清潔能源﹙三﹚－ 飛輪儲電

澳門粵港澳大灣區人工智能學會副理事長  陳永健

上兩回大概的介紹了發展潛力巨大的清潔能源 － 風能。剛好國家能源部近日發佈了《「十四五」新型儲能發展實施方案》，作為國家實現碳達峰、碳中和的重要支撐。因為在清潔能源方面，不單單是傳統存在自然界的可再生能源；也包括通過各種新一代科技的運用，開拓出來的其他清潔能源。

既然大家已對風能有較熟悉的了解，今回就介紹在能量轉換概念方面較接近的新型儲能技術 － 飛輪儲能。飛輪的原理是一個轉動中的物體，如果沒有任何外力的作用下，本身可以持續的自行轉動；通過轉動可以將轉動物體的質量轉變成電能。如果對物理學還有點記憶就知道，上述會影響到物體停止自行轉動的外力 － 就是各種阻力。當中包括支撐轉動物體的軸承磨擦力、空氣阻力等。所以飛輪轉動發電，一定要考慮把上述的「外力」減到最低，這樣飛輪就可以持續的轉動，從中產生電能。當然要把飛輪由靜止狀態起始轉動，一般會使用少量的電來推動飛輪，然後靠高速運動的飛輪以質量來進行能量轉換；質量愈重，轉換出來的電能愈大。

現實上，飛輪儲能已商品化，主要是用來取代應急供電系統，即我們所熟悉的 UPS。傳統 UPS 是通過非常重而壽命有限的鉛酸電池來儲電，以供應急使用。但這種電池非常重、也很佔空間，壽命短，而且製作原料是有毒物質。在很多舊式數據中心、機房所採用的UPS都是使用大量的鉛酸電池，所以令到數據中心需要預留一塊面積很大、地面承重能力足夠的空間來安置UPS。而當中的鉛酸電池每3年左右便需要替換，成本高、需要特別回收處理。在這種情景之下，飛輪儲能系統便可以作為新型的UPS支撐一段短時間以應急。優點是佔地比使用電池的UPS減少至少一半，而且不需使用會造成污染的電池，運作壽命可以達到十多年以上。而飛輪儲電系統，也由早期需要軸承支撐飛輪，發展到利用真空磁浮技術的飛輪。前者由於存在軸承，對軸承的材料及加工有很高的要求，而且軸承會磨損，每幾年便需更換；軸承使用愈久、磨損愈大，如是磨擦力愈來愈高，飛輪的儲能效率衰減。而真空磁浮可以令飛輪在幾乎沒有阻力之下在懸空狀態下高速運轉，達到最佳的儲能工作表現。很多人未必知道，在剛完成的北京冬季奧運會，我國就是利用真空磁浮飛輪儲電系統來作為UPS，以這種新一代可靠的低碳科技來展示國家實力，保證這項全球觸目的體壇盛事得以順利進行。