能源是人類生存和發展的重要物質基礎,社會經濟持續快速發展離不開強有力的能源保障,能源問題是當今世界熱點關注問題之一。為解決能源問題,從環境中提取能量已成為當前研究的熱點。相對于太陽能、溫差、風能及噪聲等環境能源,從環境機械制動中俘獲能量是一種比較理想的模式。

地鐵儲能，就是在地鐵進站剎車的時候，回收能量，并把這部分能量儲存在一個高速旋轉的飛輪裝置上，等到地鐵列車要出站啟動的時候，飛輪儲能系統會把能量再輸出到地鐵上。

近日，湘電股份宣布已實現全國產化飛輪儲能技術在軌道交通領域批量商用化，提供了青島地鐵相關裝置，也在積極與其他城市軌道交通推進商業化應用。

城市的軌道交通，比如地鐵，車站間的距離不長，列車剎車、啟動的次數相對比較頻繁，列車在制動過程中產生的能量，往往就被浪費掉了。若這部分能源可以回收利用，軌道交通列車制動產生的能量，可達到牽引系統耗能的20%-40%，降低軌道交通的運營能耗。國內首臺兆瓦級的飛輪儲能裝置在青島地鐵3號線投入使用，這是一套完全擁有自主知識產權的儲能系統。

｜什么是飛輪儲能？

飛輪儲能是一種機械儲能方式，利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成動能儲存起來，在需要的時候再用飛輪帶動發電機發電，將動能轉化為電能。

地鐵列車通過直流母排提供直流電，直流母排相當于地鐵的電源，飛輪系統與直流母排相關。列車進站時，母排的電壓升高，為飛輪系統提供電能，飛輪系統吸收能量，將電能轉換成動能儲存起來，轉速高達每分鐘20000轉。列車啟動時，母排電壓下降，飛輪系統釋放能量，把動能轉換為電能，反饋到母排中，供列車使用。

由于飛輪儲能系統自身有一定的重量，為了減輕列車的負擔，飛輪儲能系統會被制成模塊化產品，安裝在各個地鐵站點。通常情況下，一個地鐵站點需要配備1-2套飛輪儲能系統。

地鐵進站制動時會產生能量損耗，而“飛輪”就像是一個節能系統，將原先被損耗的能源回收起來，又再次反饋到列車中，從而實現節能。如果按照三五分鐘一趟地鐵來計算，每一輛地鐵可節約3-4度電，一天下來可以節約500-600度電。保守估計，飛輪儲能系統可以幫助一個地鐵站點一年大約節約50萬度電。

飛輪裝置依靠機械裝置進行能量轉換，使用壽命長。理論上，飛輪本身可以無限使用，但其中的電子軸承、電力電子器件需要定期維護和更換。電力電子器件使用10年左右要對其進行維護，而電子軸承在好的情況下可以正常運行20年至30年。

｜飛輪儲能未來發展空間巨大

飛輪儲能是一種高功率密度、高可靠性、長壽命、環境友好的儲能技術，除應用于軌道交通領域外，還可應用于電力能源、石油化工和船舶等行業、電網調頻、UPS不間斷電源等領域，目前市場滲透率仍處于低位，未來發展空間巨大。飛輪儲能技術最早應用于航天領域，作為衛星姿控、儲能一體化使用，其關鍵技術也逐漸轉化到民用領域。根據中國能源研究會儲能專委會數據，截止至2021 年底，全球飛輪儲能在儲能裝機中占比僅0.22%，未來發展空間巨大。

飛輪儲能用于UPS不間斷電源。在電力系統中，存在大量對電能質量要求高的用戶，例如半導體制造業、銀行的計算機系統、通信系統、醫院的精密醫療設備等。當外部電網中斷或供電質量異常時，為確保這些用戶連續可靠供電，可配備飛輪儲能UPS 不間斷電源。目前，美國Active Power 公司生產的飛輪儲能UPS產品已經在全球被各大數據中心、電信運營商等廣泛采用。國內飛輪儲能UPS 產品市場正處于起步階段，國機重裝生產的200kW飛輪儲能裝臵已在四川移動德陽分公司投入使用。

在地鐵等城市軌道交通的運營成本中，電費占40%左右，列車牽引動力占地鐵運營總電力成本的45%-60%，其中17%為可回收的再生制動能量。未來我國更多的城市有望采用飛輪儲能系統作為節能裝備，市場空間約為204 億元。