詳解：超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)及其應(yīng)用

　　3.3電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　高壓變電站及開(kāi)關(guān)站使用的絕大多數(shù)是電磁操動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，專門(mén)配有電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置作為分合閘操作、控制、保護(hù)用的直流電源。但是，電容儲(chǔ)能式裝的電解電容容量有限、可靠性差。文獻(xiàn)[6]研究表明，超級(jí)電容器保證了分閘能量供應(yīng)的絕對(duì)可靠，同時(shí)保留了傳統(tǒng)電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置的優(yōu)點(diǎn)。

　　UPS往往是在電網(wǎng)斷電或電網(wǎng)電壓瞬時(shí)跌落最初的幾秒、幾分鐘起決定作用，蓄電池在這段時(shí)間提供電能。由于蓄電池自身的缺點(diǎn)(需定期維護(hù)、壽命短)，使UPS在運(yùn)行中需時(shí)刻注意蓄電池的狀態(tài)。文獻(xiàn)[7]研究了在數(shù)據(jù)保護(hù)的備份系統(tǒng)中，需UPS提供的時(shí)間相對(duì)較短，這時(shí)超級(jí)電容的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，其輸出電流可以幾乎沒(méi)有延時(shí)地上升到數(shù)百安培，而且充電速度快，可以在數(shù)分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)，所以在下次電源故障時(shí)又可以起用。盡管超級(jí)電容器的儲(chǔ)能所能維持的時(shí)間很短，但當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)間約在1min時(shí)，有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，具有50萬(wàn)次循環(huán)和10a不需護(hù)理，使UPS真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

　　文獻(xiàn)[8]提出了基于雙電層電容儲(chǔ)能的靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)，可用來(lái)改善分布式系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，特別是在300～500kW功率等級(jí)，將逐漸替代傳統(tǒng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能。經(jīng)濟(jì)方面，同等容量的雙電層電容儲(chǔ)能同超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置費(fèi)用相差無(wú)幾，但雙電層幾乎不需運(yùn)行費(fèi)用，而超導(dǎo)儲(chǔ)能則需相當(dāng)?shù)闹评滟M(fèi)用。

　　文獻(xiàn)[9]介紹了超級(jí)電容器在光伏發(fā)電中的應(yīng)用。超級(jí)電容器可以在僅高于其漏電流狀態(tài)下充電，這一特性在與光伏發(fā)電中即使在陰天光伏電池也能對(duì)超級(jí)電容器充電，提高了光伏發(fā)電和微弱電流充電的有效性。

　　2005年，由中國(guó)科學(xué)院電工所承擔(dān)的“863”項(xiàng)目“可再生能源發(fā)電用超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”通過(guò)專家驗(yàn)收。該項(xiàng)目完成了用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的300Wh/1kW超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)。

　　變頻調(diào)速器對(duì)電壓十分敏感，而由于電網(wǎng)各種故障和操作會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)低電壓現(xiàn)象，利用超級(jí)電容器快速充放電的特性，可以實(shí)現(xiàn)變頻器低電壓的跨越，保證變頻調(diào)速器的正常運(yùn)行。

　　2005年美國(guó)加利福尼亞建造了一臺(tái)450kW超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置，用以減小950kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)輸送功率的波動(dòng)。在新加坡，ABB公司利用超級(jí)電容器儲(chǔ)能的DVR裝置安裝在4MW的半導(dǎo)體工廠，該裝置可以實(shí)現(xiàn)160ms的低電壓跨越。

　　超級(jí)電容器單體的電壓低，模塊化的也不超過(guò)100V，不能直接用于電力系統(tǒng)。可以采用兩種方式提高電壓等級(jí)：將超級(jí)電容器直接串聯(lián)提高電壓等級(jí);文獻(xiàn)[10]將超級(jí)電容器模塊連接BoostDC/DC變換器，然后經(jīng)過(guò)逆變器與電網(wǎng)連接，為了實(shí)現(xiàn)更高的電壓等級(jí)，還可以在逆變器與電網(wǎng)間加入升壓變壓器。第一種方式存在均壓的問(wèn)題，升壓范圍有限，通常采用第二種方式實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和供電。

　　目前，超級(jí)電容器大多用于高峰值功率、低容量的場(chǎng)合，隨著超級(jí)電容器材料的研發(fā)，功率密度和能量密度的不斷提高，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍將更加廣闊。

　　4應(yīng)用中注意的問(wèn)題

　　超級(jí)電容器具有固定的極性，在使用前應(yīng)確認(rèn)極性。超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用：當(dāng)電容器電壓超過(guò)標(biāo)稱電壓時(shí)會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短。超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱，容量衰減，內(nèi)阻增加，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電容器性能崩潰。

　　當(dāng)超級(jí)電容器進(jìn)行串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問(wèn)題。單純的串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)或幾個(gè)單體電容器過(guò)壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　超級(jí)電容器的出現(xiàn)，解決了能源系統(tǒng)的功率密度和能量密度之間的矛盾。隨著超級(jí)電容器的進(jìn)一步發(fā)展，將取代當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)需頻繁充電和更換的蓄電池，而且家用儲(chǔ)能超級(jí)電容器也有可能實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)能、風(fēng)能和燃料電池等無(wú)污染能源將儲(chǔ)存在超級(jí)電容器中，不斷提供電能，不需要投資大的發(fā)電站，也不需要復(fù)雜的輸送電網(wǎng)，是一種應(yīng)用再生能源和投資少的節(jié)能措施。