中國儲能網訊：超級電容器(super capacitor)，又叫雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、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[2]，其容量可達幾百至上萬法，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。
在微電網中，由負荷或者微電源導致的電能質量問題往往具有持續(xù)時間短、出現(xiàn)頻繁的特點。相比較而言，作為短期儲能裝置，超級電容器更為理想,因此，主要考慮超級電容器在微電網中的應用。雖然目前超級電容器價格依然偏高，但隨著價格的逐漸下降，超級電容器作為一種高效、實用、環(huán)保的能量存儲裝置，必然會成為理想的選擇。
一、提供短時供電
微電網存在兩種典型的運行模式:正常情況下，微電網與常規(guī)配電網并網運行,稱為并網運行模式;當檢測到電網故障或電能質量不滿足要求時, 微電網將及時與電網斷開從而獨立運行, 稱為孤網運行模式。微電網往往需要從常規(guī)配電網中吸收部分有功功率，因而微電網在從并網模式向孤網模式轉換時，會有功率缺額，安裝儲能設備有助于2種模式的平穩(wěn)過渡。
二、用作能量緩沖裝置
由于微電網規(guī)模較小，系統(tǒng)慣性不大，網絡及負荷經常發(fā)生波動就顯得十分嚴重，對整個微電網的穩(wěn)定運行造成影響。我們總是期望微電網中高效發(fā)電機(如燃料電池)始終工作在它的額定容量下。但是微電網的負荷量并非整日保持不變，相反，它會隨著天氣變化等情況發(fā)生波動。為了滿足峰值負荷供電，必須使用燃油、燃氣的調峰電廠進行高峰負荷調整，由于燃料價格很高，這種方式的運行費用太昂貴。
超級電容器儲能系統(tǒng)可以有效地解決這個問題，它可以在負荷低落時儲存電源的多余電能，而在負荷高峰時回饋給微電網以調整功率需求。儲能系統(tǒng)作為微電網必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，其作用越來越重要。它不僅避免了為滿足峰值負荷而安裝的發(fā)電機組，同時充分利用了負荷低谷時機組的發(fā)電，避免了浪費。
超級電容器功率密度大、能量密度高的特性使它成為處理尖峰負荷的最佳選擇，而且采用超級電容器只需存儲與尖峰負荷相當?shù)哪芰?。若采用蓄電池儲能，需要存儲幾倍于尖峰負荷的能量。蓄電池曾經廣泛用作儲能單元，但是在微電網中需要頻繁地進行充、放電控制，這樣勢必會大大縮短蓄電池的使用壽命。
在含有如電梯、提升機、地鐵電站等惡性負荷的微電網中，配置超級電容器儲能單元可以減少電力驅動系統(tǒng)對微電網的負面沖擊影響。在負載側有電動機或傳動裝置等強負載系統(tǒng)中，當大負載突然起動時，一般都需要一個很大的瞬間電流，這時，如果電源能量不足，電源電壓將瞬間下降，從而使控制電路產生誤操作，如果增大電源容量，對于平常不需大電流的工作場合來說，顯然是一種浪費。而在系統(tǒng)中增加大功率超級電容器就可用較小容量的電源驅動較大的負載。
三、改善微電網的電能質量
人們對電能質量問題日益關注。一方面，微電網作為電網要滿足負荷對供電質量的要求，保證供電頻率以及電壓幅值變化、波形畸變率以及年停電次數(shù)等在一個很小的范圍內;另一方面，大電網對微電網作為整體的并入電網也提出了嚴格的要求，如負荷功率因數(shù)、電流諧波畸變率和最大功率等都有嚴格限制。
