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深圳坎德拉科技柳哲:高性能磁悬浮飞轮储能系统

日期:2019-05-24    来源:中关村储能联盟

能源资讯中心

2019
05/24
11:07

关键词: ESIE2019 储能 储能国际峰会暨展览会 柳哲

  2019年5月18-20日,中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所举办“ESIE2019储能国际峰会暨展览会”(ESIE2019)”在北京国家会议中心隆重开幕。ESIE2019沿袭“会、展、赛”3+N融合互动的形式,以“技术应用双创新,规模储能新起点”为主题,通过组织主题演讲、高层对话、展览展示、专题研讨、项目考察、新品发布、技术交流、媒体推广等多种活动,多维度精准对接全球储能市场与应用,助力中国储能企业与国际接轨,为储能企业搭建与政策制定者、规划者、电网管理者、电力公司、能源服务商等交流互动平台。会上,坎德拉(深圳)科技创新有限公司产品研发经理柳哲对储能产业的发展做出肯定,他指出:“飞轮储能系统的安全性是非常重要的,对于安全性的设计首先我们从设计的角度来讲就会将它飞轮转子主体的安全余量做得非常高,第二方面即便这个飞轮主体的碳纤维复合材料破裂,但是碳纤维跟金属材料不同,它破裂之后碳丝速度该低,全部会破坏成很细小的碳丝,在破碎过程中释放大量的能量,这样会大大降低破坏性。”

柳

坎德拉(深圳)科技创新有限公司产品研发经理柳哲

  致辞原文:

  各位领导、各位同行专家大家好,今天由我来汇报一下我们公司的飞轮储能这个产品,以及它的一个技术优势。简单介绍一下我们公司,我们公司是2016年成立的,主要是以高性能磁悬浮飞轮储能技术为核心的公司,当然我们也有另外一个业务是机器人,机器人因为上面也是搭载了力矩陀螺,通过这个力矩陀螺通过一个姿态的控制,控制机器人的爬坡或者加速这样的一个过程。当然更核心的是我们的磁悬浮飞轮储能系统,我们的团队来自于国内外各大知名的高校,包括剑桥大学、国防科大、南洋理工大学等等。研发团队有200个人,研发占比大概有80%以上,申请的专利在这个磁悬浮飞轮储能这个领域已经有超过100项。我们公司已经吸引了很多知名的投资机构。

  目前为止针对我们这个飞轮储能系统我们已经跟一汽、国电投还有一些其他企业形成了战略合作关系,因为我们现在主导的一个方向一方面是往汽车领域发展,相当于搭载到电动汽车上,进行一个制动能量回收,在它需要启动加速的时候进行能量高功率的释放,这样可以弥补锂电池充放电次数比较低,电流限制比较大的一个局限。在汽车领域已经跟一汽集团建立了合作关系,现在已经针对他们的一款车型进行测试。另一方面我们对这个方向发展就是往电力系统的方向发展,这个我们跟国电投也是已经签署了战略合作的一个协议。

  大家都是专家,我就不介绍飞轮储能的优势,主要介绍一下我们的产品,我们产品现在有三代:主体规格额定功率是100千瓦,峰值达到250千瓦,储能量是250kW,主要是往汽车产业发展,到第三代的时候它的体积和重量大大减小了,现在体积做到最小,重量最低大概是26升,27kg这样的一个水平。包括飞轮储能系统的绝大部分技术都是我们自主研发开发的技术。针对我们这个产品它的优势首先是我们自主研发的磁悬浮轴承技术,寿命长达20年以上,内损特别低,二是电机技术,我们采用特殊的永磁同步电机,负载效率高达97%,按峰值功率来算可以达到99%,这个电机在现有国内成熟电机生产下有比较好的量产性。免维护,系统稳定性高。能量0.2-2kwh,功率100kW-500kW,可根据客户需求定制。

