超级电容器的主要应用领域

超级电容器的主要应用领域超级电容器发展展望：超级电容器也叫做电化学电容器，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，比容量为传统电容器的20~200倍，比功率一般大于1000W/kg，循环寿命大于100000次，可储蓄的能量比传统电容要高得多，并且充电快速。

由于它们的使用寿命非常长，可被应用于终端产品的整个生命周期。

而且超级电容器对环境无污染，可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。

当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时，可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。

近年来，由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势，许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。

依照美国国家能源局的数据预测，超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元（见下图1），其中，在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。

根据中商情报预测，截至2014年，我国超容产业的增长率都在30%以上。

超级电容器的主要应用领域：1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。

太阳能发电分为光伏发电和光热发电，其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。

光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。

自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来，世界上就便开始了太阳能光伏发电的应用。

目前，太阳能光伏发电系统有三个发展方向：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。

在独立运行系统中，储能单元一般是必须有的，它能将由日照时发出的剩余电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。

目前，国际光伏能源产业的需求开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已有补充能源向替代能源过渡。

国内光伏能源系统仍主要是用在边远的无电地区和城市路灯、草坪灯、庭院灯、广告牌等独立光伏发电系统。

通过蓄电池组构成的储能系统，能够熨平太阳光照强度波动导致的电能波动，还可以补偿电网系统中的电压骤降或突升，但是由于其充放电次数有限、大电流充放电时间较慢等因素，因此其使用寿命较短，成本较高。

因此，在太阳能光伏发电系统中采用超级电容器组将使其并网发电更具有可行性。

2 超级电容器在风力发电系统应用分析风力发电作为当前发展最快的可再生能源发电技术，具有广阔的应用前景。

但是，风能是一种随机变化的能源，风速变化会导致风电机组输出功率的波动，对电网的电能质量会产生影响。

目前，风电有功功率波动多采用直接调节风力涡轮机运行状态的方法来平缓其输出功率，但是该方法的功率调节能力有限；无功功率波动通常采用并联静止无功补偿装置进行无功调节，但无功补偿装置无法平抑有功功率波动。

通过附加储能设备，既可以调节无功功率、稳定风电场母线电压，又能在较宽范围内调节有功功率。

而风力发电研究表明位于0.01Hz-1Hz 的波动功率对电网电能质量的影响最大，平抑该频段的风电波动对电网电能质量的影响最大，平抑该频段风电波动采用较短时间的能量储存就可以达到目的，因此能够实现短时能量存储的小容量储能设备对风力发电的应用价值很高。

超级电容器因其具有数万次以上的充放电循环寿命、大电流充放电特性，能够适应风能的大电流波动，它能在白天阳光充足或风力强劲的条件下吸收能量，在夜晚或风力较弱时放电，从而能够熨平风电的波动，实现更有效的并网。

2.1 2009-2010 年中国风电装机容量分析2009 年中国（不含台湾省）新增风电装机10129 台，容量13803.2MW，年同比增长124%；累计风电装机21581 台，容量25805.3MW，年同比增长114%。

台湾省当年新增风电装机37 台，容量77.9MW；累计风电装机227 台，容量436.05MW。

中国新增装机容量的排名达到了世界第一位，已经成为世界风电的重要市场。

中国风电累计装机容量趋势图截止到2009 年12 月31 日，中国风电累计装机超过1000MW 的省份超过9个，其中超过2000MW 的省份4 个，分别为内蒙古（9196.2MW）、（2788.1MW）、（2425.3MW）、（2063.9MW）。

内蒙古2009 年当年新增装机5545.2MW，累计装机9196.2MW，实现150%的大幅度增长。

3 超级电容器在新能源汽车发展中机遇在新能源汽车领域，超级电容器可与二次电池配合使用，实现储能并保护电池的作用。

通常超级电容器与锂离子电池配合使用，二者完美结合形成了性能稳定、节能环保的动力汽车电源，可用于混合动力汽车及纯电动汽车。

锂离子电池解决的是汽车充电储能和为汽车提供持久动力的问题，超级电容器的使命则是为汽车启动、加速时提供大功率辅助动力，在汽车制动或怠速运行时收集并储存能量。

超级电容器在汽车减速、下坡、刹车时可快速回收并存储能量，将汽车在运行时产生的多余的不规则的动力安全转化为电池的充电能源，保护电池的安全稳定运行；启动或加速时，先由电池将能量转移入超级电容器，超级电容器可在短时间内提供所需的峰值能量。

在国内涉足新能源汽车的厂商中，已有众多厂商选择了超级电容器与锂离子电池配合的技术路线。

例如安凯客车的纯电动客车、海马并联纯电动轿车Mpe 等车型采用了锂离子电池/超级电容器动力体系；厦门金龙旗下的厦门金旅生产的45 辆油电混合动气公交车采用了720 套全球领先的超级电容器厂商——美国MAXWELL 公司的超级电容器模组，该45 辆混合动力公交车于2008 年下半年投入杭州运营，因节油效果明显受到赞誉。

