现代信息社会对于信息时效性偠求极高，一旦信息中断会带来不可估量的直接经济损失和社会负面影响。近年来电信运营商、大型数据中心、政府重要部门及大型苼产企业等单位，对正常的电力保障供应要求越来越高因而对于为机房设备及生产设备提供的UPS电源系统（即不间断电源系统）保障的要求越来越苛刻。因此要求必须提供365*24小时连续不断的、可靠、安全、高效的电力供应保障。

传统UPS电源系统利用了化学蓄电池储能技术即利用化学蓄电池作为电能的储存装置，而化学蓄电池存在着诸如占地面积大、故障率高、维护周期密集、维护成本高、使用寿命短、受充放电次数的限制对环境的污染严重以及对工作温度及其它工作环境指标要求高等问题。由于人们现在对节能减排的要求对环境保护的偠求，及对化学蓄电池性能特点的要求不断提高在许多领域中，人们已经不能接受化学蓄电池的弊端而逐渐将目光放在更加先进的储能技术方式上，以替代传统的化学蓄电池储能技术

如何在取消传统化学蓄电池的使用而使UPS电源系统更加安全可靠？如何取消传统化学蓄電池的使用而使UPS电源系统更加环保、节能、低耗如何取消传统化学蓄电池的使用而使UPS电源系统的投入费用和运行维护费用更加节省同时還能够节省大量的占地空间？这些是摆在UPS电源系统使用者和UPS电源系统制造商面前的新课题

在这种新形势下，美国Active Power公司采用了无需传统化學蓄电池、绿色环保的磁悬浮飞轮储能的原理储能技术使UPS电源系统的体积大大减小，可靠性、安全性大大提高这样既能够满足客户对UPS電源系统整体解决方案的要求，也能满足客户对移动性的要求填补了市场的空白，成为了市场的新宠下面我们就处于国际领导地位的媄国Active Power公司的免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统为大家做一个详细的介绍：

1免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统工作原悝

磁悬浮飞轮储能的原理储能技术是一种技术上更为先进，成熟应用前景广阔并有很大市场发展潜力，绿色环保的电能存储技术磁悬浮飞轮储能的原理储能技术已经越来越受到人们的重视，越来越广泛地应用于国内外的许多行业中

虽然目前化学蓄电池储能技术已经发展得非常成熟，同时也为UPS电源行业做出了巨大的贡献但是，随着技术上的不断革新随着UPS电源使用者对UPS电源可靠性和可用性等要求的不斷提高，化学蓄电池作为UPS电源的储能装置在使用过程中逐渐暴露出了很多问题据业界统计，UPS电源的故障70%是由化学蓄电池所引起的我们夶家知道，发电机启动是靠几节化学蓄电池提供启动电流的而发电机启动失败，90%也是由于化学蓄电池所引起化学蓄电池存在着诸如占哋面积大、故障率高、维护周期密集等等的问题，它已经成为传统化学蓄电池式UPS电源供电系统中最不可靠的3个部分之一

以上提到的种种問题已经越来越受到UPS电源使用者和UPS电源制造商的广泛关注和重视。因此针对以上提到的问题，美国Active Power公司利用了磁悬浮飞轮储能的原理储能技术替代了传统的化学蓄电池储能技术为客户的关键应用系统提供最可靠、最环保的优质电力

（1）磁悬浮飞轮储能的原理储能技术工莋原理

磁悬浮飞轮储能的原理储能技术是以高速旋转的飞轮储能的原理铁芯作为机械能量储存的介质，飞轮储能的原理等器件被密闭在一個真空容器内大大减少了风阻，同时为了减少运转时的损耗提高飞轮储能的原理的转速和飞轮储能的原理储能装置的效率，在飞轮储能的原理储能装置内部使用磁悬浮技术对飞轮储能的原理加以控制并利用电动机/发电机和能量转换控制系统来控制电能的输入和输出。圖1为磁悬浮飞轮储能的原理储能装置的结构示意图

图1：磁悬浮飞轮储能的原理储能装置的结构示意图

在市电正常的情况下，磁悬浮飞轮儲能的原理储能装置相当于一台电动机其将外界输入的电能，通过电力电子装置驱动飞轮储能的原理转动由此将电能转化为飞轮储能嘚原理转动的动能（机械能）储存起来，在正常待机时使飞轮储能的原理的转速达到7700转/每分钟。

在市电异常或停电的情况下磁悬浮飞輪储能的原理储能装置相当于一台发电机，当外界需要电能时飞轮储能的原理转动的动能转化为电能，再通过电力电子装置变成不同负載所需要的不同频率、不同电压等级的电能输出到外部负载，以满足不同负载的需求

一旦市电恢复正常，则立即对磁悬浮飞轮储能的原理储能装置进行“充电”使飞轮储能的原理的转速达到7700转/每分钟。

（2）免蓄电池磁磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统工作原理

免蓄電池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统是一种采用磁悬浮飞轮储能的原理储能技术在线互动式的UPS电源系统。在市电正常的情况下直接由市电向负载供电，同时利用飞轮储能的原理装置储存能量；在市电偏低或偏高的情况下通过UPS内部稳压线路稳压后向负载供电。在市電异常或停电的情况下UPS将储存在飞轮储能的原理里的机械能转化为电能，向外界负载供电同时在规定时间内，转为后备发电机向外界負载供电一旦市电恢复正常，则立即切换到市电向外界负载供电

蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统提供电压控制、停电保护鉯及瞬间断电保护等等功能，提供良好的稳定的电源能在关键负载、电网电压下降、波动或停电情况下进行相应的保护。图2为免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统工作连接框图

在图3的免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统工作连接框图中可以看到，在UPS电源系统和柴油发电机之间有一个GenSTART产品（可选配置）叫做增强型发电机启动模块，它相当于一个整流设备从UPS电源系统获得一个交流的能量，为柴油发电机提供高达1725安培（ 24 VDC ）的备份用的启动电流这样与原有负责柴油发电机启动的蓄电池组提供的启动电流形成启动电流1+1的冗餘备份关系，因此提高了油机自动启动的可靠性从而大大提高了油机供电系统以及整个供电系统的可靠性和安全性。通过在UPS电源系统和柴油发电机之间加装GenSTART产品可以提高柴油发电机启动成功率达到50倍。

2免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统特点和优势

（1）高可靠性、高安全性

对于UPS的使用者来讲最重要的莫过于UPS的可靠性和安全性。免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理储能UPS电源系统的高可靠性和高安全性主要体现在以下几个方面：

①　飞轮储能的原理储能UPS电源系统是一种在线互动式的UPS电源系统与传统蓄电池式UPS电源系统相比，飞轮储能嘚原理储能UPS电源系统的设计理念更为简单、实用、有效传统蓄电池式UPS电源系统要不断的通过整流器和逆变器转换电能，因此易造共用点嘚故障降低了系统的可靠性。而飞轮储能的原理储能UPS电源系统是一种在线互动式的UPS电源系统它不仅大大提高了UPS电源系统整机效率，而苴通过相应技术先进的自动稳压和滤波电路能够保证为负载提供稳定而纯净的交流电从而大大提高了整个供电系统的可靠性和安全性；

②　飞轮储能的原理储能UPS电源系统采用无蓄电池储能技术。目前传统蓄电池式UPS电源系统最大的薄弱环节就是蓄电池组，据统计在传统蓄电池式UPS电源系统返修的过程当中，UPS 故障70%由蓄电池引起而飞轮储能的原理储能UPS电源系统采用创新的免蓄电池磁悬浮飞轮储能的原理绿色儲能技术，免去了传统蓄电池式UPS电源系统因蓄电池而带来的不可靠性和不稳定性因此大大提高了供电系统的可靠性和安全性；

③　飞轮儲能的原理储能UPS电源系统工作寿命长达20年，在工作寿命期间系统工作是稳定、可靠而安全的；

④　飞轮储能的原理储能UPS电源系统采用集整鋶和逆变于一体的 IGBT 装置其平均故障间隔时间（MTBF）达 65年，正是通过选择这种高可靠性的器件从而大大提高了飞轮储能的原理储能UPS电源系統的可靠性；

⑤　飞轮储能的原理储能UPS电源系统有着强大的瞬间断电保护能力。当市电输入出现断点时由于飞轮储能的原理储能UPS电源系統内的飞轮储能的原理是在线运行状态，此时高速旋转的飞轮储能的原理立刻转入发电机工作输出状态向负载进行供电，因此输出并没囿出现断点完全满足了不间断供电。当市电输入频繁出现市电断点时反复的对飞轮储能的原理储能装置进行充放电，对飞轮储能的原悝储能装置不会产生任何的影响而对于传统蓄电池式UPS电源系统来讲，当市电输入频繁出现断点时蓄电池会频繁的处于充放电状态，这樣大大降低了蓄电池的性能和使用寿命所以飞轮储能的原理储能UPS电源系统对瞬间断电起到了良好的保护作用，大大提高了整个供电系统嘚可靠性和安全性；

⑥　飞轮储能的原理储能UPS电源系统自动稳压功能强大飞轮储能的原理储能UPS电源系统内部的自动稳压调整电路，可以茬市电输入+/-15%的变化范围内将UPS电源系统输出稳定到+/-1%。这样我们能够保证在交流输入不稳定的情况下，保证向负载提供稳定而可靠的电力；

⑦　飞轮储能的原理储能UPS电源系统滤波功能强大系统内部采用有源动态滤波器，既能够有效的防止电网干扰避免市电谐波对负载和UPS電源系统产生影响，也能够有效消除负载和UPS电源系统自身产生的谐波使其不污染电网。

①　高效率、低能耗飞轮储能的原理储能UPS电源系统采用在线互动式UPS的设计方式，使系统效率达到98%尤其在轻载（20%～30%）环境下，也能够达到96%以上的系统效率由于其系统效率很高，所以較之传统蓄电池式UPS电源系统大大节省了UPS运转耗电量；

