一种储能飞轮制造技术

本实用新型专利技术涉及机械储能装置，具体涉及一种储能飞轮。包括飞轮、第一支撑板、驱动电动机、发电机、第二支撑板、水池、水轮发电机、抽水机、注水管和控制器，飞轮包括储水部、注水部、排水部和安装部，排水部位于储水部轴心处，注水部固定在储水部上方，排水部穿过第一支撑板和第二支撑板，安装部与第一支撑板铰接连接，驱动电动机和发电机均固定安装在第二支撑板上，水轮发电机和抽水机安装在水池上方，水轮发电机与排水部位置匹配，注水管第一端与抽水机输出端连接，注水管第二端与注水部匹配。本实用新型专利技术的实质性效果是：提高飞轮储能的效率，减小飞轮储能过程中摩擦力造成的能力损失。

An Energy Storage Flywheel

The utility model relates to a mechanical energy storage device, in particular to an energy storage flywheel. It includes flywheel, first supporting plate, driving motor, generator, second supporting plate, pool, hydroelectric generator, pumping unit, water injection pipe and controller. The flywheel includes water storage department, water injection department, Drainage Department and installation department. The drainage part is located at the axis of the water storage department. The water injection part is fixed above the water storage department. The drainage part passes through the first supporting plate and the second supporting plate, and the installation part and the first one. The supporting plate is articulated, the driving motor and the generator are fixed on the second supporting plate, the hydroelectric generator and the pumping unit are installed above the pool, the hydroelectric generator matches the drainage position, the first end of the water injection pipe is connected with the output end of the pump, and the second end of the water injection pipe matches the water injection part. The utility model has the substantive effect of improving the efficiency of flywheel energy storage and reducing the capacity loss caused by friction force in the process of flywheel energy storage.

【技术实现步骤摘要】
一种储能飞轮
本技术涉及机械储能装置，具体涉及一种储能飞轮。
技术介绍
目前技术最为成熟的储能方式为抽水储能和飞轮储能，抽水储能是将低处的水抽到高处，将电能转换为水的势能储存起来，在放电时将高处的水释放，驱动水轮发电机发电。飞轮储能是利用高速旋转的飞轮来储存电能，在电能富余时由电动机带动飞轮高速旋转，在放电时利用高速旋转的飞轮的动能驱动发电机发电。飞轮储能所需的空间小、部署简单快速、最低储能门槛低，因而适合应用在包含清洁能源的区域电网的稳定性调节中，当太阳能、风能等出力突然增大，电网来不及消纳时，由飞轮储能装置暂时储存，随后电网中热力发电装置减少出力，将飞轮储存的电能释放消纳。但是，飞轮储能过程中由于摩擦力的存在会不断损失能量。如何降低飞轮储存过程中摩擦力造成的能量损耗成为目前飞轮储能