  接下来仔细介绍一下我们的核心技术,首先是超导磁轴承技术以及控制技术,还有超高效率的永磁同步电机技术,还有磁轴承的控制技术,还有低自放电一体化技术,先进复合材料转子技术,电力电子与电力变换技术。

  这个轴承来讲在飞轮领域基本上就是三种轴承,机械轴承、滚动轴承、滑动轴承以及磁悬浮轴承,众所周知磁轴承没有机械接触,无摩擦,无需润滑,它可以支撑飞轮转子到比较高的转速,精度可以比较高。因为它是一个电磁控制,电磁控制可以在悬浮过程中再现它的干度跟阻尼是可以调节的,它可以适应各种工况。

  具体来讲我们这个磁轴承技术镜像来讲我们做过电磁轴承技术,本体来讲就是电磁轴承还有混合磁轴承,轴向就是永磁加上电磁混合的磁轴承技术。在控制技术方面我们采用交叉反馈,我们有不同的算法,有基于DSP,同时也有基于DSP跟HPGA的控制算法,这完全都是我们自主开发的。它的一个更大的优势就是我们在额定转速3000转速的条件下它的损耗,整个系统的额定功率是100千瓦,磁轴承损耗仅仅是5-10瓦这样一个水平,所以磁轴承的损耗几乎可以忽略,就是在飞轮高速旋转的过程中的时候。

  电机是飞轮储能系统里面一个很核心的部件,我们的电机采用一个非常特殊的设计,采用的是哈尔巴赫永磁同步,哈尔巴赫阵列是为了减少背部的漏磁,降低损耗,无铁芯,在负载条件下铁芯损耗比较大,我们采用无铁芯还有无磁阻尼,整体把电磁负载损耗降得很低。尤其是待机损耗,假设转子保持在30000转,待机损耗仅仅就是5瓦左右,所以整个系统损耗几乎就是它处于真空中的一个封阻。右边就是电机的负载损耗还有待机损耗,负载主要是定子同损,效率负载损耗只有3%,效率就是97%,待机损耗非常低,大概只有5瓦。

  整机的散热技术我们知道电机发热是整个飞轮储能系统里面一个很大的部分,我们针对这个散热从本体电机本体定子的散热以及驱动器的散热都作了大量的工作,包括反流设计的角度还有一些实验上的验证测试都做了大量的工作,这个是我们大概的一个示意图。这个驱动器都是我们自己设计然后自己研发的。

  另外就是我们的转子的技术,我们的飞轮主体是采用碳纤维复合材料以及轮毂,我们采用的是一个高强度的碳纤维技术,现在做的破坏测试就是最大线速度可达980m/s,高安全系数设计,下面是示意图。

  飞轮储能系统的安全性是非常重要的,对于安全性的设计首先我们从设计的角度来讲就会将它飞轮转子主体的安全余量做得非常高,第二方面即便这个飞轮主体的碳纤维复合材料破裂,但是碳纤维跟金属材料不同,它破裂之后碳丝速度该低,全部会破坏成很细小的碳丝,在破碎过程中释放大量的能量,这样会大大降低破坏性。下图是我们在超速实验过程中转机的仿真,可以看出不会转碎。

  总体我们围绕高性能飞轮储能系统开发了很多项目,也申报了很多专利,包括飞轮转速本身,拓扑结构,电磁轴承,混合磁轴承,电机设计,各个领域,各个方向我们都有申请很多专利。包括项目经验方面,我刚刚也提到了我们公司除了高性能飞轮储能系统之外,我们还有做机器人,机器人它搭载了力矩陀螺,通过力矩陀螺控制它的姿态,进行加速的过程。

  我们要面向的领域我刚刚也说了,首先就是汽车领域,我们跟一汽已经合作就是要针对他们一款车型搭载测试,第二就是轨道交通方面,还有港口吊机,对于电力系统我们现在在做25度电规格的飞轮储能项目,现在也已经在进行中。我的汇报就到这里,谢谢大家。

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