超級(jí)電容器的主要應(yīng)用領(lǐng)域

1、超級(jí)電容器的主要應(yīng)用領(lǐng)域超級(jí)電容器發(fā)展展望：超級(jí)電容器也叫做電化學(xué)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，比容量為傳統(tǒng)電容器的20200倍，比功率一般大于1000W/kg，循環(huán)壽命大于100000次，可儲(chǔ)蓄的能量比傳統(tǒng)電容要高得多，并且充電快速。由于它們的使用壽命非常長，可被應(yīng)用于終端產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。而且超級(jí)電容器對(duì)環(huán)境無污染，可以說，超級(jí)電容器是一種高效、實(shí)用、環(huán)保的能量儲(chǔ)蓄裝置。當(dāng)高能量電池和燃料電池與超級(jí)電容器技術(shù)相結(jié)合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高比功率、高比能量特性和長的工作壽命。近年來，由于超級(jí)電容器在新能源領(lǐng)域所表現(xiàn)出的朝陽產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，許多發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)把超級(jí)電容器項(xiàng)目作為國家

2、重點(diǎn)研究和開發(fā)項(xiàng)目，超級(jí)電容器的國內(nèi)外市場(chǎng)正呈現(xiàn)出前所未有的蓬勃景象。 依照美國國家能源局的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，超級(jí)電容器在全球市場(chǎng)的容量預(yù)計(jì)將從2007年的4億美元發(fā)展到2013年的120億美元（見下圖1），其中，在電動(dòng)汽車/新能源汽車領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模有望在2013年達(dá)到40億美元,在消費(fèi)電子領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模有望在2013年達(dá)到30億美元,在工業(yè)(風(fēng)力發(fā)電、 軌道交通、重型機(jī)械等)領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模有望在2013年達(dá)到40億美元。 根據(jù)中商情報(bào)預(yù)測(cè)，截至2014年，我國超容產(chǎn)業(yè)的增長率都在30%以上。超級(jí)電容器的主要應(yīng)用領(lǐng)域：1.超級(jí)電容器在太陽能能源系統(tǒng)中的應(yīng)用太陽能源的利用最終歸結(jié)為太陽能利用和太陽光利用

3、兩個(gè)方面。太陽能發(fā)電分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，其中光伏發(fā)電就是利用光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電不論在轉(zhuǎn)化效率、設(shè)備成本和發(fā)展前景尚都遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于光熱發(fā)電。自從實(shí)用型多晶硅的光伏電池問世以來，世界上就便開始了太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用。目前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有三個(gè)發(fā)展方向：獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)型和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。在獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)中，儲(chǔ)能單元一般是必須有的，它能將由日照時(shí)發(fā)出的剩余電能儲(chǔ)存起來供日照不足或沒有日照時(shí)使用。目前，國際光伏能源產(chǎn)業(yè)的需求開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用向并網(wǎng)發(fā)電與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已有補(bǔ)充能源向替代能源過渡。國內(nèi)光伏能源系統(tǒng)仍主要是用在邊遠(yuǎn)的無電地區(qū)和城市路燈、草坪

4、燈、庭院燈、廣告牌等獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過蓄電池組構(gòu)成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠熨平太陽光照強(qiáng)度波動(dòng)導(dǎo)致的電能波動(dòng)，還可以補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓驟降或突升，但是由于其充放電次數(shù)有限、大電流充放電時(shí)間較慢等因素，因此其使用壽命較短，成本較高。因此，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用超級(jí)電容器組將使其并網(wǎng)發(fā)電更具有可行性。2 超級(jí)電容器在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用分析風(fēng)力發(fā)電作為當(dāng)前發(fā)展最快的可再生能源發(fā)電技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，風(fēng)能是一種隨機(jī)變化的能源，風(fēng)速變化會(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)量會(huì)產(chǎn)生影響。目前，風(fēng)電有功功率波動(dòng)多采用直接調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方法來平緩其輸出功率，但是該方法的功率調(diào)節(jié)能

