从种族竞争到可再生能源

现在，这种转变的影响已经开始超越赛车运动。长期以来，高端汽车和航空航天领域一直存在技术重叠;但电力系统的冒险为f1衍生技术在可再生能源领域的新应用创造了机会。

2008年，英国F1车队威廉姆斯成立了威廉姆斯先进工程公司，实现了业务多元化，其关键目标之一是使公司的动能回收系统(KERS)得到更广泛的应用:在火车、公共汽车和建筑车辆上，同时也用于电网的储能系统。现在，该公司正准备在苏格兰的两个岛屿上开始为期两年的KERS改造试验，以防止严重依赖间歇性风能的社区停电。

如果说改变F1规则导致了威廉姆斯能源存储技术的诞生，那么它们也帮助该公司开始了进入可再生能源领域的旅程。在该公司开发并测试了基于飞轮的KERS之后，突然改变的加油规则意味着汽车需要更大的油箱，迫使威廉姆斯放弃了该系统，转而利用高压电池的最新进展，这种电池可以更灵活地安装在汽车中。

飞轮相当于一个机械电池:它不是以化学势的形式储存能量，而是以快速旋转的圆盘的形式储存能量。它与电动机相连，电动机通过增加飞轮的速度为飞轮充电;还有一个发电机，把旋转运动转换成电能。当飞轮减速时，飞轮自身会逐渐失去能量，但好处是它可以非常快速地充电和放电，这使得它非常适合在再生制动系统中捕获和短暂存储能量。

“飞轮可以在很短的时间内产生很高的功率，”威廉姆斯高级工程公司(Williams Advanced Engineering)的高级应用工程师安德鲁·古德温(Andrew Goodwin)解释说，他正在研究飞轮电网系统。“这有助于你在出弯时大力加速，然后在刹车时迅速充电。”但恰好在同一时间(威廉姆斯开发飞轮KERS)，电池得到了改进，你可以开始获得同样的特性。”

然而，当涉及到其他储能应用时，飞轮的一些关键特性仍然使它们比电池更有优势，即它们可以重复快速充电和放电而不损失容量。因此，威廉姆斯建立了几个新的工程团队，以确保飞轮开发的工作没有白费。其中一个团队目前由电机专家Hoe-Seng Ooi领导，其任务是扩大规模
该系统用于由风力涡轮机等可再生能源提供动力的微型电网。

因为这样的涡轮机不会一直发电，依赖它们的社区通常需要在没有风的时候使用备用柴油发电机。然而，除了燃烧越来越昂贵的化石燃料，这些系统仍然面临着小停电的问题。古德温说:“如果风力减弱，频率下降，那么所有的电力都会停止，直到柴油启动，这需要大约10秒钟。”“这种情况大约每小时发生一次。”

这就是威廉姆斯公司认为其技术可以发挥作用的地方。当有风时，飞轮通过自己充电，可以在风力短暂下降时保持电力流动，防止中断，直到它再次启动，或者在接近放电时激活柴油发电机。这并不是一个新想法:古德温六个月前被招募的原因之一是他在加州的工作经历，他在医院等建筑物的不间断电源供应(UPS)系统中使用了数百个飞轮，这些建筑物的灯不能熄灭是至关重要的。

Williams的系统的不同之处在于它的高负载循环能力——它能够频繁地充电和放电而不会过热，这对于应对风力发电频繁的间歇性(或不断地制动和加速)而不是偶尔罕见的电网中断是至关重要的。古德温说:“大多数飞轮的占空比都很低，因为它们通常是为UPS应用而设计的，在大多数时间里，飞轮都是处于全能量状态，然后才会放电。”“我们是不同的，因为我们总是在骑车，我们总是在做一些事情。”

威廉姆斯的飞轮有两个关键的设计特点赋予了它这种能力。首先，飞轮和电机/发电机被集成成一个单元，冷却管在电机的铜线圈旁边，带走系统旋转时产生的热量。第二个功能更完整，首先有助于系统产生更少的热量。

转子没有使用固体磁铁，而是由一层磁负载复合材料(MLC)制成——本质上是含有碾碎钕磁铁的玻璃纤维。这具有较低的导电性，因此减少了与定子不断变化的磁场的相互作用，因此产生较少的热量。“这意味着马达的损耗非常低，效率非常高，非常适合这种应用，”Ooi说，他在卡塔尔的威廉姆斯技术中心工作，在该国的公共交通系统中也在试验飞轮。

为了测试飞轮平滑可再生电力流动的能力，该公司正在进行一个100万英镑的项目，在两个岛屿上安装这项技术，该项目由政府公司部分资助:费尔岛(Fair island)位于奥克尼和设得兰群岛(Shetland)之间，上世纪80年代是英国第一台商业风力涡轮机的基地;埃格岛是斯凯岛以南的西海岸小岛，五年前安装了一个现代化的可再生微电网，包括涡轮机和电池存储。这两种不同的环境给了威廉姆斯一个完美的机会来收集一系列关于网格存储飞轮性能的数据。

古德温说:“在伊格岛，这将提高电能质量，因为它增加了供电的方式，从而减少了出现问题的可能性，但它也将延长电池的寿命(因为它们的使用次数会减少)。”“费尔岛只提供白天的电力，所以如果晚上风停了，他们就不会打开柴油发动机，电力也就断了。”如果我们能提供一些能量储存，它们就有更好的机会在夜间有少量风的情况下发电。”

威廉姆斯的飞轮最大功率为200千瓦，这意味着它们可以为大约200个家庭提供30秒的电力。但古德温表示，他们更典型的负荷将在20千瓦左右，持续5分钟。虽然现场试验还没有开始，但该团队已经通过让飞轮认为它们已经安装好了，成功收集了大量数据。Ooi说:“我们没有把飞轮直接放在现场，而是记录了网格中所有组件的数据，并与实际飞轮进行实时模拟。”

网格存储飞轮与为KERS开发的飞轮非常相似。车轮本身的直径是相同的，以保持在圆盘边缘的最佳速度约2000英里/小时，尽管它也要高得多(约1米)，以增加其质量，从而增加它所持有的能量。

这个项目为古德温提供了一个迷人的机会，他成功地从从事从铀浓缩到顶级汽车工程设施的高速机器工作。“这很吸引人，特别是当你看到赛道上开发的东西时，我花了很多时间在原型设计和测试上。”

如果威廉姆斯与绿色技术的关系继续下去，未来可能会有更多的机会。