2.6.超級(jí)電容器

　　超級(jí)電容器由2個(gè)多孔電極、隔膜及電解質(zhì)組成。超級(jí)電容器充放電的速度快，幾乎沒(méi)有充放電次數(shù)以及最大放電量的限制，平均壽命可達(dá)25年以上。缺點(diǎn)是儲(chǔ)能密度低于一般的化學(xué)電池，且放電時(shí)間很短。其未來(lái)的發(fā)展主要是面向電動(dòng)汽車，以及電力系統(tǒng)中短時(shí)間、大功率負(fù)載的平滑，在電壓跌落和瞬態(tài)干擾期間提高供電水平等。

　　國(guó)外就超級(jí)電容器方面的研究較早，美國(guó)、日本和俄羅斯的大公司一直占據(jù)著這一行業(yè)大部分市場(chǎng)份額，產(chǎn)品領(lǐng)域包括電動(dòng)汽車、軌道交通能量回收系統(tǒng)、小型新能源發(fā)電系統(tǒng)及軍用武器等方面。我國(guó)在這個(gè)行業(yè)也有了一定成果，大慶華隆電子有限公司是我國(guó)首家實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化的公司;無(wú)錫力豪科技有限公司與中科院電工研究所無(wú)錫分所經(jīng)過(guò)多年聯(lián)合攻關(guān)，于2011年8月成功研制出基于超級(jí)電容器的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器;超級(jí)電容公交電車方面，中國(guó)是唯一將超級(jí)電容公交車投入量產(chǎn)的國(guó)家。

各種儲(chǔ)能方式特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

　　3.智能電網(wǎng)發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能的必要性

　　3.1.滿足可再生能源發(fā)展需要

　　由于風(fēng)能和太陽(yáng)能等新能源具有隨機(jī)性、間歇性、出力變化快等特點(diǎn)，而且風(fēng)能還具有不可預(yù)測(cè)、反調(diào)峰特性，大容量的新能源發(fā)電直接并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行、控制及有功調(diào)度帶來(lái)較大的影響，并網(wǎng)問(wèn)題現(xiàn)已成為了制約可再生能源發(fā)展的瓶頸。新能源發(fā)電設(shè)備中若配有儲(chǔ)能裝置，利用儲(chǔ)能裝置秒級(jí)甚至毫秒級(jí)的有功調(diào)節(jié)能力，可以平滑新能源的輸出曲線。儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力使其可發(fā)揮類似發(fā)電機(jī)的對(duì)電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)作用，調(diào)和電力供給與需求之間的差異。儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源領(lǐng)域的另一項(xiàng)應(yīng)用是風(fēng)光儲(chǔ)一體化發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以充分利用風(fēng)能和光伏在時(shí)間和地域上的天然互補(bǔ)性，同時(shí)配合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電能的存儲(chǔ)和釋放，改善整個(gè)風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，緩解風(fēng)電、光電等可再生能源對(duì)電網(wǎng)的不利影響，增加電網(wǎng)對(duì)可再生能源的吸納程度。2009年6月，總投資200億元，張北成為了世界第一個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)試驗(yàn)基地。

　　文獻(xiàn)[20,21]通過(guò)仿真研究，表明超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)能有效改善風(fēng)電輸出功率及系統(tǒng)的頻率波動(dòng)。針對(duì)這些控制方案將降低風(fēng)電機(jī)組效率的缺陷，文獻(xiàn)[22]通過(guò)對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制，實(shí)現(xiàn)了平滑風(fēng)電輸出功率、參與電網(wǎng)頻率控制的雙重目標(biāo)。

