天上30秒 地下20年——戏说飞轮储能UPS

记得《西游记》里有一集，唐僧被地洞里的女妖精给绑了，要就地成亲。孙悟空到天上找人求助，找到太上老君时，老君不帮忙，孙悟空撒野，老君说：“天上一天，地上一年，不快点，不要说成亲，娃娃都有了”。

虽然属于神话故事，但这句经典的“天上一天，地上一年”却带给人们无数遐想。记得有报道称，空间站的科学家回地球后年龄要比其双胞胎兄弟小，科学家由此证明太空上的时间过的比地球慢，这也许变相印证了太上老君的话吧。

书归正文，小编今天跟大家说的并不是猴哥救唐僧和相对论的事，它是一款电源，但却和天空、时间有着微妙的关系。

天上30秒真的要地下20年么？

看来是的。

磁悬浮飞轮储能UPS历史

在前几天，我们报道了一篇《铅酸电池太土！图解新型磁悬浮飞轮储能UPS》的文章，读者的关注度很高。许多问题由此而生：这东西谁发明的？它和普通铅酸电池有什么区别？谁用过它？价格是多少？它靠谱么？等等。带着此类问题，小编采访了飞轮储能UPS供应商的相关技术人员，得到一些相对专业的解释。

说起飞轮储能UPS，我们不妨先了解一下它的历史：

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图1

1972年，美国NASA（国家航空航天局）开始研究磁悬浮动量轮，但限于当时的技术水平，并没有得到发展。20世纪90年代初，由于电路拓扑思想的发展，碳纤维材料的广泛应用，在NASAPowerandPropulsionOffice的支持下，基于电磁轴承的磁悬浮姿控储能两用飞轮技术迅速发展。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。而相比普通铅酸电池，它仅能储存30秒的电能，说它是“天上30秒”？“天上”、“30秒”正是因此而来。

飞轮储能的研究之路并不平坦，美国人从70年到80年，再从90年到2000年，这项技术经历了断断续续20年的发展，终于可以在各个领域使用。说其研究时间为“地下20年”，并不为过。

在国内，基于磁悬浮飞轮的研究始于20世纪90年代末，主要研制单位有北京航空航天大学、国防科技大学等单位。北京航空航天大学于1999年开始论证单框架磁悬浮控制力矩陀螺之后，在国家863-2高技术航天领域项目的支持下进行了我国空间站用高速、长寿命单框架磁悬浮控制力矩陀螺的攻关，研制出多台角动量为200Nms的磁悬浮控制力矩陀螺原理样机。

但是，由于经验、人员、经费、选材、环境等各种原因，我国的飞轮技术尚只处于试验阶段，不能达到长时间、高储能的标准，所以该技术离产品出现还有很长一段路要走。#p#

飞轮UPS基本原理

磁悬浮飞轮UPS的主体是个真空容器里的不停旋转的飞轮和与飞轮连接在一起的两个电机。飞轮里有磁钢片，外面裹着碳纤维材料防止飞轮解体。当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。

在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。当飞轮电池发出电的时，飞轮转速逐渐下降，由于飞轮是在真空环境下运转的，所以转速极高。现在飞轮一般都能做到四五万转，所以储存的能量极大。

这个原理说起来并不复杂，但就产品本身材质和内部元件构成部分，一直是处于外国商家完全保密的状态。对于20多年的技术投资，人家自然不会轻易送给他人。#p#

三点主要差异

和铅酸电池相比，飞轮UPS也有着许多特点，这里面有相同点有不同点，相比其他产品参数，我觉得以下这些特点更能突显它的优势和劣势。接下来，小编就储能时间、成本、温控这三个角度来谈谈飞轮UPS与传统产品的差别。

储能时间：据悉，飞轮UPS和传统UPS产品的技术都很成熟，虽然就蓄电时间方面一个只有30秒，一个有个几小时，但其结果并无差异，都是通过暂时的放电给柴油发电机，由柴油发电机维持设备的正常运行。

虽然专家这么说，但就小编的感受，这个蓄电时间真是差了十万八千里，如果30秒没能启动发电机，那后果……

虽然困惑明显，但技术人员对自己的产品颇为自信。他们认为启动发电机只需要15秒的时间，30秒已经为各种时间损耗可能性做了充足的准备。

好吧，我就算不能完全相信专家的言论，总要给NASA一点面子，下次51CTO一定会采访一下飞轮UPS用户，听听他们对这款产品的意见。

成本：这个的确是飞轮UPS的软肋。由于产品理念的差异，导致其设计材料成本要高出普通UPS不少（价格约是铅酸同型号电池的3倍左右），这也是不少用户放弃购买它的主要原因。

专家承认其产品的初次投入价格高于普通产品，但因为其维护成本很低，经过10年之后，其成本将和普通UPS持平，再往后成本将小于铅酸电池。其成本优势在20年使用年限的高寿命下才能显现。

听到这里，小编突然脑海中浮现出了一则A.O史密斯热水器的广告：我们的热水器可以用50年……也许外国产品真的名副其实，也许不是。电源寿命问题总要20年后才能得出结论，但初期的投入成本是实打实的。

虽然飞轮UPS价格略高，我认为能买得起飞轮UPS的客户都是不差钱的，所以这个差异可以用高品质的产品所代替掉。

温控：为什么说这个差异，“飞轮”还有模块化安装、低碳、支持过载、高品质电流输出等众多特点，因为这个技术是大多数UPS几乎无法比拟的，是磁悬浮飞轮UPS真正的杀手锏。

0-40度的可适应温差使其能在缺少空调、十分恶劣的工作环境下正常工作。为什么NASA会花20年的时间研究它？恰恰是因为太空中无法满足传统UPS对环境的需求，无法保障电源的持续稳定的供给。所以经过了两个10年的时间，磁悬浮飞轮UPS浮出水面，满足了NASA对电源温度的要求。#p#

不得不承认，美国国家航空航天局的案例总给人一种远在天边的感觉（的确离地球太远了），但其实这个家伙已经来到了我们的身边。

在60年国庆阅兵期间，在十运会期间，甚至在现在正如火如荼的世博会上，都有飞轮UPS的身影。只不过在户外以集装箱卡车形象出现的它，并没有引来媒体过多的关注。相信其还是完成了其基本的供电任务，至少小编并没有发现这些重要庆典中出现断电的新闻。

感慨30秒与20年

通过对磁悬浮飞轮UPS的了解，小编深深感受到我们和国际先进技术的差距所在。UPS产品有20年的差距，处理器产品有多少年的差距，生活水平有多少年的差距。想想UPS、想想龙芯，想想我们正在后面一路追赶的科学技术，这需要我们几代人来追赶呢？如果我们能承认差距、踏踏实实、脚踏实地的去追赶，也许为时不晚。如果我们的科研仅仅停留于应付论文，混文凭、职称，那我们和西方发达国家的科技差距将越来越大。

人家花了20年的时间，研究出了个30秒产品。过20年后，本国的UPS市场会有哪些惊喜带给我们呢。也许真是一个天上，一个地下吧。

写在最后

对磁悬浮飞轮UPS感兴趣的朋友，也许更加期待51CTO提供一些实操方面的体验文章。小编已经和专家约定，在其每年一次的飞轮检修期间，我们一同前往“飞轮”机房一探究竟，不过时间可能要等到12月份左右，大家请先耐心等待。为了让大家先饱眼福，小编特意向专家索要了一些外国UPS的产品应用视频，因为高清文件过大，所以视频还在处理中，我会在近期为大家呈现，同时敬请大家继续关注51CTO服务器频道。