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黑龍江西門子代理商
產品時間：2023-12-24
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飛輪蓄電系統能防止數據中心停運，它們甚至可以為起重機提供動力。迄今為止，類似蓄電裝置均要求進行繁復的維護。西門子新推出的解決方案，將很快改變這種狀況。
過去，如果數據中心運營商想要保護其服務器不受斷電影響，那么，他需要一臺柴油發動機和大量電池，后者是一種名為“不間斷電源（UPS）”設備的組成部分。發動機啟動需耗時15秒左右。在此期間，電池可為機房持續供電。但是，盡管電池是很好的蓄電裝置，但它們并不能儲蓄大量電能，而服務器的能耗卻很高。目前，電池依然是 解決方案。但西門子中央研究院的Matthias Gerlich博士認為，飛輪蓄電系統是合理的替代方案。他指出：“它們能快速輸出很高的功率，無需占用太大空間，也不要求帶空調的機房。”
飛輪蓄電系統由沉重的轉子——即飛輪——和亦可用作發電機的電機構成。電機驅動飛輪以額定運行速度旋轉，從而儲蓄動能。反過來，飛輪可以將旋轉動能傳遞至電機/發電機，由后者將動能轉換為電能。這種裝置可以在短時間內產生數千千瓦的電能。
以前飛輪蓄電系統的問題在于，它們通常價格高昂，并且要求進行繁復的維護。然而，Gerlich和他的團隊研發了一個運行成本更低的可靠系統。目前他們正在對原型機進行試驗。
電機被安裝到飛輪蓄電系統中。
260公斤重的飛輪以每分鐘9,000轉的速度運行
西門子的這個系統能提供持續15秒、功率125千瓦的電能。這個系統高約一米，直徑60厘米。其核心是一個重達260公斤的鋼制飛輪，在全真空環境中，它在磁懸浮軸承的作用下懸浮于空，并以每分鐘9,000轉的速度旋轉。Gerlich解釋道，“飛輪在磁懸浮軸承的作用下旋轉，因而幾乎無需任何維護。”
飛輪上方，安裝了一臺配有電力電子系統的西門子電機。Gerlich指出：“這些電機經專門設計，可運行很長時間，此外，得益于大批量生產，其成本不是很高。”電機本身不是在真空中，而是在大氣壓力下運行。Gerlich的團隊面臨的挑戰是將處于真空狀態的飛輪，與在大氣壓力下運行的電機連接起來。
在這個系統中，一個陶瓷板充當了將飛輪與電機分隔開的真空隔板。此外，有兩個齒形離合器片，它們分別位于距陶瓷板三毫米處。一個連接到飛輪上，另一個安裝在電機軸承上。為了從飛輪蓄電系統獲得電能，電機在開啟后將以9,000 rpm的轉速運行，這也是飛輪的旋轉速度。然后，使用電磁體來產生磁場，在兩個離合器片之間形成牽引力。因其磁中性，真空隔板不會妨礙這個過程。牽引力可使系統嚙合，此時，電機就充當了發電機，提供所需電能。
裝配前，飛輪蓄電系統被打開。
陶瓷板將飛輪與電機分隔開來。
安裝已獲的磁阻耦合器。
電機安裝精度必須達到毫米級。
對飛輪蓄電系統進行功能試驗。
低維護設計，降低運行成本
電磁體接通，系統嚙合；電磁體關斷，系統分離。這個過程十分簡單，但其開發過程卻十分漫長。工程師不得不為電機開發一個足夠厚的、不會在系統嚙合時發生彎曲的離合器片。與此同時，離合器片必須足夠輕，以保證電機能盡快達到設計轉速。工程師開發的離合器片厚僅7毫米，因而，電機可在短短150毫秒內達到9,000 rpm的轉速。換句話說，這個系統能在轉瞬之間輸出電能。這意味著，當發生斷電時，這個系統也能用于在柴油發電機開始供電之前，維持電源穩定。
為設計這個系統而付出的努力沒有白費，正如Gerlich在報告中所指出的，西門子飛輪系統的維護要求低于競爭對手的解決方案。Gerlich說：“在我們的系統中，僅當必須讓飛輪以設計轉速運行時，或者發電時，電機才會工作。”另一方面，在常規飛輪系統中，電機和飛輪被牢牢地連接在一起，電機會隨飛輪不停運行。這意味著必須更加頻繁地維護電機。此外，西門子飛輪系統不要求任何昂貴的特殊組件。相比而言，競品的電機也是在真空中運行，“但在真空中運行的電機成本不菲，”Gerlich解釋道。
對超級電容器構成競爭
價格實惠的標準組件、低維護設計、低運行成本。有了這樣的賣點，西門子推出的飛輪蓄電系統或許很快將對超級電容器構成競爭。Gerlich表示，“我們想打造一個價位與超級電容器相當的系統。” 工業企業一般采用超級電容器來在短時間內提供大量電能。然而，超級電容器的缺點在于其充電次數有限。而西門子的飛輪系統可以根據需要無限次運行。需要更換的只有電機——在其運行數千小時之后。
未來，這個系統可能被用于各式各樣的應用。譬如，它可以在斷電時用作備用系統。不過，工業企業也可以使用這個系統。Gerlich還認為，起重機可以使用這個系統。這是因為升舉重物要在短時間內耗用大量電能，飛輪系統可以提供這樣的電能。當載荷降低時，它可以重新獲得電能，以用于再次加快飛輪轉速。電動汽車也能受益于飛輪蓄電系統。Gerlich說：“目前尚未計劃任何汽車應用，但不能排除其可能性。”