5、力有限；無功功率波動(dòng)通常采用并聯(lián)靜止無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功調(diào)節(jié)，但無功補(bǔ)償裝置無法平抑有功功率波動(dòng)。通過附加儲(chǔ)能設(shè)備，既可以調(diào)節(jié)無功功率、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。而風(fēng)力發(fā)電研究表明位于0.01Hz-1Hz 的波動(dòng)功率對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響最大，平抑該頻段的風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響最大，平抑該頻段風(fēng)電波動(dòng)采用較短時(shí)間的能量儲(chǔ)存就可以達(dá)到目的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)能量存儲(chǔ)的小容量儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用價(jià)值很高。超級(jí)電容器因其具有數(shù)萬次以上的充放電循環(huán)壽命、大電流充放電特性，能夠適應(yīng)風(fēng)能的大電流波動(dòng)，它能在白天陽光充足或風(fēng)力強(qiáng)勁的條件下吸收能量，在夜晚或風(fēng)力較弱時(shí)放電，從而能

6、夠熨平風(fēng)電的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更有效的并網(wǎng)。2.1 2009-2010 年中國風(fēng)電裝機(jī)容量分析2009 年中國（不含臺(tái)灣?。┬略鲲L(fēng)電裝機(jī)10129 臺(tái)，容量13803.2MW，年同比增長124%；累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)21581 臺(tái)，容量25805.3MW，年同比增長114%。臺(tái)灣省當(dāng)年新增風(fēng)電裝機(jī)37 臺(tái)，容量77.9MW；累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)227 臺(tái)，容量436.05MW。中國新增裝機(jī)容量的排名達(dá)到了世界第一位，已經(jīng)成為世界風(fēng)電的重要市場(chǎng)。中國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量趨勢(shì)圖截止到2009 年12 月31 日，中國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)超過1000MW 的省份超過9個(gè)，其中超過2000MW 的省份4 個(gè)，分別為內(nèi)蒙古（9196.2M

7、W）、河北（2788.1MW）、遼寧（2425.3MW）、吉林（2063.9MW）。內(nèi)蒙古2009 年當(dāng)年新增裝機(jī)5545.2MW，累計(jì)裝機(jī)9196.2MW，實(shí)現(xiàn)150%的大幅度增長。3 超級(jí)電容器在新能源汽車發(fā)展中機(jī)遇在新能源汽車領(lǐng)域，超級(jí)電容器可與二次電池配合使用，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能并保護(hù)電池的作用。通常超級(jí)電容器與鋰離子電池配合使用，二者完美結(jié)合形成了性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的動(dòng)力汽車電源，可用于混合動(dòng)力汽車及純電動(dòng)汽車。鋰離子電池解決的是汽車充電儲(chǔ)能和為汽車提供持久動(dòng)力的問題，超級(jí)電容器的使命則是為汽車啟動(dòng)、加速時(shí)提供大功率輔助動(dòng)力，在汽車制動(dòng)或怠速運(yùn)行時(shí)收集并儲(chǔ)存能量。超級(jí)電容器在汽車減速、下坡、剎

8、車時(shí)可快速回收并存儲(chǔ)能量，將汽車在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的多余的不規(guī)則的動(dòng)力安全轉(zhuǎn)化為電池的充電能源，保護(hù)電池的安全穩(wěn)定運(yùn)行；啟動(dòng)或加速時(shí)，先由電池將能量轉(zhuǎn)移入超級(jí)電容器，超級(jí)電容器可在短時(shí)間內(nèi)提供所需的峰值能量。在國內(nèi)涉足新能源汽車的廠商中，已有眾多廠商選擇了超級(jí)電容器與鋰離子電池配合的技術(shù)路線。例如安凱客車的純電動(dòng)客車、海馬并聯(lián)純電動(dòng)轎車Mpe等車型采用了鋰離子電池/超級(jí)電容器動(dòng)力體系；廈門金龍旗下的廈門金旅生產(chǎn)的45 輛油電混合動(dòng)氣公交車采用了720 套全球領(lǐng)先的超級(jí)電容器廠商美國MAXWELL 公司的超級(jí)電容器模組，該45 輛混合動(dòng)力公交車于2008 年下半年投入杭州運(yùn)營，因節(jié)油效果明顯受到贊譽(yù)。

