引言

早在2006年8月，上海11路超級(jí)電容公交車上線投入運(yùn)營(yíng)，這一度是世界上唯一經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間商業(yè)化運(yùn)營(yíng)考驗(yàn)的純電動(dòng)公交車。超級(jí)電容具有怎樣地特性使得它受到了用戶的青睞呢？

?技術(shù)原理

我們以雙電層電容為例，介紹超級(jí)電容的工作原理。雙電層超級(jí)電容是靠極化電解液來(lái)儲(chǔ)存電能的一種新型儲(chǔ)能裝置，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。在雙層電容器中，電能處于靜電場(chǎng)中，存儲(chǔ)在電極和電解質(zhì)的離子之間。

當(dāng)向電極充電時(shí)，處于理想化電極狀態(tài)的電極表面電荷將吸引周圍電解質(zhì)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(gòu)成雙電層電容。由于超級(jí)電容與傳統(tǒng)電容相比儲(chǔ)能電容，儲(chǔ)存電荷的面積大得多，電荷被隔離的距離小得多，因此一個(gè)超級(jí)電容單元的電容量就高達(dá)幾法至數(shù)萬(wàn)法。由于采用了特殊的工藝，超級(jí)電容的等效電阻很低，電容量大且內(nèi)阻小。使得超級(jí)電容可以有很高的尖峰電流，因此具有很高的比功率，高達(dá)蓄電池的50～100倍，可達(dá)到10kW／kg左右，這個(gè)特點(diǎn)使超級(jí)電容非常適合于短時(shí)大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。

技術(shù)現(xiàn)狀和SWOT分析

應(yīng)用場(chǎng)景

公共交通工具/電動(dòng)汽車

超級(jí)電容和其他儲(chǔ)能元件組成的復(fù)合電源系統(tǒng)兼顧了其他儲(chǔ)能元件的高比能量和超級(jí)電容的高比功率的優(yōu)點(diǎn)，可以更好地滿足電動(dòng)車啟動(dòng)和加速性能的要求，并能提高電動(dòng)車制動(dòng)能量的回收效率。增加續(xù)駛里程。目前，超級(jí)電容可以和蓄電池、燃料電池、飛輪電池等組成復(fù)合電源系統(tǒng)。在純電動(dòng)車和混合動(dòng)力電動(dòng)車上采用超級(jí)電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)，將是電動(dòng)車領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。

風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前發(fā)展最快的可再生能源發(fā)電技術(shù)。但是,風(fēng)能是一種隨機(jī)變化的能源,風(fēng)速變會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動(dòng),對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此,研究并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率調(diào)節(jié)成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的重要問(wèn)題。附加儲(chǔ)能設(shè)備既可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率、穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)母線電壓,又能在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)有功功率,是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

隨著制造技術(shù)的發(fā)展 ,超級(jí)電容器的能量密度有了很大提高 ,在一些短時(shí)電力儲(chǔ)能場(chǎng)合已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用階段。利用超級(jí)電容器存儲(chǔ)能量 ,平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率重要頻段的風(fēng)電波動(dòng)具有良好的應(yīng)用前景。

微網(wǎng)/電網(wǎng)

微網(wǎng)運(yùn)行中，針對(duì)總發(fā)電容量小于總負(fù)荷需求，同時(shí)因外部故障而進(jìn)入孤島運(yùn)行時(shí)，為了保護(hù)重要負(fù)荷必須切除次要負(fù)荷，如果外部故障為瞬時(shí)性故障，則在短時(shí)間內(nèi)微網(wǎng)又會(huì)因瞬時(shí)故障消失而重合到主網(wǎng)，并重啟次要負(fù)荷。從供電穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，對(duì)次要負(fù)荷不利，因此在外部故障后，可以采用超級(jí)電容器向孤島運(yùn)行的微網(wǎng)提供短時(shí)功率缺額，維持所有負(fù)荷并等待故障修復(fù)。

建筑/電梯節(jié)能

我國(guó)建筑物的能耗約占全國(guó)總能耗的28%左右。其中電梯的用電量?jī)H次于空調(diào)，遠(yuǎn)高于照明、供水等的用電量儲(chǔ)能電容，電梯的能耗已經(jīng)引起業(yè)界高度重視，因此電梯的節(jié)能具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此研究開發(fā)高效能的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，是電梯節(jié)能的關(guān)鍵。能量回饋型節(jié)能電梯已有較為成熟的技術(shù)，但因其價(jià)格因素以及對(duì)電網(wǎng)的影響，推廣尚有一定難度。超級(jí)電容器與直流母線直接相連吸收回饋能量超級(jí)電容器直接與變頻器的直流母線連接。超級(jí)電容在大功率電器電子產(chǎn)品尤其是電梯產(chǎn)品中具有良好的應(yīng)用效果和優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用前景無(wú)可限量。

參考資料：

[1] 應(yīng)用超級(jí)電容提高風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力

[2] 基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模與控制

[3] 超級(jí)電容器在微型電網(wǎng)中的應(yīng)用

[4] 超級(jí)電容在電梯節(jié)能中的應(yīng)用前景探討

[5] 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制的節(jié)能電梯能量管理

End

文章由啟和科技編輯