　　3.2.削峰填谷，減少系統(tǒng)備用，提高設(shè)備利用率

　　電力生產(chǎn)要求發(fā)電、供電、用電之間必須隨時(shí)保持平衡，然而白天和黑夜、不同季節(jié)間的峰谷差要求電力系統(tǒng)又必須配有一定的發(fā)電備用容量，隨著新能源產(chǎn)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，通過(guò)增加旋轉(zhuǎn)備用來(lái)滿足高峰負(fù)荷需求變得越來(lái)越困難。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在電網(wǎng)負(fù)荷低谷的時(shí)候作為負(fù)荷從電網(wǎng)獲取電能充電，在電網(wǎng)負(fù)荷峰值的時(shí)候向電網(wǎng)輸送電能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷功能[23,24]，同時(shí)，還可以減少電網(wǎng)對(duì)發(fā)電設(shè)備的投資，提高電力設(shè)備的使用率，減小線路損耗，提高供電可靠性，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　儲(chǔ)能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，將比火電機(jī)組更適合充當(dāng)發(fā)電備用的角色。如果將來(lái)能夠建設(shè)更大容量的儲(chǔ)能站，或者在全網(wǎng)分散布置大量的小容量?jī)?chǔ)能站，當(dāng)整體儲(chǔ)能容量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，就能逐步減少火電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用。

　　文獻(xiàn)[25]通過(guò)在PSCAD下建模仿真說(shuō)明了超級(jí)電容在解決分布式發(fā)電電能質(zhì)量等問(wèn)題方面有很好的效果。文獻(xiàn)[26,27]研究了采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)提高電能質(zhì)量的問(wèn)題，結(jié)果表明，該儲(chǔ)能系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的快速有功、無(wú)功功率交換，有效改善電壓波動(dòng)性，適用于解決風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題。

　　3.3.減緩輸電壓力，提升配網(wǎng)智能化水平

　　在我國(guó)許多地區(qū)，電力輸送能力的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上電力需求增長(zhǎng)的步伐，在高峰電力需求時(shí)輸配電系統(tǒng)往往變得擁擠阻塞，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。若把儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在輸配電系統(tǒng)阻塞段的潮流下游，電能被存儲(chǔ)在沒(méi)有輸配電阻塞的區(qū)段，在電力需求高峰時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放電能，從而減少輸配電系統(tǒng)容量的要求，緩解輸配電系統(tǒng)阻塞的情況。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以減少電力傳輸中的異常和干擾，解決輸電穩(wěn)定性阻尼和次同步諧振阻尼等問(wèn)題，改善動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性，以及減少系統(tǒng)低頻時(shí)甩負(fù)荷量。

　　置于用戶側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可增強(qiáng)系統(tǒng)的供電可靠性，改善用戶的電能質(zhì)量。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，微網(wǎng)的概念逐步得到推廣。各種儲(chǔ)能系統(tǒng)作為微網(wǎng)的分布式電源之一，通過(guò)電力電子裝置在秒級(jí)甚至毫秒級(jí)快速響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)“永不斷電”的目標(biāo)。另一方面，小型的家庭式儲(chǔ)能設(shè)備和區(qū)域性的微網(wǎng)儲(chǔ)能裝置，可以通過(guò)智能表計(jì)接入到周圍的大中型電網(wǎng)中，在用電高峰時(shí)向電網(wǎng)供電，增加了電力用戶與電網(wǎng)的互動(dòng)。

       3.4.促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　近日，在海口舉行的“中國(guó)國(guó)際電動(dòng)汽車及充電裝置、儲(chǔ)能技術(shù)展覽會(huì)”上，電網(wǎng)公司強(qiáng)調(diào)要加速充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，迎接電動(dòng)汽車的高速發(fā)展時(shí)期。隨著電網(wǎng)智能化水平以及電動(dòng)汽車保有量的大幅提高，電動(dòng)汽車的車載電池作為可移動(dòng)儲(chǔ)能單元，豐富了電網(wǎng)的可控資源，對(duì)智能電網(wǎng)平衡大量不可控的可再生能源有著重要的作用。在用電低谷時(shí)，電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能電站的電池可以從電網(wǎng)吸納大量富余電力，用電高峰來(lái)臨時(shí)，電池的電能可以反過(guò)來(lái)被電網(wǎng)吸收，或可以作為停電時(shí)的備用電源。把這兩者有機(jī)結(jié)合在一起可以充分利用電池儲(chǔ)能站的配套設(shè)施，可達(dá)到資源的最大利用。