9、2009 年4 月22 日， MAXWELL 公司公告稱收到了來自三家中國領(lǐng)先的運(yùn)輸巴士生產(chǎn)商總價(jià)值約1,350 萬美元的BOOSTCAP(R) 超級(jí)電容器模組采購訂單。MAXWELL 公司預(yù)計(jì)，目前已有超過150輛混合動(dòng)力巴士采用了該公司的超級(jí)電容器，到2009 年底將達(dá)到1000 輛以上。4 智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)4.1 超級(jí)電容器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究分析當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源和電力供應(yīng)的質(zhì)量以及安全可靠性的要求越來越高，傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電方式由于其本身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。能夠集成分布式發(fā)電的新型電網(wǎng)微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，它能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高系統(tǒng)安全性和靈活性，是未來的發(fā)展方向。電容作為微

10、電網(wǎng)中必不可少的儲(chǔ)能系統(tǒng)，發(fā)揮著十分重要的作用。超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，以其無可替代的優(yōu)越性，成為微電網(wǎng)（Microgrid）儲(chǔ)能的首選裝置之一。微電網(wǎng)由微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能以及能量管理器等組成。儲(chǔ)能在微電網(wǎng)中發(fā)生作用的形式有：接在微電源的直流母線上、包含重要負(fù)荷的饋線上或者微電網(wǎng)的交流母線上。其中，前兩種可稱為分布式儲(chǔ)能，最后一種叫做中央儲(chǔ)能。 當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)的功率波動(dòng)由大電網(wǎng)進(jìn)行平衡，此時(shí)儲(chǔ)能處于充電備用狀態(tài)。當(dāng)微電網(wǎng)由并網(wǎng)運(yùn)行切換到孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，中央儲(chǔ)能立即啟動(dòng)，彌補(bǔ)功率缺額。微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷的波動(dòng)或者微電源的波動(dòng)則可以由中央儲(chǔ)能或者分布式儲(chǔ)能平衡。其中，微電源的功率波

11、動(dòng)有兩種平衡方式，將分布式儲(chǔ)能和需要儲(chǔ)能的微電源并聯(lián)接在某饋線上，或者將儲(chǔ)能直接接入該微電源的直流母線上。1、提供短時(shí)供電微電網(wǎng)存在兩種典型的運(yùn)行模式：正常情況下,微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，稱為并網(wǎng)運(yùn)行模式；當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開從而獨(dú)立運(yùn)行，稱為孤網(wǎng)運(yùn)行模式。微電網(wǎng)往往需要從常規(guī)配電網(wǎng)中吸收部分有功功率，因而微電網(wǎng)在從并網(wǎng)模式向孤網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)有功率缺額，安裝儲(chǔ)能設(shè)備有助于兩種模式的平穩(wěn)過渡。2、用作能量緩沖裝置由于微電網(wǎng)規(guī)模較小，系統(tǒng)慣性不大，網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)就顯得十分嚴(yán)重，對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。我們總是期望微電網(wǎng)中高效發(fā)電機(jī)(如

12、燃料電池)始終工作在它的額定容量下。但是微電網(wǎng)的負(fù)荷量并非整日保持不變，相反,它會(huì)隨著天氣變化等情況發(fā)生波動(dòng)。為了滿足峰值負(fù)荷供電，必須使用燃油、燃?xì)獾恼{(diào)峰電廠進(jìn)行高峰負(fù)荷調(diào)整，由于燃料價(jià)格很高，這種方式的運(yùn)行費(fèi)用太昂貴。超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地解決這個(gè)問題，它可以在負(fù)荷低落時(shí)儲(chǔ)存電源的多余電能，而在負(fù)荷高峰時(shí)回饋給微電網(wǎng)以調(diào)整功率需求。超級(jí)電容器功率密度大、能量密度高的特性使它成為處理尖峰負(fù)荷的最佳選擇，而且采用超級(jí)電容器只需存儲(chǔ)與尖峰負(fù)荷相當(dāng)?shù)哪芰俊?、改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高起到了十分重要的作用。通過逆變器控制單元，可以調(diào)節(jié)超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)向用戶及網(wǎng)絡(luò)提供

13、的無功及有功，從而達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。由于超級(jí)電容器可快速吸收、釋放大功率電能，非常適宜將其應(yīng)用到微電網(wǎng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置中，用來解決系統(tǒng)中的一些暫態(tài)問題，如針對(duì)系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時(shí)停電、電壓驟升、電壓驟降等問題，此時(shí)利用超級(jí)電容器提供快速功率緩沖，吸收或補(bǔ)充電能，提供有功功率支撐進(jìn)行有功或無功補(bǔ)償，以穩(wěn)定、平滑電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。4 智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)超級(jí)電容器必不可少從智能電網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢(shì)看，智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)將是未來電網(wǎng)系統(tǒng)的主流。而要實(shí)現(xiàn)智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建，則必須具有分布式的儲(chǔ)能裝置和中央儲(chǔ)能裝置等緩沖設(shè)備。在能源產(chǎn)生過程不穩(wěn)定的情況下，需要一個(gè)緩沖器來存儲(chǔ)能量。在能源產(chǎn)生的過程

