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詳解超級電容儲能

作者:劉衍波 來源:交能網 發布時間:2019-06-18 瀏覽:
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早在2006年8月,上海11路超級電容公交車上線投入運營,這一度是世界上唯一經過大規模長時間商業化運營考驗的純電動公交車。超級電容具有怎樣地特性使得它受到了用戶的青睞呢?

技術原理

我們以雙電層電容為例,介紹超級電容的工作原理。雙電層超級電容是靠極化電解液來儲存電能的一種新型儲能裝置,其原理結構如圖所示。在雙層電容器中,電能處于靜電場中,存儲在電極和電解質的離子之間。

當向電極充電時,處于理想化電極狀態的電極表面電荷將吸引周圍電解質溶液中的異性離子,使這些離子附于電極表面形成雙電荷層,構成雙電層電容。由于超級電容與傳統電容相比,儲存電荷的面積大得多,電荷被隔離的距離小得多,因此一個超級電容單元的電容量就高達幾法至數萬法。由于采用了特殊的工藝,超級電容的等效電阻很低,電容量大且內阻小。使得超級電容可以有很高的尖峰電流,因此具有很高的比功率,高達蓄電池的50~100倍,可達到10kW/kg左右,這個特點使超級電容非常適合于短時大功率的應用場合。

技術現狀和SWOT分析

應用場景

公共交通工具/電動汽車

超級電容和其他儲能元件組成的復合電源系統兼顧了其他儲能元件的高比能量和超級電容的高比功率的優點,可以更好地滿足電動車啟動和加速性能的要求,并能提高電動車制動能量的回收效率。增加續駛里程。目前,超級電容可以和蓄電池、燃料電池、飛輪電池等組成復合電源系統。在純電動車和混合動力電動車上采用超級電容一蓄電池復合電源系統,將是電動車領域未來發展的重要方向之一。

風力發電

風力發電是當前發展最快的可再生能源發電技術。但是,風能是一種隨機變化的能源,風速變會導致風電機組輸出功率的波動,對電網的電能質量產生影響。因此,研究并網風電場的輸出功率調節成為風力發電技術中的重要問題。附加儲能設備既可以調節無功功率、穩定風電場母線電壓,又能在較寬范圍內調節有功功率,是當前的一個研究熱點。

隨著制造技術的發展 ,超級電容器的能量密度有了很大提高 ,在一些短時電力儲能場合已經進入了商業化應用階段。利用超級電容器存儲能量 ,平抑風電場輸出功率重要頻段的風電波動具有良好的應用前景。

微網/電網

微網運行中,針對總發電容量小于總負荷需求,同時因外部故障而進入孤島運行時,為了保護重要負荷必須切除次要負荷,如果外部故障為瞬時性故障,則在短時間內微網又會因瞬時故障消失而重合到主網,并重啟次要負荷。從供電穩定性和經濟性的角度來看,對次要負荷不利,因此在外部故障后,可以采用超級電容器向孤島運行的微網提供短時功率缺額,維持所有負荷并等待故障修復。

建筑/電梯節能


我國建筑物的能耗約占全國總能耗的28%左右。其中電梯的用電量僅次于空調,遠高于照明、供水等的用電量,電梯的能耗已經引起業界高度重視,因此電梯的節能具有非常重要的現實意義。因此研究開發高效能的電機拖動系統,是電梯節能的關鍵。能量回饋型節能電梯已有較為成熟的技術,但因其價格因素以及對電網的影響,推廣尚有一定難度。超級電容器與直流母線直接相連吸收回饋能量超級電容器直接與變頻器的直流母線連接。超級電容在大功率電器電子產品尤其是電梯產品中具有良好的應用效果和優勢,其應用前景無可限量。

參考資料:

[1] 應用超級電容提高風電系統低電壓穿越能力

[2]基于超級電容儲能的風電場功率調節系統建模與控制

[3] 超級電容器在微型電網中的應用

[4] 超級電容在電梯節能中的應用前景探討

[5] 基于神經網絡預測控制的節能電梯能量管理

關鍵字:超級電容儲能

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