发展得很成熟,他们制造出一种装置,在空转时的能量损耗达到 0.1%每小时。欧洲的法国国家科研中心、德国的物
10、理高技术研究所、意大利的 SISE 均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。1、美国宇航局（NASA）Glenn 研究中心及其合作单位 NASA 飞轮主要应用于航空航天，以及军用装甲车辆上，用途主要是：能量储存；动力和姿态控制；峰值功率调节等。设计储能量：300-700W3S；储能密度 44wh/kg；转速：60000rpm；线速度：不小于 880m/s。目标建立和测试大型飞轮储能系统，目标：储能密度大于 100wh/kg；线速度不小于 1260m/s。工作高低转速比：3：1；放电深度：90%；运行转速内无临界模态，后期研究控制模态可能性。2、Bescon Power 公司 Bescon
11、 Power 公司生产的飞轮电池产品用以满足迅速增长的可靠的、分布式电源需求。建立为通讯应用提供后备电源的商业基础，估计每年拥有 10000 套飞轮系统需求。为电信/电缆设备提供备用电力供应的 20C1000 飞轮储能系统为主。飞轮采用采用高强度复合材料轮缘，高速、长寿命、无需维护、低损耗永磁偏置主动/被动磁轴承，直流永磁无刷高效率、低损耗电动/发电机，正弦波脉宽调制实现驱动电压、电流一体化控制的双向换流器，真空密封，埋入地下，运行状况可以通过互联网进行监视。指标：工作转速：30000-100000rpm，最高线速度:700m/s，放电深度:90%，电机效率:96%,输出可用储量 2000wh
12、；输出电压为直流 36V、48V 或 96V，额定输出功率 1kw；输入电压 120/240 DC，50/60HZ，最大输入功率 kw；转子重量：68kg,飞轮模块重量:383kg，电子模块重量 90kg；设计寿命：20 年，平均故障间隔时间：10 万小时。3、Active Power 公司 公司主要生产作为不间断电源(UPS)的飞轮电池系统,以取代传统的铅-酸电池,解决当今对于电力品质的高要求。公司产品的应用对象主要是广大工业用户,比如:先进的数据中心、工业设备和广播站等。目前,公司拥有 29 项发明专利,主要产品有 Cat UPS 系列和 Cleansource DC 系列。ActiveP
13、ower 的飞轮材料为 4340 锻铁,其飞轮转子与电动/发电机、磁轴承整合在一起。用磁铁卸去80%的重量以延长飞轮轴承的寿命和减小损耗。飞轮的工作转速在 70007700rpm。工作维持时间为几十秒到几分钟。目前公司飞轮已经产品化出售，并在北京设有办事处。4、德国 Forschungszentrum karlsruhe Gmbh 公司 德国Forschungszentrum karlsruhe Gmbh 公司1997年着手设计5MWh/100MW 超导飞轮储能电站的概念设计。电站由 10 个飞轮模块组成，每个模块储能 0.5MWh，功率 10MW，重 30t，直径3.5m、高 6.5m，用同
14、步电动/发电机进行电能输入输出。每个模块包括一个电动/发电机子模块、4 个碳纤维复合材料制成的转子模块和 6 个 SMB 子模块。每个飞轮转子储能 125kwh，重 3t，能量密度42wh/kg,运行转速为 2250-4500rpm，最大外缘线速度 600m/s，最大拉应力 810Mpa。SMB 由 YBCO块材料和稀土铁棚型高强度永磁材料构成，耗用 10t 的 YBCO 块材和 5t 的永磁材料。系统效率 96%。大丈夫处世，不能立功建业，几与草木同腐乎？罗贯中吾日三省乎吾身。为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？论语5、日本 日本已投资 3500 万美元进行高温超导磁悬浮轴承飞轮储能
15、研究,由三菱、日立、精工等公司和多个研究所、高校组成 3 个研究组合作承担。已研制出 3 种试验模型机,并进行了储能 8MW.h 容量 1000kW 的飞轮储能机组的概念设计。日本原子能研究所一座大型核融合实验炉采用了飞轮储能发电装置，其主要参数为：功率 235MVA、电压 18kv、电流 6898A、飞轮转速 420-600rpm、可释放能量为 020MJ，转子为碳素钢锻造的实心圆盘，重 1000t。四、国内飞轮储能技术的发展现状 目前国内从事与飞轮研究相关的单位有:清华大学工程物理系飞轮储能实验室、华北电力大学、北京飞轮储能柔性研究所(由中科院电工所、天津核工业理化工程研究院等组成)、北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国科大、中科院力学所、东南大学、合肥工业大学等,主要集中在小容量系列，其中，北航针对航天领域研制的“姿控/储能两用磁悬浮飞轮”已获得 2007 年国家技术发明一等奖。华北电力大学和中国科学院电工研究所、河北省电力局合作,已经开始就电力系统调峰用飞轮储能系统的课题进行研究,预计能够取得可喜的成果。