14、是穩(wěn)定的而需求是不斷變化的情況下，也需要使用儲(chǔ)能裝置。燃料電池與風(fēng)能或太陽能不同，只要有燃料，它就能夠持續(xù)輸出穩(wěn)定的電能。然而，負(fù)荷需求隨著時(shí)間的變化有很大的不同。如果沒有儲(chǔ)能裝置，燃料電池就要做得很大以滿足峰值能量需求，成本顯得過高。通過將過剩的能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置中，就可以在短時(shí)間內(nèi)通過儲(chǔ)能裝置提供所需的峰值能量。在分布式電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的暫態(tài)沖擊在所難免，而超級(jí)電容器的優(yōu)越性能，使其可以降低暫態(tài)沖擊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響。因此，在未來的智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)中，超級(jí)電容器組儲(chǔ)能系統(tǒng)必不可少。4.1 超級(jí)電容器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用前景理想的供電電壓應(yīng)該是純正弦波形，具有標(biāo)稱的幅值和頻率。然而，由

15、于供電電壓的非理想性、線路的阻抗、供電系統(tǒng)所承受的各種擾動(dòng)、負(fù)荷的時(shí)變性與非線性等，供電電壓常常呈現(xiàn)各種各樣的電能質(zhì)量問題。電壓型電能質(zhì)量問題通常表現(xiàn)為幅值或波形的異常：電壓暫降、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、諧波及頻率變動(dòng)等。在所有的這些電能質(zhì)量問題中，電壓暫降和電壓短時(shí)中斷對(duì)用電設(shè)備所造成的危害尤其嚴(yán)重，短短幾個(gè)周期的電壓暫降都可能嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作。在歐美發(fā)達(dá)國家，電壓暫降一次的經(jīng)濟(jì)損失可以達(dá)到幾百萬美元，而電壓短時(shí)中斷的后果更加嚴(yán)重。目前，電壓暫降已經(jīng)上升為最重要的電能質(zhì)量問題。在對(duì)電能質(zhì)量的諸多問題投訴中，由電壓暫降引起的用戶投訴占總投訴量的80%以上，而由諧波、開關(guān)操作過電壓等引

16、起的電能質(zhì)量問題投訴不到20%。換個(gè)角度考慮，電壓暫降和短時(shí)中斷之所以危害很大，就是因?yàn)楹芏嘤秒娫O(shè)備對(duì)其太過敏感。降低設(shè)備對(duì)電壓暫降和短時(shí)中斷的敏感度，提高其抗擾動(dòng)的能力，就可以讓用戶把損失降到最小，甚至可以完全避免由于電壓暫降和短時(shí)中斷所帶來的損失。目前，解決方法主要有加裝UPS 電源、多路供電、加裝DVR（動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）等。在這幾種措施中，大功率UPS 的造價(jià)太高，多路供電也不能完全避免電壓暫降和短時(shí)中斷所造成的損失，DVR（動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）的研究在中國才剛剛起步。從提高負(fù)荷抗干擾的能力考慮，可以根據(jù)用戶的需求來定制不同的裝置，這就是所謂的用戶電力技術(shù)。用戶電力技術(shù)是20 世紀(jì)90 年代

17、開發(fā)的新技術(shù)，是指把大功率電力電子技術(shù)和配電自動(dòng)化技術(shù)綜合起來，以用戶對(duì)電力可靠性和電能質(zhì)量要求為依據(jù)，為用戶配置所需要的電力。這其中的主要產(chǎn)品有固態(tài)斷路器+靜態(tài)補(bǔ)償器（STATCOM）、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR，Dynamic VoltageRestorer）等，可以解決電壓暫降、凸起、瞬時(shí)間斷等配電系統(tǒng)擾動(dòng)所引起的的各種問題。當(dāng)前針對(duì)電壓補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)產(chǎn)品主要有DVR（動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）和UPQC（統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）和有源濾波器（APF）。世界上第一臺(tái)DVR（動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）裝置由美國西屋公司研制成功，并于1997 年8 月在美國Duke 電力公司投入運(yùn)行。APF 并聯(lián)于

