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电磁弹射为何要用飞轮储能,用电网和蓄电池不行吗

日期:2021-05-31    来源:诗源敏捷云朵

国际储能网

2021
05/31
09:18
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关键词: 飞轮储能 超导电路 超级电容

电磁弹射,被加速的舰载机总重,30吨,即3万公斤;加速长度100米,加速时间2.2秒,舰载机末端速度,85米每秒;总耗电能38度;瞬间功率6万千瓦。电磁炮也是“弹射”,被加速的弹丸重量,10公斤,加速长度15米,加速时间0.02秒,弹丸出膛速度2500米每秒,总耗电能11度,瞬间功率325万千瓦。由以上2组数据可见,不论是电磁弹射飞机还是电磁炮,它们发射一次的总用电量并不大。弹射1架30吨的重载舰载机的纯耗电还不到40度。当然这是完全理想化的状态,实际上弹射一架飞机的耗电要超过40度,因为所有不是超导的电路都有自然损耗,不会效率达到100。但是实际弹射一架30吨级舰载机的用电也不会超过70度。而发射一次电磁炮弹丸的理论用电更少,只有11度电。

航母电磁弹射器做功一次的瞬间功率超过6万千瓦,基本和055大驱动力全开时差不多。而电磁炮发射时的瞬间功率更是惊人,超过了300万千瓦,相当于一个大型水电站的全部瞬间发电功率。不过电磁炮的加速时间只有电磁弹射器的百分之一,因此瞬间功率要大得多。不论电磁炮还是电磁弹射器,它们给予要弹射的物体的加速时间,从0.02秒一直到2秒稍多,基本上都属于瞬间完成。因此要求的加速做功的电流很大,功率很强,但是作用时间却都普遍很短,导致普通的电网负荷和蓄电池都达不到如此短时间内实现强大放电的能力。只有两种现代化的特殊设备可以实现短时间内的强放电。第一是储能飞轮,第二就是特殊电容。记者认为,两者性能各有利弊。储能飞轮的能量密度是电容的10倍以上。

而且可以重复利用放电几十万次。实际寿命比电容长得多。特殊电容最大使用次数有限制,实际成本比较高。而且超大容量电容有一定的漏电危险性。不过电容可以随时确保有电,而飞轮储能属于现充现用。因此不论电磁弹射还是电磁炮,都会用到两者的长处。电磁弹射以飞轮储能为主,超大容量电容为辅。而电磁炮则主要采用超大容量电容放电。飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转,在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的交互式储能方式。特点是高功率密度、长寿命。飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置,突破了化学电池的局限,用物理方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机,电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存,并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。飞轮储能放电已经被提出200多年,但是直到1970年代,综合机电加工能力达标后才首次实用化。

在储能时,电能通过电力转换器变换后驱动电机运行,电机带动飞轮加速转动,飞轮以动能的形式把能量储存起来,完成电能到机械能转换的储存能量过程,能量储存在高速旋转的飞轮体中;之后,电机维持一个恒定的转速,直到接收到一个能量释放的控制信号;释能时,高速旋转的飞轮拖动电机发电,经电力转换器输出适用于负载的电流与电压,完成机械能到电能转换的释放能量过程。不论采用交流电还是直流电进行电磁弹射,飞轮储能都是其中的关键设备之一。


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