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详解超级电容储能

作者:刘衍波 来源:交能网 时间:2019-06-18 浏览:

早在2006年8月,上海11路超级电容公交车上线投入运营,这一度是世界上唯一经过大规模长时间商业化运营考验的纯电动公交车。超级电容具有怎样地特性使得它受到了用户的青睐呢?

技术原理

我们以双电层电容为例,介绍超级电容的工作原理。双电层超级电容是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置,其原理结构如图所示。在双层电容器中,电能处于静电场中,存储在电极和电解质的离子之间。

当向电极充电时,处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使这些离子附于电极表面形成双电荷层,构成双电层电容。由于超级电容与传统电容相比,储存电荷的面积大得多,电荷被隔离的距离小得多,因此一个超级电容单元的电容量就高达几法至数万法。由于采用了特殊的工艺,超级电容的等效电阻很低,电容量大且内阻小。使得超级电容可以有很高的尖峰电流,因此具有很高的比功率,高达蓄电池的50~100倍,可达到10kW/kg左右,这个特点使超级电容非常适合于短时大功率的应用场合。

技术现状和SWOT分析

应用场景

公共交通工具/电动汽车

超级电容和其他储能元件组成的复合电源系统兼顾了其他储能元件的高比能量和超级电容的高比功率的优点,可以更好地满足电动车启动和加速性能的要求,并能提高电动车制动能量的回收效率。增加续驶里程。目前,超级电容可以和蓄电池、燃料电池、飞轮电池等组成复合电源系统。在纯电动车和混合动力电动车上采用超级电容一蓄电池复合电源系统,将是电动车领域未来发展的重要方向之一。

风力发电

风力发电是当前发展最快的可再生能源发电技术。但是,风能是一种随机变化的能源,风速变会导致风电机组输出功率的波动,对电网的电能质量产生影响。因此,研究并网风电场的输出功率调节成为风力发电技术中的重要问题。附加储能设备既可以调节无功功率、稳定风电场母线电压,又能在较宽范围内调节有功功率,是当前的一个研究热点。

随着制造技术的发展 ,超级电容器的能量密度有了很大提高 ,在一些短时电力储能场合已经进入了商业化应用阶段。利用超级电容器存储能量 ,平抑风电场输出功率重要频段的风电波动具有良好的应用前景。

微网/电网

微网运行中,针对总发电容量小于总负荷需求,同时因外部故障而进入孤岛运行时,为了保护重要负荷必须切除次要负荷,如果外部故障为瞬时性故障,则在短时间内微网又会因瞬时故障消失而重合到主网,并重启次要负荷。从供电稳定性和经济性的角度来看,对次要负荷不利,因此在外部故障后,可以采用超级电容器向孤岛运行的微网提供短时功率缺额,维持所有负荷并等待故障修复。

建筑/电梯节能


我国建筑物的能耗约占全国总能耗的28%左右。其中电梯的用电量仅次于空调,远高于照明、供水等的用电量,电梯的能耗已经引起业界高度重视,因此电梯的节能具有非常重要的现实意义。因此研究开发高效能的电机拖动系统,是电梯节能的关键。能量回馈型节能电梯已有较为成熟的技术,但因其价格因素以及对电网的影响,推广尚有一定难度。超级电容器与直流母线直接相连吸收回馈能量超级电容器直接与变频器的直流母线连接。超级电容在大功率电器电子产品尤其是电梯产品中具有良好的应用效果和优势,其应用前景无可限量。

参考资料:

[1] 应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力

[2]基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制

[3] 超级电容器在微型电网中的应用

[4] 超级电容在电梯节能中的应用前景探讨

[5] 基于神经网络预测控制的节能电梯能量管理 

关键字:超级电容储能

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