18、線路，而DVR 串聯(lián)于線路，這樣做的目的是APF 專注于電流型電能質(zhì)量問題的治理，而DVR 則專注于電壓型電能質(zhì)量問題。兩裝置共用儲(chǔ)能單元和能量接口，都可以單獨(dú)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)其自身的功能。目前的困難在于，傳統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置難以快速響應(yīng)這種電能的暫態(tài)波動(dòng)。而通過加入超級(jí)電容器組，就能夠較為順利的解決上述技術(shù)難題。因此，作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)最核心端口的用戶電能質(zhì)量問題的解決，該設(shè)備具有廣闊的市場(chǎng)前景。5 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)5.1電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的分類及主要作用20 世紀(jì)80 年代以來，世界電力工業(yè)開始電力體制改革，其核心就是實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的私有化和構(gòu)建競(jìng)爭性電力市場(chǎng)。電力市場(chǎng)是電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、供電、用電各部分組織

19、協(xié)調(diào)運(yùn)行并進(jìn)行電力交易的綜合體。1992 年，電力部正式提出建立國內(nèi)的電力市場(chǎng)。隨著中國電力體制改革的進(jìn)一步深化，電力行業(yè)被重組為兩大電網(wǎng)公司和五大發(fā)電公司，國家電力監(jiān)管會(huì)正式掛牌運(yùn)轉(zhuǎn)，電力市場(chǎng)正在逐步形成。電能作為商品，電能質(zhì)量自然就成為其重要的特征參數(shù)。IEEE 給出電能質(zhì)量問題的一般解釋為：在供電過程中導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)誤操作或故障損壞的任何異常現(xiàn)象。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量，涉及到電壓、頻率、波形和三相平衡等方面的用電可靠性、連續(xù)性、可操作性等方面。目前，美國西屋電氣公司、德國西門子公司、日本三菱電氣公司、瑞典ABB公司等各大電力設(shè)備制造商都制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。電

20、壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，影響電能質(zhì)量的電壓干擾，主要包括電壓偏移、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、電壓的諧波分量、電壓跌落和瞬時(shí)斷電等。在提高電能質(zhì)量的過程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)正起著越來越大的作用。根據(jù)容量大小的區(qū)別，儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要作用也各有不同。（1）大型儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要用作電力網(wǎng)的可調(diào)節(jié)發(fā)電電源，對(duì)電力網(wǎng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，如頻率控制、備用容量控制、動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)、削峰填谷調(diào)平負(fù)荷以及防止系統(tǒng)解列和瓦解等。（2）中型儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要用于大功率遠(yuǎn)距離輸變電系統(tǒng)，其主要功能有提高輸電穩(wěn)定性、維持電壓穩(wěn)定、抑制諧波、調(diào)節(jié)負(fù)荷等。（3）小型儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要用于調(diào)節(jié)電能質(zhì)量和提高供電可靠性，其主要功能有電壓控制、抑制電

21、壓波動(dòng)與閃變、抑制電壓下跌、瞬時(shí)斷電供電等。6 超級(jí)電容在軍用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用在移動(dòng)通信基站、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線電通信系統(tǒng)中，都需要有較大的脈沖放電功率，而超級(jí)電容器所具有的高功率輸出特性，可以滿足這些系統(tǒng)對(duì)功率的要求。另外，激光武器也需要大功率脈沖電源，若為移動(dòng)式的，就必須有大功率的發(fā)電機(jī)組或大容量的蓄電池，其重量和體積會(huì)使激光武器的機(jī)動(dòng)性大大降低。超級(jí)電容器可以高功率輸出并可在很短時(shí)間內(nèi)充足電，是用于激光武器的最佳電源。另外，超級(jí)電容器還可以用于戰(zhàn)術(shù)性武器（電磁炸彈）中，作為炸彈發(fā)電機(jī)（FCC）的核心部件。7 在城市軌道交通中應(yīng)用研究分析與道路、航空等交通方式相比，軌道交通運(yùn)輸具有運(yùn)量大、定

