使用化學電池的電動汽車目前已試驗過幾十年，但至今尚末進入實用階段。太陽能、風能、潮夕能、海浪能，都存在儲存問題，目前主要靠化學電池，但受到化學蓄電池壽命及效率的制約，至今尚不能廣泛應用。以上諸多問題，促使人們尋求一種效率高、壽命長、儲能多、使用方便，而且無污染的綠色儲能裝置。出乎意料，古老的“飛輪”變成了首選對象。

“飛輪”這一儲能元件，已被人們利用了數(shù)千年，從古老的紡車，到工業(yè)革命時的蒸汽機，以往主要是利用它的慣性來均衡轉(zhuǎn)速和闖過“死點”，由于它們的工作周期都很短，每旋轉(zhuǎn)一周時間不足一秒鐘，在這樣短的時間內(nèi)，飛輪的能耗是可以忽略的?，F(xiàn)在想利用飛輪來均衡周期長達12～24小時的能量，飛輪本身的能耗就變得非常突出了。能耗主要來自軸承摩擦和空氣阻力。人們曾通過改變軸承結(jié)構(gòu)，如變滑動軸承為滾動軸承、液體動壓軸承、氣體動壓軸承等來減小軸承摩擦力，通過抽真空的辦法來減小空氣阻力，軸承摩擦系數(shù)已小到10-3。即使如此微小，飛輪所儲的能量在一天之內(nèi)仍有25%被損失，仍不能滿足高效儲能的要求。再一個問題是常規(guī)的飛輪是由鋼(或鑄鐵)制成的，儲能有限。例如，欲使一個發(fā)電力為100萬千瓦的電廠均衡發(fā)電，儲能輪需用鋼材150萬噸!另外要完成電能機械能的轉(zhuǎn)換，還需要一套復雜的電力電子裝置，因而飛輪儲能方法一直未能得到廣泛的應用。

近年來，飛輪儲能技術取得突破性進展是基于下述三項技術的飛速發(fā)展：一是高能永磁及高溫超導技術的出現(xiàn);二是高強纖維復合材料的問世;三是電力電子技術的飛速發(fā)展。為進一步減少軸承損耗，人們曾夢想去掉軸承，用磁鐵將轉(zhuǎn)子懸浮起來，但試驗結(jié)果是一次次失敗。后來被一位英國學者從理論上闡明物體不可能被永磁全懸浮(Earnshaw定理)，頗使試驗者心灰意冷。出乎意料的是物體全懸浮之夢卻在超導技術中得以實現(xiàn)，真像是大自然對探索者的慰藉。

超導磁懸浮原理是這樣的：當我們將一塊永磁體的一個極對準超導體，并接近超導體時，超導體上便產(chǎn)生了感應電流。該電流產(chǎn)生的磁場剛好與永磁的磁場相反，于是二者便產(chǎn)生了斥力。由于超導體的電阻為零，感生電流強度將維持不變。若永磁體沿垂直方向接近超導體，永磁體將懸空停在自身重量等于斥力的位置上，而且對上下左右的干擾都產(chǎn)生抗力，干擾力消除后仍能回到原來位置，從而形成穩(wěn)定的磁懸浮。若將下面的超導體換成永磁體，則兩永磁體之間在水平方向也產(chǎn)生斥力，故永磁懸浮是不穩(wěn)定的。

利用超導這一特性，我們可以把具有一定質(zhì)量的飛輪放在永磁體上邊，飛輪兼作電機轉(zhuǎn)子。當給電機充電時，飛輪增速儲能，變電能為機械能;飛輪降速時放能，變機械能為電能。圖1是儲能飛輪裝置的示意圖，圖中超導體是由鋇釔銅合金制成，并用液氮冷卻至77K，飛輪腔抽至10-8托的真空度(托為真空度單位，1Torr(托)=133.332Pa)，這種飛輪能耗極小，每天僅耗掉儲能的2%。

質(zhì)量，v是速度。由于飛輪上各點的速度是不一樣的，所以它的動能也可表達為：

式中∑是“求和”的表示，mi是輪上各點的質(zhì)量，vi是輪上各點的速度。由上式可知，飛輪儲能大小除與飛輪的質(zhì)量(重量)有關外，還與飛輪上各點的速度有關，而且是平方的關系。因此提高飛輪的速度(轉(zhuǎn)速)比增加質(zhì)量更有效。但飛輪的轉(zhuǎn)速受飛輪本身材料限制。轉(zhuǎn)速過高，飛輪可能被強大的離心力撕裂。故采用高強度、低密度的高強復合纖維飛輪，能儲存更多的能量。目前選用的碳纖維復合材料，其輪緣線速度可達1000米/秒，比子彈速度還要高。正是由于高強復合材料的問世，飛輪儲能才進入實用階段。