　　3.5.電網(wǎng)應(yīng)急相應(yīng)的需要

　　在電網(wǎng)失電的情況下，通過(guò)傳感器技術(shù)和通信與信息技術(shù)進(jìn)行故障快速診斷，儲(chǔ)能電站切換至電網(wǎng)緊急模式，儲(chǔ)能裝置向用電設(shè)備提供已儲(chǔ)備的電能，起到應(yīng)急供電的作用。

　　儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁﹤溆秒娫矗哂休o助設(shè)備簡(jiǎn)單，廠用電少，啟動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，為系統(tǒng)黑啟動(dòng)提供電源，提高供電可靠性和抵御自然災(zāi)害的能力。其移動(dòng)性和靈活的特點(diǎn)尤其適用于地震洪水等自然災(zāi)害后的恢復(fù)。

　　對(duì)于一些重要負(fù)荷或者供電可靠性很差的部分地區(qū)，在發(fā)生事故失去主網(wǎng)電源或者輸配電設(shè)備檢修時(shí)需要孤網(wǎng)運(yùn)行，孤網(wǎng)容量較小，要求備用電源必須相應(yīng)速度快，儲(chǔ)能電站是最適合孤網(wǎng)供電的備用電源。

　　4.大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展展望

　　1)由于不同的儲(chǔ)能技術(shù)在額定功率下的放電時(shí)間不同，因此應(yīng)用在電網(wǎng)不同的地方時(shí)，應(yīng)該選擇合適的儲(chǔ)能方式。當(dāng)用于電能質(zhì)量改善、電網(wǎng)頻率穩(wěn)定及UPS時(shí)，應(yīng)選擇響應(yīng)快速、放電時(shí)間短的電池，例如超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能等;當(dāng)用于供電的連續(xù)性、緩沖或者備用電源時(shí)，則選擇能放電數(shù)秒到數(shù)分鐘的相應(yīng)的短時(shí)儲(chǔ)能方式;當(dāng)用于電網(wǎng)的削峰填谷或者風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的并網(wǎng)儲(chǔ)能時(shí)，則選擇能夠大規(guī)模儲(chǔ)能，且自放電小的儲(chǔ)能方式，例如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等;在地理?xiàng)l件受限制的時(shí)候，可以選擇鈉硫電池、液流電池等。

　　2)就目前的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展水平看，單一的儲(chǔ)能技術(shù)很難同時(shí)滿足能量密度、功率密度、儲(chǔ)能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本等性能指標(biāo)，如果將兩種或以上性能互補(bǔ)性強(qiáng)的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，組成復(fù)合儲(chǔ)能，則可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。在電網(wǎng)應(yīng)用中，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，電能質(zhì)量改善和削峰填谷等多時(shí)間尺度上的功率平準(zhǔn)控制，可以將超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能或超級(jí)電容器等功率密度、高儲(chǔ)能效率高以及循環(huán)壽命長(zhǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)與鉛酸電池、液流電池或鈉硫電池等能量密度高但受制于電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，以最大程度地發(fā)揮各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，降低全壽命周期費(fèi)用，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

　　3)目前的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)主要是抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能。有條件的地方可以因地制宜建設(shè)抽水蓄能電站，用于電力系統(tǒng)調(diào)峰，或作為可再生能源發(fā)電廠的調(diào)頻備用，減小其發(fā)點(diǎn)波動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)的影響。考慮到我國(guó)海上風(fēng)電資源大規(guī)模開發(fā)利用的前景，如選擇三面環(huán)山的海灣作為水庫(kù)的壩址，圍海建立大型抽水蓄能電站;或選擇一些條件好的廢棄礦井、洞穴，修建壓縮空氣儲(chǔ)能電站，與當(dāng)?shù)氐拇笮惋L(fēng)電場(chǎng)或光伏電站相結(jié)合，為這些可再生能源電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持，增加可再生能源發(fā)點(diǎn)的容量可信度，使其稱為具有一定可預(yù)測(cè)性和可調(diào)度性的穩(wěn)定電源。