22、時(shí)、安全、環(huán)保、節(jié)能等顯著優(yōu)點(diǎn)。在全球倡導(dǎo)保護(hù)環(huán)境、防止地球溫暖化的今天，軌道交通的環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)已越來越受到人們的重視，今后應(yīng)大力發(fā)展軌道公共交通已成為世界各國的共識(shí)。從20 世紀(jì)80 年代開始,隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，交流牽引傳動(dòng)技術(shù)開始在軌道交通車輛上得到應(yīng)用，并迅速得到普及。軌道交通車輛采用交流傳動(dòng)技術(shù)后，再生制動(dòng)成為列車常用制動(dòng)時(shí)的主要制動(dòng)方式，由于再生制動(dòng)能量可供相同供電區(qū)間內(nèi)的其他力行狀態(tài)的列車?yán)?，這就進(jìn)一步降低了列車的運(yùn)行能耗，使軌道交通在節(jié)能運(yùn)行方面的優(yōu)勢(shì)越發(fā)突出。然而，再生制動(dòng)的前提是線路上必須有足夠的負(fù)載來吸收再生能量，否則就容易造成再生制動(dòng)的列車受電弓電壓升高超

23、過允許值，引發(fā)主電路斷開，導(dǎo)致再生制動(dòng)失效的現(xiàn)象發(fā)生。近年，隨著2 次電池、飛輪、超級(jí)電容( EDLC)、超導(dǎo)等儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，如何利用儲(chǔ)能技術(shù)來解決列車制動(dòng)失效、改善列車受電弓電壓、節(jié)約列車運(yùn)行能量等問題得到世界軌道交通界的廣泛關(guān)注。目前國內(nèi)外常采用在地面牽引變電所內(nèi)設(shè)置再生制動(dòng)能量吸收裝置解決該問題，其中電阻耗能型吸收裝置應(yīng)用較為普遍，該裝置僅將制動(dòng)能量消耗，未將能量加以利用，且只解決了網(wǎng)壓升高問題卻沒有考慮網(wǎng)壓下降的問題。若采用儲(chǔ)能裝置將制動(dòng)能量儲(chǔ)存起來，并在列車起動(dòng)取流時(shí)將所儲(chǔ)存能量釋放至電網(wǎng)，減少直流電網(wǎng)電流，則網(wǎng)壓波動(dòng)問題將迎刃而解。儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能方式有多種，如飛輪儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能

24、及超級(jí)電容器儲(chǔ)能等。通過各種儲(chǔ)能方式的比較，提出車載超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置來解決以上問題?？紤]到列車制動(dòng)能量較大，而超級(jí)電容組的吸收能力有限，因此為保證網(wǎng)壓穩(wěn)定，采用以電容吸收為主，電阻消耗為輔的吸收方案。該儲(chǔ)能裝置若能成功應(yīng)用到城市軌道交通中，在合理解決網(wǎng)壓波動(dòng)問題的基礎(chǔ)上，必能創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)城市軌道交通儲(chǔ)能裝置的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。8 超級(jí)電容在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用在現(xiàn)代高層建筑中，電梯的耗能僅次于空調(diào)。以往的電梯采用機(jī)械制動(dòng)的方法，將這部分能量以熱的形式散發(fā)掉，這不但浪費(fèi)，而且多余熱量使機(jī)房溫度升高，增加散熱的負(fù)擔(dān)和成本。如果能夠回收多余的動(dòng)能及勢(shì)能，電梯系統(tǒng)真正消耗的能量

25、就只限于電能轉(zhuǎn)換中的損耗和機(jī)械損耗，其中主要包括變頻器、牽引電機(jī)及其機(jī)械損耗。因此，在電梯設(shè)計(jì)、配置中最迫切需要解決的問題是要全面考慮節(jié)能措施。采用節(jié)能環(huán)保型電梯是未來節(jié)能建筑領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。通過分析電梯系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，我們可以發(fā)現(xiàn)節(jié)能的方向：電梯在升降過程結(jié)束時(shí)，經(jīng)常會(huì)有制動(dòng)剎車，產(chǎn)生巨大的制動(dòng)電流，這是可以回收的；另外，在建筑高層，電梯和電梯使用者都具有很大的勢(shì)能，也可以進(jìn)行回收。由于超級(jí)電容器具有大電流充放電等優(yōu)良的特性，可在電梯系統(tǒng)中作為能量回收裝置回收能量。超級(jí)電容器還可以應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的通風(fēng)、空調(diào)、給排水系統(tǒng)中，作為啟動(dòng)裝置。另外，超級(jí)電容器還可以應(yīng)用于電站、變流以及鐵路系統(tǒng)中，包

