飞轮能量I：安全，保安，可靠性

我们“密切关注”我们声誉，金钱，健康，生命乃至灵魂的潜在损失。这些是重要的问题，然后我们将这些款项“支付”给我们的律师，会计师，医生，教堂和国家。风险是我们生活中至关重要的成本，自然地，飞轮储能（FES）等任何技术都需要考虑这一成本。有很多方面的风险。有时，这是公众负担的费用，并提供了“公众知情权”的理由。

风险管理有点像管理电网电力：存储足够的响应既困难又昂贵，因此我们倾向于将其分散。几天后，我将更仔细地研究另一个行业中风险的含义。在这里，我正在研究飞轮能源技术中风险管理的一些感兴趣的领域。

产业合作

能量就像野生动物，可以被控制和训练，但从未真正被驯服。“就像早期的汽车工程师学会将汽油箱内在的重大火灾隐患降至最低一样，[我们…]期望成功解决对飞轮安全性的担忧。”为了飞轮的安全，我们着眼于“笼子”，可能的逃生路线，以及在结构失效时释放的能量的潜在影响。为了解决这些问题，DARPA（国防高级研究计划局）于1995年成立了“飞轮安全项目”，后来又成立了“飞轮安全和围堵联盟”。该财团包括Trinity飞轮动力，美国飞轮系统，SATCON，德克萨斯大学机电中心（UTCEM），信标动力和一些国家实验室。虽然轴承，转子和电动机/发电机被认为是专有的，但共同考虑了密封性问题。

功率密度和飞轮组成

我们经常（但不总是）希望飞轮快速旋转而不散开，因此复合材料（例如碳纤维）是常见的行业选择。最大速度控制也是一个重要的考虑因素。如果将飞轮的质量增加一倍，则其能量密度可以增加一倍，但是如果将其速度增加一倍，则能量密度将增加四倍。但是，速度受到飞轮抗拉强度的限制。飞轮速度加倍也会产生四倍的离心力。最大的能量可以存储在结合了高拉伸强度和低密度的材料中。像金属一样的致密材料通常不是最佳选择。碳纤维之类的复合材料往往是无害的，易于回收利用的，并且与金属相比，其破坏性也较小。

信标功率：飞轮和地下混凝土围护

遏制

如果飞轮发生故障，能量就像野生动物一样会逃逸而造成损害。制造商可以通过以低于其故障速度几倍的速度操作飞轮来降低风险，但这也会大大降低其能量密度。测试飞轮以确定其最大旋转势。随着运行速度越来越接近故障速度，风险降低转移到了围堵系统。三个遏制系统是：

蛮力：具有足够质量和厚度的材料。旋转容纳：吸收能量的外壳，如飞轮中的飞轮。软捕获：散布能量冲击的材料，例如网或海绵。

密闭性与功率密度

我们想要高功率密度。我们还希望将风险降到最低。围堵使风险降到最低，但以功率密度（KW / $，KW /＃和KW /体积）为代价。较高的能量密度通常需要较高的围堵成本。制造商力求达到最佳平衡。固定系统的解决方案是最简单的混凝土仓或管道的暴力破解方法。对于这些系统，通常不太关心重量或大小的能量密度。这就是为什么我们开始看到的第一个飞轮储能系统是固定系统的原因。高效的车辆需要更轻，更小且在不久的将来更有可能的安全壳系统。

现实世界的教训

有了一些知识，我们就可以评估一个真实的例子。最近的新闻是飞轮自行车：飞轮是自行车上的15＃钢，重量可能不超过其两倍。这是巨大的，而不是快速的。功率密度可能会略低。飞轮没有安全壳系统，但是在低于其故障速度时仍能正常运行。操作者将不会意识到该位置的飞轮故障。余额用于成本。

尽管飞轮被认为是安全的技术，但它们失败了。几年前，当安全壳系统被证明不足以进行低速测试时，一名德国工程师在对飞轮进行了一些测试以使其失效后就死了。汽车也有飞轮，您可以在网上找到许多自动飞轮故障的示例。

信标功率（BCON）趋于保守。它的复合飞轮并非以最高工业速度运行。刚成立时是私人公司，查尔斯·普拉特（Charles Platt）报告说，第一个飞轮的接收者中的一个……“……使第一个飞轮多次断裂……[因为他们]……想要灾难性的失败，所以[他们]可以做得更好。 ”同样，我们使测试车坠毁。破坏性测试是开发过程的一部分。

可靠性

在2011年7月29日发表的一篇文章中，Eastwick出版社写道，两天前在用于频率生成的Beacon飞轮工厂发生了故障。这导致曾建议Beacon股票的投资者和财务顾问根据一些奇怪的背景数学，并指出Beacon Power不太实用，修改了他的分析。Eastwick Press更新了报告，其中包含Beacon的初步调查，表明可能存在制造缺陷。调查仍在继续。

从那时起，该地区遭受了地震和大热带风暴（刚刚从飓风降级）。信标电力公司公关总监吉恩·亨特（Gene Hunt）解释说，损坏的飞轮在10天内被更换，并回答了对本文的询问：

“ [关于飞轮故障]我们斯蒂芬敦工厂的主要利益相关者– NYISO（我们的客户），US DOE（主要承销商和贷款担保人），NYSERDA（也是部分资金来源）和NYSEG（互连公用事业）已经听取了简报，并对工厂的长期安全性和可行性感到满意...

在8月23日的地震期间，我们继续不间断地全力运营。

热带风暴艾琳（Irene）在周末导致大约30分钟的中断，当时我们连接的变电站的线路电压达到峰值，并且我们自动断开了电网连接（即这是我们设备自我保护的一种方式）。一旦标准化，我们就重新连接。除此之外，我们持续运行。由于所有的负载下降，发电机移动以及电网上的其他活动，我们进行了相当多的锻炼，而这些都没有任何问题。”

Beacon Power和其他公​​司正在像野生动物一样训练电力，以利用飞轮储能来表演技巧。灯塔的工厂现在经受了几场风暴。该技术显得安全，可靠和可靠。因此，我们现在可以享受一些有时看不见的好处。

在下一篇文章中，飞轮能量2：在应用程序中，我将介绍飞轮储能的优势，包括民用，军事和潜在的未来发展方向。

图片来源：顶部图片来自mikecogh；狮子通过美国陆军非洲；飞轮和混凝土通过Beacon Power围堵；麦克斯韦·冯·斯坦因（Maxwell von Stein）通过《科学美国人》拍摄的飞轮自行车。