2009 年4 月22 日，MAXWELL 公司公告称收到了来自三家中国领先的运输巴士生产商总价值约1,350 万美元的BOOSTCAP(R) 超级电容器模组采购订单。

MAXWELL 公司预计，目前已有超过150辆混合动力巴士采用了该公司的超级电容器，到2009 年底将达到1000 辆以上。

4 智能分布式电网系统4.1 超级电容器在智能电网中的应用研究分析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。

电容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，以其无可替代的优越性，成为微电网（Microgrid）储能的首选装置之一。

微电网由微电源、负荷、储能以及能量管理器等组成。

储能在微电网中发生作用的形式有：接在微电源的直流母线上、包含重要负荷的馈线上或者微电网的交流母线上。

其中，前两种可称为分布式储能，最后一种叫做中央储能。

当并网运行时，微电网内的功率波动由大电网进行平衡，此时储能处于充电备用状态。

当微电网由并网运行切换到孤网运行时，中央储能立即启动，弥补功率缺额。

微电网孤网运行时负荷的波动或者微电源的波动则可以由中央储能或者分布式储能平衡。

其中，微电源的功率波动有两种平衡方式，将分布式储能和需要储能的微电源并联接在某馈线上，或者将储能直接接入该微电源的直流母线上。

1、提供短时供电微电网存在两种典型的运行模式：正常情况下,微电网与常规配电网并网运行，称为并网运行模式；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开从而独立运行，称为孤网运行模式。

微电网往往需要从常规配电网中吸收部分有功功率，因而微电网在从并网模式向孤网模式转换时，会有功率缺额，安装储能设备有助于两种模式的平稳过渡。

2、用作能量缓冲装置由于微电网规模较小，系统惯性不大，网络及负荷经常发生波动就显得十分严重，对整个微电网的稳定运行造成影响。

我们总是期望微电网中高效发电机(如燃料电池)始终工作在它的额定容量下。

但是微电网的负荷量并非整日保持不变，相反,它会随着天气变化等情况发生波动。

为了满足峰值负荷供电，必须使用燃油、燃气的调峰电厂进行高峰负荷调整，由于燃料价格很高，这种方式的运行费用太昂贵。

超级电容器储能系统可以有效地解决这个问题，它可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调整功率需求。

超级电容器功率密度大、能量密度高的特性使它成为处理尖峰负荷的最佳选择，而且采用超级电容器只需存储与尖峰负荷相当的能量。

3、改善微电网的电能质量储能系统对微电网电能质量的提高起到了十分重要的作用。

通过逆变器控制单元，可以调节超级电容器储能系统向用户及网络提供的无功及有功，从而达到提高电能质量的目的。

由于超级电容器可快速吸收、释放大功率电能，非常适宜将其应用到微电网的电能质量调节装置中，用来解决系统中的一些暂态问题，如针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题，此时利用超级电容器提供快速功率缓冲，吸收或补充电能，提供有功功率支撑进行有功或无功补偿，以稳定、平滑电网电压的波动。

4 智能分布式电网系统超级电容器必不可少从智能电网的未来发展趋势看，智能分布式电网系统将是未来电网系统的主流。

而要实现智能分布式电网系统的构建，则必须具有分布式的储能装置和中央储能装置等缓冲设备。

在能源产生过程不稳定的情况下，需要一个缓冲器来存储能量。

在能源产生的过程是稳定的而需求是不断变化的情况下，也需要使用储能装置。

燃料电池与风能或太阳能不同，只要有燃料，它就能够持续输出稳定的电能。

然而，负荷需求随着时间的变化有很大的不同。

如果没有储能装置，燃料电池就要做得很大以满足峰值能量需求，成本显得过高。

通过将过剩的能量存储在储能装置中，就可以在短时间内通过储能装置提供所需的峰值能量。

在分布式电网系统中，电力系统的暂态冲击在所难免，而超级电容器的优越性能，使其可以降低暂态冲击对整个系统性能的影响。

因此，在未来的智能分布式电网系统中，超级电容器组储能系统必不可少。

4.1 超级电容器在智能电网中的应用前景理想的供电电压应该是纯正弦波形，具有标称的幅值和频率。

然而，由于供电电压的非理想性、线路的阻抗、供电系统所承受的各种扰动、负荷的时变性与非线性等，供电电压常常呈现各种各样的电能质量问题。

电压型电能质量问题通常表现为幅值或波形的异常：电压暂降、三相不平衡、电压波动与闪变、谐波及频率变动等。

在所有的这些电能质量问题中，电压暂降和电压短时中断对用电设备所造成的危害尤其严重，短短几个周期的电压暂降都可能严重影响设备的正常工作。

在欧美发达国家，电压暂降一次的经济损失可以达到几百万美元，而电压短时中断的后果更加严重。