下面介紹一下國外飛輪儲能的進展情況。

1994年，美國阿貢(ANL)國家實驗室用碳纖維試制一個儲能飛輪：直徑38厘米，質(zhì)量為 11千克，采用超導磁懸浮，飛輪線速度達1000米/秒。它儲的能量可將10個100瓦燈泡點燃2～5小時。該實驗室目前正在開發(fā)儲能為50千瓦小時的儲能輪，最終目標是使其儲能達5000千瓦小時的儲能飛輪。一個發(fā)電功率為100萬千瓦的電廠，約需這樣的儲能輪200個。

1992年美國飛輪系統(tǒng)公司(AFS)開發(fā)了一種用于汽車上的機-電電池(EMB)，每個“電池”長18厘米，直徑23厘米，質(zhì)量為23千克。電池的核心是一個以20萬轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)的碳纖飛輪，每個電池儲能為1千瓦小時，它們將12個“電池”放在IMPACT轎車上，能使該車以100千米/小時的速度行駛480千米。機-電電池共重273千克，若采用鉛酸電池，則共重396千克。機-電電池所儲的能量為鉛酸電池的2.5倍，使用壽命是鉛酸電池的8 倍，且它的“比功率”(即爆發(fā)力)極高，是鉛酸電池的25倍，是汽油發(fā)動機的10倍，它可將該車在8秒鐘內(nèi)由靜止加速至100千米/小時。

日本曾利用飛輪“比功率”高的特性設計了一個引發(fā)可控熱核聚變的裝置，如圖2所示。該裝置的飛輪直徑達6.45米，高1米，重255噸。它所儲存的能量與掛有150個車廂的列車以100千米/小時的速度行駛時所具有的能量相當。故將這些能量在極短時間釋放出來足以引發(fā)核聚變。

我國對飛輪的研究，始于1993年，在理論分析及模型試驗方面也已取得不小的進展。以飛輪作儲能裝置，其可行性目前已無人懷疑。大規(guī)模的工業(yè)應用雖然還存在不少技術問題需要解決，但這只是時間問題。

21，22世紀，太陽能(包括其派生的風能、浪能)可能變?yōu)槲ㄒ辉试S使用的能源，再輔以飛輪儲能，太陽能電廠即可提供全天候的能源，這時，也只有這時，地球村的天空才會變得蔚藍，水才會清瑩，人類“綠色能源”之夢才會徹底實現(xiàn)。

飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池的局限，用物理方法實現(xiàn)儲能。眾所周知。當飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時，它就具有一定的動能。飛輪電池正是以其動能轉(zhuǎn)換成電能的。高技術型的飛輪用于儲存電能，就很像標準電池。飛輪電池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動下，電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速從而增大其功能;放電時，電機則以發(fā)電機狀態(tài)運轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機械能(動能)到電能的轉(zhuǎn)換。當飛輪電池輸出電的時，飛輪轉(zhuǎn)速逐漸下降，飛輪電他的飛輪是在真空環(huán)境下運轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)速極高(高達200000r/min)，使用的軸承為非接觸式磁軸承。據(jù)稱，飛輪電池比能呈可達150W·h/kg，比功率達5000-10000W/kg，使用壽命長達25年，可供電動汽車行駛500萬公里。

國外已經(jīng)商品化了的飛輪電池，這是一只150WH飛輪電池的照片。

目前的產(chǎn)品規(guī)格有：

FLB-E 150 Wh

FLB-E 500 Wh

HB -B 2.5 kwh

FLC-B 25 kwh

FLB-D 200 kwh

讓我們看一下里面的結(jié)構(gòu)吧。

飛輪電池原理圖飛輪儲能技術是一種新興的電能存儲技術，它與超導儲能技術、燃料電池技術等一樣，都是近年來出現(xiàn)的有很大發(fā)展前景的儲能技術。雖然目前化學電池儲能技術已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，但是，化學電池儲能技術存在著諸如充放電次數(shù)的限制、對環(huán)境的污染嚴重以及對工作溫度要求高等問題。這樣就使新興的儲能技術越來越受到人們的重視。尤其是飛輪儲能技術，已經(jīng)開始越來越廣泛地應用于國內(nèi)外的許多行業(yè)中。