热门的课题。中国专利号CN201113653Y，公开日2008年9月10日，一种磁悬浮飞轮储能装置，包括前端盖的内端面轴承座有磁悬浮轴承，后端盖的内端面轴承座有磁悬浮轴承，两套磁悬浮轴承分别安装在电机转轴两端上，装在转轴坤端的飞轮之间用平键连接，电控制器输出端接线接通电机的输入端，机械泵抽气管口接上抽气管一端，抽气管另一端接通壳体内的气管嘴，水泵输出端接通出水管一端，出水管的另一端分别接通夹层前端盖进水嘴、夹层壳体进水嘴、夹层后端盖进水嘴，水泵分别接通前端盖、壳体、后端盖的进水嘴和出水嘴。其有结构简单、维护方便、运行成本低、无需注滑、振动小、噪声低、温升低、电机转速易提高的优点。但其实现技术效果的核心是磁悬浮轴承以及抽成真空的壳体，永磁铁的磁场强度有限，因而使用永磁铁的磁悬浮轴承的承载能力有限，而使用电磁铁的磁悬浮轴承需要耗能，且磁悬浮技术难度大成本高维护难，因而其储能容量有限、成本高。旋转飞轮在旋转过程中，由于受到摩擦力和空气的阻力而导致能量损失，而其中摩擦力导致的能力损失占据主要，飞轮所受摩擦力仅与飞轮重量和轴承摩擦系数有关，摩擦力导致的能量损失的功率为P0=μMgwr2/2，其中μ为轴承动摩擦系数，M为飞轮总质量，g为重力加速度，w为飞轮旋转角速度，r为飞轮半径，在给定机械装置且装置良好运行的前提下，摩擦力导致的能力损失的功率正比于w；此时飞轮储存的能量为W=Jw2/2，其值正比于w2。由此可知，当w增大时，飞轮储存能量的增量远大于摩擦力损耗功率的增量，即飞轮旋转角速度越大，单位时间内摩擦力造成的能量损耗占飞轮储存能量的占比就越小，因而在飞轮储能过程中，提高飞轮转速或者将飞轮的转速更长时间地维持在最高转速，能够提高飞轮储能的效率。同时，将飞轮转速的稳定，有利于提高发电机转速的稳定性，提高发电效率和电能质量。而目前的储能飞轮多为金属材料一体结构，质量和半径均为固定值，增加储能量的唯一方式就是增加转速，而释放能量时必然导致转速降低，不具备在增加储能时降低转速的能力，也不具备在释放能量时维持转速的能力。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：目前储能飞轮在储能过程中不具备主动调节转速功能的技术问题。提出了一种动态注水改变飞轮质量和转动惯量能够在储能释能过程中主动调节转速的储能飞轮。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案为：一种储能飞轮，包括飞轮、第一支撑板、驱动电动机、发电机、第二支撑板、水池、水轮发电机、抽水机、注水管和控制器，所述第二支撑板位于第一支撑板下方，所述飞轮包括储水部、注水部、排水部和安装部，所述储水部呈圆柱体形，排水部为圆管，所述安装部为带有台阶的圆柱体，所述排水部位于储水部中心下方，所述注水部固定在储水部上方，所述排水部穿过第一支撑板和第二支撑板，安装部固定在储水部下方，安装部与第一支撑板铰接连接，所述驱动电动机和发电机均与排水部传动连接，驱动电动机和发电机均固定安装在第二支撑板上，水池位于第二支撑板下方，水轮发电机和抽水机安装在水池上方，水轮发电机与排水部位置匹配，注水管第一端与抽水机输出端连接，注水管第二端与注水部匹配，驱动电动机、发电机、水轮发电机和抽水机均与控制器连接。飞轮启动时储水部内无水，飞轮质量较轻，转动惯量也最小，在驱动电动机功率固定的情况下能够最快的将转速提高的最高转速附近，而后需要增加储能量时，就通过抽水机将水池内的水通过注水部注入到储水部，增加飞轮的转动惯量，在飞轮转速基本不变的情况下大幅增加飞轮存储能量的总量，当飞轮释放全部旋转动能后，若储水部内存储有水，则将水通过排水部排出，驱动水轮机发电，增加储能飞轮释放电能的总量。作为优选，所述飞轮储水部包括轮盖、轮体和芯柱，所述轮体包括底板、外壁、若干个中间壁和若干个导流板，所述底板为圆板，底板中心有圆孔，外壁和中间壁均为圆环柱，外壁和中间壁的高度相等，外壁外缘直径等于底板外缘直径，外壁底端面与底板同心固定连接，若干个中间壁的外缘直径依次增大且均小于外壁外缘直径，若干个中间壁均与底板同心固定连接，中间壁和外壁位于底板的同侧，所述中间壁开有至少一个缺口，所述若干个中间壁的缺口沿底板的径向排列，所述缺口高度与中间壁高度相等，所述导流板第一端连接一个中间壁缺口沿旋转线速度方向靠前的侧面，导流板第二端连接该中间壁外侧相邻的中间壁缺口沿旋转线速度方向靠后的侧面，与最外侧中间壁缺口的沿旋转线速度方向靠前的侧面连接的导流板的第二端与外壁连接，与最内侧中间壁缺口的沿旋转线速度方向靠后的侧面连接的导流板的第一端与芯柱连接，导流板的第二端沿缺口旋转线速度方向落后于第一端，所述若干个中间壁的缺口两侧面均有导流板与之连接。储能部中的水在旋转时，由于离心力将向外移动，向外移动的过程中增加了飞轮的转动惯量，在飞轮增加储能量时，能够使飞轮转速稳定，使得飞轮可以更早地接近最高转速，在后续增加储能时依靠增加注水量以及已注入水体的外移在不超过最高允许转速的前提下提高储能量。当飞轮释放能量时，由于导流板的角度，会使储水部的水推动飞轮旋转的同时向飞轮轴心移动，减小飞轮整体的转动惯量，由于角动量守恒，当转动惯量减小时，转速将提高，因而能够使飞轮具有维持转速的能力。