当前，风电光伏渗透率的快速提升对电力系统提出了严峻考验，现有灵活性资源已逐渐无力支持电网接纳如此高比例的波动性能源。储能作为更优质的灵活性资源，可以使得新能源成为电网友好型的优质电源，可以有效平滑新能源出力、提供调频调峰等辅助服务。

推荐：特殊情况下应急发电机彰显关键作用

在众多储能技术中，飞轮储能系统以效率高、容量大、响应快和对环境友好等优点，越来越受到国内外学者的重视。飞轮储能是用物理的方法储能的技术，原理是利用高速旋转的飞轮所拥有的惯性来储存能量。从飞轮储存的能量公式（2）可以看出，能量与飞轮的质量成正比，与飞轮的转速二次方成正比。因此，一般采用增加飞轮的转速来提高储存的能量。

推荐：如何找出发电机组平时有不寻常声响的异常状况

飞轮储能的基本结构

推荐：为什么会有越来越多的人选择柴油发动机或发电机探究

飞轮储能包括三个核心部分：飞轮、电动机-发电机和电力电子变换装置。其中，飞轮是整个产品的核心部件，直接决定着储存能量的多少；电力电子变换装置，决定了输入输出能量的大小。

图1 简易的飞轮示意图

图2 飞轮储能的系统架构简图

飞轮储能的工作原理

与电池一样，飞轮储能有三种工作状态，即充电、放电和浮充。飞轮储能的能量状态（0≤SOC≤1）可以用荷电状态（State of Charge，SOC）来描述：当SOC=0时，表示飞轮储能系统放电完全，当前可用的能量为0；当SOC=1时，表示飞轮储能系统完全充满，当前可用的能量为1。

在飞轮储能系统充电时，从外部输入的电能通过电力电子变换装置，驱动电动机带动飞轮旋转以储存动能。此时，飞轮从低转速向高转速加速运行，SOC上升；放电时，即当外部负载需要能量时，旋转的飞轮带动发电机发电，从而将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置转化成负载所需的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的用电需求。此时，飞轮从高转速向低转速减速，SOC下降；浮充时，飞轮处于充满电的待机状态，此时飞轮处于（额定）最高转速，为了维持这一状态，外界需要给飞轮储能系统提供涓流充电，但这个涓流很小，在很多情况下可以忽略不计。

飞轮储能安全与可靠性、经济与环保性

众所周知，安全与可靠性紧密相关，安全的反面是风险。从“风险=失败概率＊失败后果=（1-可靠性）＊失败后果”可以看出，安全由两个因素决定，即可靠性和失败后果。根据IEEE标准的规定，可靠性是在一定的时间窗口内及一定的外界环境下，能够满足规定功能的能力，其度量指标包括可靠度、故障率、平均寿命、维修度和工作时间。