超级电容储能技术在分布式发电系统中的应用

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1、第32卷第12期华电技术Vo1．32No．122010年l2月HuadianTechnologyDec．2010超级电容储能技术在分布式发电系统中的应用刘伟，康积涛，李珊，崔军飞(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：介绍了超级电容储能系统的基本原理和分类，分析了储能技术在分布式发电系统中的作用，论述了超级电容储能系统的基本结构。超级电容储能系统对于提高分布式发电系统的能源利用率、改善系统的稳定性、可靠性及经济性会起到重要的作用。关键词：分布式发电；超级电容；储能系统；功能；结构中图分类号：TM531．4文献标志码：B文章编号：1674—1951(201

2、0)12—0032—02越广泛。超级电容器按照不同的分类方式可以分为0引言不同的类型。随着电力工业的发展，电力系统技术呈现多元(1)按储存电能的机理不同可分为双电层电容化的发展趋势，一方面区域电网融合，形成大规模的器EDLC(ElectricDoubleLayerCapacitor)和法拉第互联电网，有利于统一调度和管理，同时又可远距离准电容器FPC(FaradayPseudoCapacitor)。输送电能，调节区域电力供应与需求的不平衡状态；比较经典的关于EDLC的理论是：当固体电极另一方面，社会各行业对于电力供应的可靠性、安全插入电解液中时，表面上的净电荷将从溶液中

3、吸引性、灵活性要求越来越高，对于能源的需求量也越来部分不规则分配的带异种电荷的离子，使它们在电越多。因此，分布式发电DG(DistributedGenera．极／溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排成一排，tion)技术得到广泛关注和应用，逐渐成为满足负荷形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率和符号相反的界面层。这个界面由2个电荷层组成，供电可靠性的一种有效途径。一层在电极上，另一层在溶液中，称为双电层。双电将电力系统以小规模、分散方式布置在用户附层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有近，从而构成可独立输出电能的分布式

4、发电系统关。为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良DGS(DistributedGenerationSystem)，基于系统稳定好的极化电极，高比表面积的活性炭作为电极材料性和经济性的考虑，分布式发电系统一般要存储一以增加电容量是常用的方式，通常情况下采用双电定数量的电能。随着电力电子、材料等相关技术的层电容器。发展，应用于分布式发电系统的储能技术不断发展，FPC同EDLC结构上的最大不同在于电极材料在分布式发电系统中发挥越来越重要的作用。蓄电不再是活性炭材料，而是所谓的电活性物质。在电池储能、电容器储能、飞轮储能、抽水蓄能和超导储极表面或体相中的二维空间上，电活性物

5、质进行欠能等储能技术在DGS中都有不同程度的应用，本文电位沉积，发生高度可逆的化学吸附／脱附或氧化／主要介绍超级电容储能SCES(SuperCapacitorEner．还原反应，产生与电极充电电位有关的电容，称之为gYStorage)的原理和超级电容储能系统SCESS(su—法拉第准电容。法拉第准电容器的工作原理与电池perCapacitorEnergyStorageSystem)在DGS中应用相似，将电能转化成化学能存储。实际上，各种超级的关键问题。电容器的电容同时包含双电层电容和法拉第准电容2个分量，只是所占的比例不同而已。1SCES的原理和分类(2)按电极材料的不

6、同可以分为3类：碳电极、1957年，美国人Becker申报第1项关于超级电贵金属氧化物电极和导电聚合物电极。后2种物质容器的专利，日本NEC公司于1983年率先把超级作为电极材料的性能要优于碳材料，但昂贵的贵金电容器推向商业化，几十年来，超级电容器的研究发属材料以及性能不稳定的导电聚合物掺杂，使得后展非常迅速，引起全世界的广泛关注，其应用也越来2类超级电容器的研究多限于实验室，短期内不太可能进行商业化。收稿日期：2010—09—08(3)按电解质的不同可分为2类：水溶液和有第12期刘伟，等：超级电容储能技术在分布式发电系统中的应用·33·机电解液电容器。量的超级电容器组

7、；(4)按正负电极使用的活性材料不同可分为对(2)进行能量变换与传输的电能转换装置；称性超级电容器和非对称性超级电容器。使用不同(3)控制系统，主要控制电能变换器使得储能正负电极材料的非对称型超级电容器(也称混合超系统工作在不同的状态。级电容器或杂化超级电容器)，其储能能力大大增超级电容器储能系统的基本结构如图1所示。加了。SCESS并联在系统和负荷之间，在供电充足时，通过在超级电容器几十年的发展历史中，其研究主整流器将电能储存在超级电容器中，当电源不能提要集中在电极活性物质上。今后人们将会继续研究供满足负荷要求的电量且储能系统向外供电时