用于智能电网辅助服务的超级电容器1

用于智能电网辅助服务的超级电容器（1）什么是超级电容器器?超级电容器（ultracapacitors,Supercapacitors）、双电层电容器(ElectricDoubleLayerCapacitors)、均为其称谓。工作原理一种具有很大电容器极板面积和很小极间距离的储能装置充/放电时不发生化学反应性能时间常数小于1秒10万至100万次以上的充/放电周期。直流寿命达15年隔膜电极+_++++______++++电极电解质+_++++____++++++++__________++_基础材料生产超级电容器的基本原料是来自椰壳！碾磨活性化Maxwell干电极涂敷辊轧捏合粘合椰子壳烧焦成碳活性碳烘干并粉碎椰壳Maxwell超级电容器插入浸渍密封应用变桨控制系统运行超过10年

用于17,500多台风机混合动力公交

运行超过10年

用于15,000多辆公交整车系统电压稳定

运行超过4年用于750,000多辆汽车电网稳定

目前已稳定运行1年左右

额定功率3兆瓦新！超级电容器可确保电网稳定什么是电网稳定?当一个足够大的负荷在电网上开/关时，会在其周边局部区域造成电压和频率扰动。这些扰动是由于发电机对负荷变化的响应延迟造成的。可以通过增加储能装置满足局部需求波动，直至发电机有时间做出响应，从而减轻这种局部扰动。

大型可变负荷导致局部电压和频率扰动增加储能装置可消除此类局部扰动洋山深水港案例研究上海新港使用超级电容器稳定电压的原因如果满负荷工作，洋山深水港的23台港口起重机的每次用电足以让局部电网发生10至15秒的电压波动由于该港口位于长达20英里的大桥的一端，增大输电线容量会导致成本过高使用储能系统可以减轻起重机操作造成的短时电压波动，从而避免使用更大容量的输电线路超级电容器周期充放电次数多，设计寿命长，因而成为首选起重机操作导致局部电网不断发生电压波动该港口位于世界上最长桥梁的一端，架设更大容量输电线路成本高昂洋山深水港案例研究洋山深水港解决方案共选用126个Maxwell生产的125V模块用于储能额定功率3兆瓦储存能量达17.2千瓦时储能时间20秒共采用6,048个Maxwell3000F单体10kV配电系统确保港口电压稳定六个500kW阵列家用电网稳定需求太阳能等可再生能源输出变化很大，会导致局部扰动与港口起重机类似，当太阳能发电站的输出变动快于并网发电响应速度时，也会引起电压和频率扰动。在广泛使用太阳能发电的地区，这种扰动会降低供电质量，给当地用电户造成不利影响。大型可变负荷导致局部电压和频率扰动太阳能等大型可变电源也会导致局部扰动家用电网稳定需求SunPower装机量250兆瓦的加州谷太阳能牧场CAISO：2013年8月18日周日的可再生能源CAISO记录5月份太阳能发电量达到创纪录的1.8GW加州2020年的目标是可再生电源达到33%目前对电网稳定的需求虽小但在迅速增长

目前太阳能供电占加州总供电量不到5%，预计到2020年翻一番随着太阳能发电在电网中的普及，会超过发电设备对其输出变动的响应能力电网如何响应变动电网上的负荷如何平衡来源：Eyer,Jim和GarthCorey。电网储能。Sandia国家实验室。2010年2月。南加州Edison的供电质量图来源：电力质量手册。

南加州Edison电力质量部。发电机根据负荷的变动进行相应的功率调节，以保持供电质量要在辅助服务市场上销售调节功率(regulationpower)，电厂必须能够随时响应恒定功率调节需求，并在五分钟内调整到所需的输出要求。目前加州独立系统运营商（CaliforniaISO）每天在辅助服务市场上采购350到600兆瓦调整电力（即日峰值发电量的1~1.5%，以维持电力质量标准。为什么可再生能源要求更多辅助服务？来源：LawrenceBerkeley国家实验室的AndrewMills所著《太阳能发电的短期可变性》，2010年10月太阳能发电是一种输出变化很大的电力来源！稍许乌云就会在五分钟内导致输出功率大幅变化一分钟内出现40%的输出变化并不罕见很大程度上与港口起重机相似，太阳能发电的大幅变化会引起局部区域的扰动来源：Lenox，《计算大型光伏项目的可变性》，SunPower，2009年10月简化电网模型太阳能发电占电网的50%，电厂调整速度为5分钟的电网电力质量电网上太阳能发电比重增大造成的影响可用简化电网模型来体现电网模型由供电调整速度5分钟、专用于提供调节功率的简化电厂、恒定电力负荷和电力输出不断变化的太阳能发电厂组成电网会调整其输出，努力保持负荷平衡，以确保电能质量在要求之内若电能质量不满足要求，负荷会跳闸，5秒钟后重置这个简单模型说明太阳能发电比重超过20%，电网就会变得不稳定在此模型中，当太阳能发电比重超过20%，电网就会丧失稳定性带储能装置的简化电网太阳能发电占电网的50%，有30秒钟储能的电网电力质量情况采用储能装置不仅可以支持更高的太阳能发电占比，同时还可保持电力质量增加储能装置后，太阳能发电的波动得到缓和，让电厂有时间响应更多的用电需求模型显示，只需20秒的储能，就能将太阳能发电的占比提升到40%，且不会出现切负荷跳闸进一步增加储能水平产生的效益呈下降趋势，30秒储能只能把太阳能发电的占比提高到50%切负荷跳闸与太阳能发电占比和储能能力的函数关系图用于太阳能发电的储能装置特点5分钟电网调整响应速度条件下用于稳定太阳能发电输出的储能装置特点对太阳能发电占比低于50%的情况，只需要10到30秒储能即可确保当地电力质量根据模型，按30秒储能，夏日平均一天需完成8.6个完整充放周期。如果储能系统要达到与太阳能阵列20年的使用寿命，就要求其充放电周期次数达到6万次甚至更高。一个月一天一小时一小时太阳能阵列输入5分钟响应时间内净输出变动得到缓和

用于太阳能发电的储能装置特点稳定太阳能发电，调整电网对储