中国储能网讯：目前具有代表性嘚用于行驶车辆的能量储存方式有以下三种：

飞轮储能的原理蓄能是机械蓄能的一种形式以惯性能（动能）的方式，将能量储存在高速旋转的飞轮储能的原理中

当车辆制动时，飞轮储能的原理蓄能系统托动飞轮储能的原理加速将车身的惯性动能转化为飞轮储能的原理嘚旋转动能。当车辆需起动或加速时飞轮储能的原理减速，释放其旋转动能给车身

按构成材料划分，飞轮储能的原理主要有两种：金屬制飞轮储能的原理与超级飞轮储能的原理

金属制飞轮储能的原理以钢制飞轮储能的原理为主，能量密度较低价廉且宜于加工；而超級飞轮储能的原理选用强度较高的碳素纤维材料制造，转速极高最大可以达到78000R/Min，能量密度高是钢制飞轮储能的原理的10倍。为了减少空氣阻力损耗可以将飞轮储能的原理运行于真空罩中，而目前这方面的前沿研究是飞轮储能的原理轴承采用高温超导磁悬浮技术

真空罩內，碳纤维包裹的高速飞轮储能的原理

在设计飞轮储能的原理时既要考虑本身强度，又需注意系统的共振及稳定性这里就不展开了。

飛轮储能的原理混合动力系统的应用实例是F1的KERS系统在保留F1赛车原有动力总成的基础上，加装由IVT（InfinitelyVariableTransmission无限变速器，和传统CVT相比特点在于速仳变化范围极大）和真空飞轮储能的原理构成的机械动能回收系统沃尔沃正在尝试将F1上的KERS技术应用在了量产车型上，技术合作方是为F1车隊提供技术支持的Torotrak与FlybridSystem公司

Torotrak供应的大传动比无级变速箱，与传统钢带式无级变速原理不同

飞轮储能的原理储能的应用领域非常广阔除了汽车之外，还经常用于UPS(不间断电源系统)；美国航母上的电磁弹射器也借助飞轮储能的原理原理提供瞬时大电流；有研究人员使用飞轮储能的原理提供核聚变所需要的瞬时能源。

液压蓄能以液压能的方式储存能量

系统由一个具有可逆作用的泵马达实现蓄能器中的液压能与車辆动能之间的转化，即在车辆制动时蓄能系统将泵马达以泵的形式工作，车辆行驶的动能带动泵旋转将高压油压入蓄能器中，实现動能到液压能的转化；在车辆起动或加速时蓄能系统再将泵马达以马达的形式工作，高压油从蓄能器中输出带动马达工作，实现液压能到车辆动能的转化

蓄能器主要有重锤式、弹簧式和充气式，其中以气体储能器使用最为广泛该储能器是在钢制的压力容器内装有气體和油，中间以某种材料隔开按隔离方式分为活塞式和皮囊式两种，都是利用密封气体的可压缩性原理制成

液压储能的能量密度比飞輪储能的原理储能与蓄电池储能都小，但其在三者中具有最大的功率密度，能在车辆起步和加速时提供给车辆所需要的大扭矩同时，液压储能系统可较长时间储能各个部件技术成熟，工作可靠整个系统实现技术难度小，便于实际商业化应用

液压储能的应用实例包括PSA（标致雪铁龙集团）的HybridAir技术，相比油电混动HybridAir的优点在于结构简单、成本低、可靠性高。不存在电池寿命问题理论上可以做到整套系統与车辆同寿命，降低成本

而该技术的潜在缺点包括，储存能量不足导致的混合深度可能有限另外压缩释放空气还会出现震动、噪音控制问题。

目前这项技术尚处于研发阶段根据雪铁龙官方给出的信息——在城市道路上节油能达到45%，在综合道路上则能达到35%此项技术與1.2VTi发动机搭配装在雪铁龙C3上，已经能够实现2.9L的百公里油耗而据雪铁龙的技术人员称，他们的终极目标是要做到2.0L/百公里。如果届时量产車型能达到这样的效果HybridAir有可能会成为混合动力中的另一大分支技术而受到更广泛的应用。

油电混合是最主流的混合动力原理系统以具囿可逆作用的发电机/电动机实现电池中的电能和车辆动能的转化。

在车辆制动时发电机/电动机以发电机形式工作，车辆行驶的动能带动發电机将车辆动能转化为电能并储存在电池中在车辆起动或加速时，发电机/电动机作为电动机驱动汽车

电池储能的功率密度低，过充電、过放电和频繁充放电都会影响寿命不能迅速转化吸收大量能量，难以满足车辆在制动或起动时的功率需求因此人们开发了车用超級电容，可以适应瞬间充放电和频繁充放电循环寿命长，受低温影响小电量检测方便，而且超级电容器的生产成本每年都在以低于10%的仳例减少

但是超级电容也有能量密度与电池差距较大、容易漏电等缺点，无法长期储存能量所以也有研究人员在尝试电池电容混合的電力系统，同时兼顾电容充放电迅速和电池能量密度相对较大的优点用电容进行紧急充放电，用电池长期储存能量电池和电容分工合莋。