儲能系統(tǒng)對微電網電能質量的提高起到了十分重要的作用。通過逆變器控制單元，可以調節(jié)超級電容器儲能系統(tǒng)向用戶及網絡提供的無功及有功，從而達到提高電能質量的目的。由于超級電容器可快速吸收、釋放大功率電能，非常適宜將其應用到微電網的電能質量調節(jié)裝置中，用來解決系統(tǒng)中的一些暫態(tài)問題，如針對系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時停電、電壓驟升、電壓驟降等問題，此時利用超級電容器提供快速功率緩沖，吸收或補充電能，提供有功功率支撐進行有功或無功補償，以穩(wěn)定、平滑電網電壓的波動。
對于風力發(fā)電、光伏發(fā)電等不可控的微電源，發(fā)電機輸出功率產生的波動會使電能質量下降。該類電源與儲能裝置的結合是解決諸如電壓跌落、涌流和瞬時供電中斷等動態(tài)電能質量問題的有效手段之一。
四、優(yōu)化微電源的運行
綠色能源如太陽能、風能，其能量來源本身的特性，決定了這些發(fā)電方式往往具有不均勻性，電能輸出容易發(fā)生變化。隨著風力和太陽光強度的變化，這些能源產生的電能輸出也會發(fā)生相應的變化。這就需要使用一種緩沖器來存儲能量[13-14]。由于這些能源產生的電能輸出可能無法滿足微電網峰值電能的需求，因此，可以采用儲能裝置在短時間內提供所需的峰值電能，直到發(fā)電量增大，需求量減少。
適量的儲能可以在DG單元不能正常運行的情況下起過渡作用。如利用太陽能發(fā)電的夜間，風力發(fā)電在無風的情況下，或者其他類型的DG單元正處維修期間，這時系統(tǒng)中的儲能就能起過渡作用，其儲能的多少主要取決于負荷需求。
另外，在能源產生的過程是穩(wěn)定的而需求是不斷變化的情況下，也需要使用儲能裝置。燃料電池與風能或太陽能不同，只要有燃料，它就能夠持續(xù)輸出穩(wěn)定的電能。然而，負荷需求隨著時間的變化有很大不同。如果沒有儲能裝置，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在儲能裝置中，就可以在短時間內通過儲能裝置提供所需的峰值能量。與燃料電池等高能量密度的物質相結合，超級電容器能提供快速的能量釋放，滿足高功率需求，從而使燃料電池可以僅作為能量源使用。將超級電容器的強大性能和燃料電池結合起來，可以得到尺寸更小、重量更輕、價格更低廉的燃料電池系統(tǒng)。
五、提高微電網的經濟效益儲能系統(tǒng)的應用，對微電網經濟效益的提供有重要意義：
1)大幅增加可再生能源的發(fā)電比例，緩解投資新的輸電、配電線路、以及新建發(fā)電廠的壓力，降低系統(tǒng)成本;
2)提供有效的備用容量，改善電力品質(比發(fā)電機有更快的啟動速度)，改善系統(tǒng)的可靠度、穩(wěn)定度;
3)提供有效的負載管理機制，降低尖峰時的供電成本，進而降低電價，提供經濟效益;
4)在電力市場中，儲能系統(tǒng)能夠大幅避免中斷能源交易，以及預測錯誤帶來的損失，進而提供穩(wěn)定的電價;
5)不可調度的DG發(fā)電單元如太陽能、風能等，受天氣等自然因素的影響比較大，DG單元擁有者不能制訂一定的發(fā)電規(guī)劃，但是有了能量儲存，就可以在特定的時間提供所需的電能，而不必考慮此時DG單元能夠發(fā)出多少電能，只需按照預先制定的發(fā)電規(guī)劃進行發(fā)電。在電力市場的環(huán)境下，微電網與電網并網運行，有了足夠的儲存電力，微電網成為可調度的單元，微電網擁有者可以根據(jù)不同情況向電力公司賣電，提供調峰和緊急功率支持等服務，獲取最大的經濟效益。
結語
超級電容器的出現(xiàn)，解決了能源系統(tǒng)中功率密度與能量密度之間的矛盾。隨著超級電容器技術的進一步發(fā)展，它將逐步取代當前需頻繁更換的蓄電池，且家用儲能系統(tǒng)也有可能得到實現(xiàn)。作為一種儲能巨大、充放電速度快、工作溫度范圍寬、工作可靠安全、無需維護保養(yǎng)、價格低廉的儲能系統(tǒng)，如能大量應用于微電網中，必將推動技術進步，取得更大的經濟效益。
