基于超級電容器的儲能系統(tǒng)在分布式微電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，能夠整合分布式電源的微電網(wǎng)是滿足日益增長的電力需求、節(jié)省投資和提高能源利用效率的一種有效途徑。儲能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，其作用越來越重要。概述了超級電容器的特征和性能，分析了超級電容器儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制原理，并詳細(xì)闡述了其在微電網(wǎng)中的應(yīng)用。基于超級電容器的儲能系統(tǒng)，不僅起到能量緩沖的作用，還能夠提供短時供電、緩沖微電網(wǎng)中負(fù)荷波動、均衡微電源輸出、改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量，并且對微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性能有重要作用。

當(dāng)今社會對能源和電力供應(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。而作為微電網(wǎng)中必不可少的儲能系統(tǒng)，發(fā)揮著十分重要的作用。超級電容器作為一種新型的儲能器件，因為其無可替代的優(yōu)越性，成為微電網(wǎng)儲能的首選裝置之一。

目前，在我國比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，架設(shè)輸電線路的成本較高，而且即使架設(shè)了輸電線路，運行成本也較高，因此實現(xiàn)電氣化有一定的難度。如果利用風(fēng)力或太陽能發(fā)電構(gòu)建微電網(wǎng)，將電力轉(zhuǎn)化為超級電容器的電場能儲存起來，待需要時再將電場能轉(zhuǎn)換為電能供電是非常經(jīng)濟(jì)的，而且不會對環(huán)境產(chǎn)生任何破壞。

對于我國大部分農(nóng)村地區(qū)，電網(wǎng)可靠性往往不高，難免出現(xiàn)短時停電，然而提高可靠性需要的成本過高?？梢栽谪?fù)荷集中區(qū)域建立微電網(wǎng)，在電力正常供應(yīng)時通過超級電容器儲能系統(tǒng)將電力儲存起來，而在停電時由超級電容器儲能系統(tǒng)供電。即使在我國較發(fā)達(dá)的城市地區(qū)，超級電容器儲能系統(tǒng)也具有重要的作用。超級電容器儲能系統(tǒng)在電力充足時將電力儲存起來，而在電力供應(yīng)不足時回饋給電網(wǎng)，保證電網(wǎng)負(fù)載始終是均衡的。同時，超級電容器儲能系統(tǒng)可以改善電能質(zhì)量，取代目前使用的UPS，提高重要負(fù)載設(shè)備如通信設(shè)備、計算機(jī)和醫(yī)療設(shè)備等的供電可靠性。

由此可見，既經(jīng)濟(jì)可靠又對環(huán)境友好的超級電容器儲能系統(tǒng)是大有市場前景的，研究超級電容器儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用也符合對環(huán)境保護(hù)的要求。太陽能、風(fēng)能和燃料電池等無污染能源儲存在超級電容器中，適時提供電能，不需要投資大的發(fā)電站，也不需要復(fù)雜的輸送電網(wǎng)，是一種投資少、又能有效應(yīng)用可再生能源的節(jié)能措施。

1超級電容器儲能

1.1超級電容器的特性

超級電容器（supercapacitor），又叫雙電層電容器（ElectricalDouble-LayerCapacitor）、黃金電容、法拉電容，是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能元件，其容量可達(dá)幾百至上萬法，比功率是電池的10倍以上，儲存能力比普通電容器高，具有工作溫度范圍廣、可快速充放電、循環(huán)壽命長、無污染、零排放等特點。

1）具有超高的容量。超級電容器的容量最大可做到上萬法拉，比同體積的電解電容器容量大2000～6000倍。

2）具有極高的功率密度。超級電容器的功率密度可達(dá)到18kW/kg左右，可以在短時間內(nèi)放出幾百到幾千安的電流。這個特點使得超級電容器非常適合用于短時間高功率輸出的場合。

3）充放電速度快。超級電容器不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可以直接將電力貯存起來，充電所需的時間非常短。超級電容器充電可采用大電流充電，能在幾十秒到數(shù)分鐘內(nèi)完成充電過程，是真正意義上的快速充電。而蓄電池則需要數(shù)小時完成充電，采用快速充電也需要幾十分鐘。