作为优选，还包括电磁阀，轮盖呈中间开有圆孔的圆板形，轮盖外缘直径与外壁外缘直径相等，轮盖与外壁上端面同心固定连接，注水部位于轮盖上方，注水部与轮盖同心固定连接，芯柱位于底板中心处，芯柱为底端开口的空心圆柱体，芯柱上部沿径向开有通槽，芯柱底端开口内径与底板中心圆孔直径相等，芯柱底端与底板同心固定连接，芯柱底端与底板之间有间隙，所述电磁阀安装在底板中心圆孔上并与圆孔匹配，排水部以及安装部均与底板同心固定连接，电磁阀与控制器连接。当飞轮释放能量时，飞轮储水部内的水体将向飞轮轴心移动，导致芯柱周围水位上升，当水位上升到通槽位置时，水体将通过通槽流经芯柱空心和排水部到达水轮发电机，驱动水轮发电机发电，若通槽排水速率不足时，可以打开芯柱下方的电磁阀，加快排水速率，也可以在需要时直接排水，比如飞轮停止转动后，将飞轮储水部内的水全部放出用于驱动水轮机发电。作为优选，所述芯柱顶端为圆锥形，所述注水部为向上开口的喇叭口，所述注水管第二端与芯柱圆锥形顶端同轴心。芯柱顶端的圆锥形和喇叭口的注水部能够避免水体外溅。作为优选，所述导流板包括短铰接板和长铰接板，短铰接板和长铰接板铰接连接，短铰接板和长铰接板铰接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能飞轮，其特征在于，包括飞轮、第一支撑板、驱动电动机、发电机、第二支撑板、水池、水轮发电机、抽水机、注水管和控制器，所述第二支撑板位于第一支撑板下方，所述飞轮包括储水部、注水部、排水部和安装部，所述储水部呈圆柱体形，排水部为圆管，所述安装部为带有台阶的圆柱体，所述排水部位于储水部中心下方，所述注水部固定在储水部上方，所述排水部穿过第一支撑板和第二支撑板，安装部固定在储水部下方，安装部与第一支撑板铰接连接，所述驱动电动机和发电机均与排水部传动连接，驱动电动机和发电机均固定安装在第二支撑板上，水池位于第二支撑板下方，水轮发电机和抽水机安装在水池上方，水轮发电机与排水部位置匹配，注水管第一端与抽水机输出端连接，注水管第二端与注水部匹配，驱动电动机、发电机、水轮发电机和抽水机均与控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种储能飞轮，其特征在于，包括飞轮、第一支撑板、驱动电动机、发电机、第二支撑板、水池、水轮发电机、抽水机、注水管和控制器，所述第二支撑板位于第一支撑板下方，所述飞轮包括储水部、注水部、排水部和安装部，所述储水部呈圆柱体形，排水部为圆管，所述安装部为带有台阶的圆柱体，所述排水部位于储水部中心下方，所述注水部固定在储水部上方，所述排水部穿过第一支撑板和第二支撑板，安装部固定在储水部下方，安装部与第一支撑板铰接连接，所述驱动电动机和发电机均与排水部传动连接，驱动电动机和发电机均固定安装在第二支撑板上，水池位于第二支撑板下方，水轮发电机和抽水机安装在水池上方，水轮发电机与排水部位置匹配，注水管第一端与抽水机输出端连接，注水管第二端与注水部匹配，驱动电动机、发电机、水轮发电机和抽水机均与控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种储能飞轮，其特征在于，所述飞轮储水部包括轮盖、轮体和芯柱，所述轮体包括底板、外壁、若干个中间壁和若干个导流板，所述底板为圆板，底板中心有圆孔，外壁和中间壁均为圆环柱，外壁和中间壁的高度相等，外壁外缘直径等于底板外缘直径，外壁底端面与底板同心固定连接，若干个中间壁的外缘直径依次增大且均小于外壁外缘直径，若干个中间壁均与底板同心固定连接，中间壁和外壁位于底板的同侧，所述中间壁开有至少一个缺口，所述若干个中间壁的缺口沿底板的径向排列，所述缺口高度与中间壁高度相等，所述导流板第一端连接一个中间壁缺口沿旋转线速度方向靠前的侧面，导流板第二端连接该中间壁外侧相邻的中间壁缺口沿旋转线速度方向靠后的侧面，与最外侧中间壁缺口的沿旋转线速度方向靠前的侧面连接的导流板的第二端与外壁连接，与最内侧中间壁缺口的沿旋转线速度方向靠后的侧面连接的导流板的第一端与芯柱连接，导流板的第二端沿缺口旋转线速度方向落后于第一端，所述若干个中间壁的缺口两侧面均有导流板与之连接。3.根据权利要求2所述的一种储能飞轮，其特征在于，还包括电磁阀，轮盖呈中间开有圆孔的圆板形，轮盖外缘直径与外壁外缘直径相等，轮盖与外壁上端面同心固定连接，注水部位于轮盖上方，注水部与轮盖同心固定连接，芯柱位于底板中心处，芯柱为底端开口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈一平，周建其，张志芳，肖治宇，温镇，钱伟杰，唐昕，柳雨晴，李元锋，吴正清，魏敏，魏鹏，戴志刚，沈健，彭晋，蒋伦，陈新华，范九鑫，宋鹏超，黄洁，顾曦华，沈朗，刘强强，陈冰晶，雷振，刘明华，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，国网浙江海宁市供电有限公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33