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飛輪–具無限潛力的綠色能源

103/09/15 17891

陳永平｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

2014年7月諸多媒體爭相報導「磁浮發電機」，聲稱可利用「40瓦生電1800瓦」，然事實上，它所談的是功率而不是能量，若不明就理，還以為能量不滅定理這個鐵則已被突破了，也因此許多人認定它又在重蹈「永動機」的覆轍，而予以抨擊。不過，由報導中所提到的磁浮機構，倒是令人馬上聯想到具有磁浮軸承的飛輪，它是1個相當有效率的儲能發電裝置，將所儲存的機械能轉化為電能，以「磁浮發電機」來稱呼它算是相當貼切，當然，飛輪裝置絕不可能用40焦耳的動能來產生1800焦耳的電能。

事實上，早在一百多年前就有人提出利用飛輪機構來儲存能量的想法，但都沒有付諸實現，直到1970年代，飛輪才開始被應用在衛星的儲能裝置上。以飛輪運作來看，可分為儲能及釋能兩個階段：在儲能階段，飛輪以電動機形式運轉，利用外部所提供的電源來驅動飛輪做高速的旋轉，也就是說，將電能轉化為動能；在釋能階段，飛輪則以發電機的狀態運轉，將動能轉化為電能，對外輸出電力，此時飛輪因釋出動能，轉速會逐漸下降。此外，飛輪須以真空的方式加以封裝，以避免因與氣體分子摩擦而造成能量損失，溫度不當攀升。

由於飛輪是在真空環境下運轉，並使用非接觸式的磁浮軸承，所以轉速極高，可達到每分鐘20萬轉。此外，以飛輪作為儲能發電裝置，還可具有許多優勢，例如：高儲能密度-每公斤可達0.15仟瓦小時，高能量轉換效率-可近90%，體積小，重量輕，壽命長-在20年以上，低損耗，系統維護周期長，對工作環境溫度無嚴格要求，儲能速度快-約數分鐘。在其他發電裝置或電池設施中，很難同時擁有這麼多的優勢，再加上飛輪裝置本身沒有任何環境污染問題，所以被視為具無限潛力的綠色能源。

由於在技術及材料限制下，飛輪裝置的製作成本高，所以大都被使用來作為大型的儲能發電裝置，例如：2014年在加拿大安大略省已將2MW(二百萬瓦)的飛輪儲能裝置正式納入市電的營運系統中，這是加拿大在能源科技方面的一項重大突破。除了應用在發電系統外，航太科技及交通運輸工具也可看到飛輪裝置的應用，另外常見的還有不斷電系統，在突發的缺電狀況下，飛輪裝置可用來快速提供數分鐘的穩定電源，維護工廠的正常運作。

目前，飛輪裝置已朝向小型化、低成本的趨勢發展，相信隨著現代技術及材料的開發，在可預見的未來，飛輪裝置一定會被廣泛地應用到有能源需求的各種場合中，對整體社會的發展做出重要的貢獻。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿／103年/07月）

責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司

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