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超级电容器在微电网中的应用
当今社会对能源和电力供应的质量以及安全可靠性的要求越来越高,传统的大电网供电方式由于其本身的缺陷已经不能满足这种要求。能够集成分布式发电的新型电网微电网应运而生,它能够节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性,是未来的发展方向。而作为微电网中必不可少的储能系统,发挥着十分重要的作用。超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性,成为微电网储能的首选装置之一。   目前,在我国比较偏远的山区,架设输电线路的成本较高,而且即使架设了输电线路,运行成本也较高,因此实现电气化有一定的难度。如果利用风力或太阳能发电构建微电网,将电力转化为超级电容器的电场能储存起来,待需要时再将电场能转换为电能供电是非常经济的,而且不会对环境产生任何破坏。   对于我国大部分农村地区,电网可靠性往往不高,难免出现短时停电,然而提高可靠性需要的成本过高。可以在负荷集中区域建立微电网,在电力正常供应时通过超级电容器储能系统将电力储存起来,而在停电时由超级电容器储能系统供电。即使在我国较发达的城市地区,超级电容器储能系统也具有重要的作用。超级电容器储能系统在电力充足时将电力储存起来,而在电力供应不足时回馈给电网,保证电网负载始终是均衡的。同时,超级电容器储能系统可以改善电能质量,取代目前使用的UPS,提高重要负载设备如通信设备、计算机和医疗设备等的供电可靠性。   由此可见,既经济可靠又对环境友好的超级电容器储能系统是大有市场前景的,研究超级电容器储能系统在微电网中的应用也符合对环境保护的要求。太阳能、风能和燃料电池等无污染能源储存在超级电容器中,适时提供电能,不需要投资大的发电站,也不需要复杂的输送电网,是一种投资少、又能有效应用可再生能源的节能措施。   1 超级电容器储能   1.1 超级电容器的特性   超级电容器(supercapacitor),又叫双电层电容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容,是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能元件,其容量可达几百至上万法,比功率是电池的10倍以上,储存能力比普通电容器高,具有工作温度范围广、可快速充放电、循环寿命长、无污染、零排放等特点。   1)具有超高的容量。超级电容器的容量最大可做到上万法拉,比同体积的电解电容器容量大2000~6000倍。   2)具有极高的功率密度。超级电容器的功率密度可达到18kW/kg左右,可以在短时间内放出几百到几千安的电流。这个特点使得超级电容器非常适合用于短时间高功率输出的场合。   3)充放电速度快。超级电容器不产生化学反应,可以直接将电力贮存起来,充电所需的时间非常短。超级电容器充电可采用大电流充电,能在几十秒到数分钟内完成充电过程,是真正意义上的快速充电。而蓄电池则需要数小时完成充电,采用快速充电也需要几十分钟。   4)使用寿命长。超级电容器半永久性使用,无需更换。传统的充电电池经过多次充电和放电后,电解液逐渐分解、材料变质,性能也随之下降,用上几年后大都需要更换。超级电容器充放电过程中发生的电化学反应都具有良好的可逆性,可反复进行充放电数十万次以上,基本上无需更换。   5)环境温度对正常使用影响不大。使用温度范围广,低温性能优越,可达-40~+85℃。而电池仅为0~+40℃。   当然,超级电容器也有其缺点。如果使用超级电容器不当,会造成电解液泄漏等现象。超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中,高频率的快速充放电会导致电容器内部发热,容量衰减,内阻增加,在某些情况下会导致电容器性能崩溃。当超级电容器进行串联使用时,存在单体间的电压均衡问题。单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压,从而损坏这些电容器,整体性能受到影响。   1.2 与其它储能元件的比较   表1是超级电容器与蓄电池、超导储能以及飞轮储能的性能比较。蓄电池技术成熟、价格低,但其循化寿命低、污染环境,即将被新型环保的储能元件取代。飞轮储能、超导储能和超级电容器均为优秀的储能元件,是未来的发展方向,它们具有类似的特性,都可以应用于微电网中。超导储能、飞轮储能可以用于快速补偿,但其功率密度比超级电容器低得多,效果要差一些。和其他储能方式相比,超导储能价格昂贵,除了超导本身的费用外,维持低温所需要的费用也相当可观。而飞轮储能受到转速及机械强度的限制。   在微电网中,由负荷或者微电源导致的电能质量问题往往具有持续时间短、出现频繁的特点。相比较而言,作为短期储能装置,超级电容器更为理想,因此,主要考虑超级电容器在微电网中的应用。虽然目前超级电容器价格依然偏高,但随着价格的逐渐下降,超级电容器作为一种高效、实用、环保的能量存储装置,必然会成为理想的选择。
发布日期:2017-11-13 17:03
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