王 超，戴兴建，汪 勇，李 玺，钟国彬



储能复合材料飞轮力学研究进展

王 超1，戴兴建2，汪 勇2，李 玺1，钟国彬1

（1广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州510080；2清华大学工程物理系，北京 100084）

简要分析了飞轮储能的特点、应用领域及其关键技术，其中复合材料飞轮结构力学研究是提高飞轮能量密度的基础。在研究中，一般利用分析力学和有限元方法获得复合材料飞轮的应力、应变信息，运用强度准则判断其极限转速，确定工作转速下的应力状态。采用多环过盈装配、混杂纤维材料组合结构、纤维多向排布、缠绕以及机织叠层新结构设计，充分利用复合材料的可设计性来适应旋转结构的应力特征，从而提高储能密度。复合材料飞轮的储能量从早期的0.3～5 kW·h，发展到当今的30～130 kW·h，储能密度达到30～100 W·h/kg。合金钢飞轮材料费用估计700 $/kW·h，飞轮复合材料费用估计为3000 $/kW·h，复合材料飞轮的性价比离大规模储能应用还有相当的距离。

飞轮储能；复合材料；结构设计；力学研究

可再生能源的规模化接入电网对储能技术提出了很高的要求，目前大规模电储能以抽水储能为主，各种正在研发的新型储能技术具有良好的应用前景，如飞轮储能、超级电容器、超导磁储能、压缩空气储能、锂电池、液流电池和钠硫电池储能等[1-2]。

飞轮储能的基本原理是绕定轴旋转的刚体，获得能量而加速，减速过程动能减少而释放能量[3]。飞轮储能的优点是高效率（85%～90%），长寿命（约10万次循环和15年以上），对环境要求低、影响小，但目前总能量偏少，持续放电时间为分秒级，比较适合功率应用场景，如不间断供电过渡电源、调频、电能质量调控[4]等。……