飞轮储能技术：UPS的成熟应用

飞轮储能是通过高速旋转的飞轮，储存能量，在需要时再旋转释放，但能量释放只能维持较短时间，一般只有几十秒钟。根据这种特性，目前飞轮储能主要应用于UPS，在市电断电后利用飞轮惯性能量带动发电机发电，维持的时间足以使柴油发电机起动，从而实现不间断供电。

美国Active Power专营飞轮UPS，即用飞轮储能的方式为数据中心提供应急备用电源（UPS）。2010年8月，Active Power正式进入中国，短短半年之内，Active Power公司已有几十家用户，虽然Active Power不是大公司，但其用户却包括微软、雅虎、VISA、3M、国家电网公司、南方电网公司等企业，产品已经在上海世博会、国庆庆典、亚运会、博鳌论坛等高规格活动中应用。Active Power中国公司在2011年，即进入中国市场的第二年实现盈利。除了Active Power，其他飞轮储能公司也纷纷在中国设立分公司或销售代理。在国内对飞轮储能这个名词尚且陌生之时，国外公司已开始抢占中国市场。全球有六、七家能够提供成熟飞轮储能产品的企业，全部来自欧美。从2000年至今，世界财富10强中的6家，前几大零售商以及30家道琼斯工业指数中的15家企业在其数据中心中都使用了Active Power的飞轮UPS产品。在UPS应用中，飞轮储能正在逐步取代铅酸蓄电池，成为主流技术，之所以有这样的发展势头，在于飞轮储能有三大优势：

1）可靠性高。作为一种机械储能的方式，飞轮储能的可靠性高，而这正是数据中心对UPS提出的首要要求，以传统化学蓄电池的故障率为1％计算，飞轮储能的故障率是传统化学蓄电池的1／7。

2）效率高、节电潜力大。传统化学蓄电池的效率在90％左右，而飞轮储能UPS满载效率为98％。Active Power飞轮UPS的效率是97％，在40％带载率时是96％；而传统蓄电池这两项数据分别是85％～87％和82％～83％。一般情况下，大型数据中心的负载在50％以下。跟传统UPS相比，飞轮UPS节省了25％的能耗。以一个10MW的数据中心为例，飞轮UPS一年可以节约1000万kW·h电，何况中国现在出现很多大型数据中心，有些高达60MW，因此节电潜力巨大。

3）成本低。能耗成本占IT行业运营成本的30％～50％，这其中，UPS、空调等周边设备的耗电量大大高于主机电量。而飞轮UPS不需要空调降温，节约了空调的成本和耗电量。同时寿命长达20年，节省了更换蓄电池的费用。以10年计算，可以帮助客户节省60％的成本。飞轮储能应用于UPS主要的技术在于，飞轮的质量和速度上实现了平衡。Active Pow-er的飞轮UPS是这类技术的代表，它在飞轮的质量和速度上实现了平衡，质量为600lb（1lb=0.453kg），速度为7700r／min，质量和速度都在可维护的范围内，噪声小于70dB，符合国家机房标准。另外，Active Power把传统暴露在空气中的飞轮做成了集成结构，系统在真空密闭环境下运行，可以不间断地运行20年。这种系统的可靠性高，维护量少，只需每3年更换一次轴承。Active Power的维护人员比例较低，70个250kW的系统只需一个维护人员，这在传统飞轮储能系统中是不可想象的。同时，Active Power实现了模块化系统，可以快速部署，一两个月就能交付使用。(www.xing528.com)

伴随着云计算的到来，企业能耗成本的增加显得更加突出，使用云计算的公司会更快采用飞轮UPS。国外先进的云计算技术已经能够实现节点间切换时间达到10s左右。未来云计算的前景是飞轮储能已经足够，甚至不需要柴油发电机组。

按照物理学原理，要储存大容量的能量，必须有很大的质量或者很高的速度，但质量太大则很难搬运、维护，速度太快则有安全性问题。传统的飞轮储能产品正是受这两个因素的制约。

飞轮储能同蓄电池相比的缺点是储能时间只有几十秒，利用现在的技术，从市电断电到后备电源启动只需要10s的时间，欧洲国家甚至将这个时间标准定为8s，因此飞轮储能完全够用。虽然飞轮储能的初始成本较高，但使用几年之后其价格优势就能显现出来。另外，回收铅酸蓄电池在欧美国家都需要交费，一旦我国开始重视这方面问题，使用铅酸电池的成本将会越来越高。