26、括電磁閥門控制系統(tǒng)、配電屏分合閘、鐵路的岔道控制裝置等。作為能源最大消耗者之一的港口機(jī)械設(shè)備，港口機(jī)械如場(chǎng)橋、岸橋中的吊具載運(yùn)貨物上升時(shí)需要很大的能量，而下降時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生的勢(shì)能很大，這部分勢(shì)能在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備中沒有得到合理利用。除了在固定港口機(jī)械設(shè)備中，在流動(dòng)機(jī)械中也同樣存在上述問題。通過采用超級(jí)電容器，能夠?qū)崿F(xiàn)上升過程中的制動(dòng)能量回收，下降過程中的勢(shì)能回收。超級(jí)電容器能用作飛機(jī)上柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)工作電源的輔助電源，能提供飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間所需的沖擊大電流，另外還可以解決422 系列電源車啟動(dòng)飛機(jī)瞬間功率不足的問題，從而在啟動(dòng)瞬間對(duì)直流電源車發(fā)電系統(tǒng)尤其是內(nèi)燃機(jī)具有很大的保護(hù)作用?？傊?jí)電容器能用于

27、優(yōu)化主要的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。附：超級(jí)電容器目前已有主要應(yīng)用案例1. 純電動(dòng)車或混合電動(dòng)車超級(jí)電容器純電動(dòng)汽車，每隔2-3英里就會(huì)在指定的充電站-兼具公交車站的功能-進(jìn)行充電，只需幾分鐘，位于公交車座位下的超級(jí)電容器就充電完成了。超級(jí)電容器公交車也可以從剎車系統(tǒng)中獲取能量，這類公交車使用的電力比無軌電車少40%，能耗僅為燃油車的1/3。混合電動(dòng)汽車采用多能源系統(tǒng)提供動(dòng)力，以燃油發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿Γ远坞娫醋鳛檩o助動(dòng)力。混合電動(dòng)汽車最大的優(yōu)點(diǎn)就是在加速期間或爬坡時(shí)，要從由電池和超級(jí)電容組成的能量儲(chǔ)存系統(tǒng)吸取電力，當(dāng)車輛的動(dòng)力需求較低時(shí)，該能量儲(chǔ)存系統(tǒng)被充電。這樣不僅增加

28、了能量效率，而且車輛能夠通過再生制動(dòng)，在減速時(shí)能量重新回收，加速時(shí)付出，即省了油又減少了污染?；旌想妱?dòng)汽車能節(jié)油3050，減少污染7090。2. 車輛低溫啟動(dòng)超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)應(yīng)用可以提高機(jī)車的低溫啟動(dòng)性能。在提高汽車在冷天的起動(dòng)性能（更高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩），超級(jí)電容器具有非常重要的意義。在-20時(shí)，由于蓄電池的性能大大下降，很可能不能正常啟動(dòng)或需多次啟動(dòng)才能成功，而超級(jí)電容器可以在-40 與蓄電池并聯(lián)時(shí)則僅需一次點(diǎn)火，其低溫優(yōu)點(diǎn)非常明顯。3. 軌道車輛能量回收在城市軌道交通工程中，車輛的制動(dòng)方式為電制動(dòng)（再生制動(dòng)）加空氣制動(dòng)，運(yùn)行中以電制動(dòng)為主，空氣制動(dòng)為輔。列車在運(yùn)行過程中，由于站間距較短，列車啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁，制動(dòng)能量相當(dāng)可觀。超級(jí)電容器應(yīng)用于軌道車輛中，在軌道車輛制動(dòng)的時(shí)候，回收制動(dòng)能量，存儲(chǔ)于超級(jí)電容器中，當(dāng)車輛再加速時(shí)，超級(jí)電容器將這些能量釋放出來，節(jié)省了30的能量。4. 航空航天超級(jí)電容器為為飛機(jī)開啟門提供爆發(fā)動(dòng)力，使用壽命可達(dá)25年，140000飛行小時(shí) ，已經(jīng)通過空中客車公司資質(zhì)證明，于2