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飛輪–具無限潛力的綠色能源
近日來有人聲稱已成功研發以40瓦可生電1800瓦的磁浮發電機,這個聳動的報導,容易讓人誤以為又在重蹈「永動機」的覆轍,實情則是它仍然不能背離能量不滅定理。在本文中將介紹另1個已被視為具有無限潛力的綠色發電機構─飛輪,當然它在發電前仍必須先儲存能源。加拿大在今年已正式啟用2百萬瓦的飛輪發電裝置,並納入市電系統中
 
 
 
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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