超级电容在多元储能及电力系统中的应用

011.1

超级电容综述1、超级电容器具有高功率、长寿命、宽温度范围、免维护等特点。2、电气性能介于电解电容器与锂电池之间。3、目前双电层电容器（EDLC）是市场主流，锂离子超容是重要发展方向。4、从技术上向着高功率、高能量密度寻求突破。04多元储能材料EDLCHiSCTiSC多元储能应用FTU●DTU●●直流屏●DVR●新能源单机调频●电站调频●目录CONTENT0102030101化学+物理物理变化EDLC高功率、安全、长寿命、低能量密度化学反应HiSCTiSC功率与能量兼顾、安全、长寿命、环保LiB高能量密度01011.4

超级电容行业政策驱动超级电容作为新型储能核心技术，在国家能源局

2022

年

1

月发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》中，政策重视多元化新型储能技术发展，助推试点示范项目大规模落地。随着新能源发电高比例并网，电力系统日趋庞大复杂，电网消纳成为了电力系统的痛点之一。项目双电层超级电容混合型超级电容充电倍率＞150C20C放电倍率＞150C30C工作温度（℃）-40~60-30~60系统比能量（Wh/kg）2~420~80循环寿命（@25℃）1000,00050,000满功率响应时间（ms）＜10＜10比功率（W/kg）＞10,000＞3,000适用工作时间~60s~15min功率型能量型02022.1

新型电力系统发展新型电力系统的过程，就是适应新能源大规模接入的过程，核心是“双高”（高比例可再生能源、高比例电力电子设备）背景下电力系统的发展问题。超级电容2.2新型电力系统下电力供需不平衡催生储能需求02ESS2.2

超级电容在新型电力系统的应用场景02发电侧输配电侧用电侧可再生能源平滑入网针对光伏、风电并网在惯量响应方面缺失、采用超级电容作为短时储能装置平抑风光并网时功率波动发电侧一、二次调频超级电容、锂离子电池以互补的形式组成混合储能系统，支持调频、调峰模式切换输配电侧调频若电网发生大扰动引起频率跌落时，超级电容储能装置可将一次调频滞后时间缩短至毫秒级配电终端不间断电源当电力线路发生故障时，超级电容使配电终端仍能维持一段时间工作，为完成故障检测、保护跳闸、重合闸自愈以及状态上报主站等一些列操作争取时间备用电源、功率电源超级电容做备用电源可在突发情况下提供紧急电力，用作功率电源可在短时内提供高功率脉冲不间断电源在几秒内提供兆瓦级的UPS解决方案，防止生产损失与系统故障2.3模组—43.2V8750F储能系统电容柜正面4每个风场单独配置一套储能调频系统每套储能系统接入到风电场的升压站35kV交流母线每套储能系统配置10%风电场风机机组额定功率，容量配置＞5min储能系统包含超级电容模组+PCS+EMS4.140尺高柜（W*L*H=2438*12192*2896mm）电力图书馆公众号电力图书馆公众号电力图书馆公众号02超级电容在变电站中的应用调频以南京江北新区

110kV

虎桥变电站投运的超级电容微储能装置为例，该装置主要由超级电容模块、电力电子变流器和快速功率控制器三部分组，将一次调频滞后时间缩短至毫秒级别。功率控制器频率检测≥

10ms变流器有功功率响应时间≥

2

ms超级电容响应一次调频≥

12

ms传统发电机组响应一次调频时间＞10s电力图书馆公众号电力图书馆公众号电力图书馆公众号03033.3

超级电容在配电系统中的应用—配电终端超级电容大功率、长寿命、免维护的特性用作配电终端后备电源，可提高电网自愈可靠性、降低维护成本。当电力线路发生故障时，

超级电容可为配电自动化终端和开关柜提供不间断电源，大电流、高功率输出使得配电终端在线路故障情况下仍能维持一段时间的工作，为完成故障检测、保护跳闸、重合闸自愈以及状态上报主站等一系列操作争取时间，从而将故障区间隔离，并恢复非故障区间的供电，使故障停电区域最小化。铅酸电池锂离子电池超级电容033.3

超级电容在配电系统中的应用—馈线终端单元FTU配电开关监控终端(简称FTU)，

具有遥控、遥测、遥信，故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数及监测控制所需信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数,并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复

供电等功能。03超级电容在配电系统中的应用—配电终端单元DTU配电远方终端的理想后备电源环境适应能力强宽温度（-40℃～65℃

），具有优良的低温性能，使其大量使用在环境温度恶劣地区。瞬时输出功率大内阻低，输出大电流能力强，保证分合闸的可靠性。免维护减少人员的维护工作量，提高了电力系统的自动化水平。寿命长使用寿命长，高达10年以上，避免了传统电池频繁更换的缺点，且电池寿命监视容易实现。体积小、重量轻、安装方便对环境零污染03超级电容在配电系统中的应用—直流屏超级电容实现了容量由微法向法拉级的飞跃，是一种理想的大功率物理电源。维护少保养简单，寿命长达10年以上。超级电容直流屏与蓄电池直流屏的性能对比蓄电池需配套精确的，性能优良的充放电装置，装置故障率相对较高。而用超级电容的直流屏可简化这套装置，降低了故障率，使成本下降。蓄电池过充电、过放电都会缩短使用寿命，而超级电容不存在过充电、过放电的问题，只需限制最高充电电压就行。蓄电池维护工作量大，即便是免维护蓄电池，同样需要维护；而超级电容只需定期检测其容量是否下降就行了，做到了真正意义上的免维护。蓄电池一旦过放电，要恢复其容量得充电数小时；而超级电容恢复到额定电压，仅需几分钟。单只电容合闸后端电压下降5V，数秒钟即可复原。电网停电后，直流屏依靠蓄电池放电来维持直流母线电压，电池组的能量毕竟有限。停电时间过长，会使电池的能量放完，如不加限制，必然会导致电池组电压下降到终止电压以下而受损，甚至无法再充电而报废。而超级电容当电网停电后，在带有经常性负荷的情况下仍可保证近千次的跳闸和数百次合闸。这一点对具有综合重合闸装置和备用电源自动投入装置的中小型终端变电站足矣。3.6

超级电容在配电系统中的应用—电能表03智能电表的功能超级电容作为智能电表内部

RTC

电路后备电源的优势在于，其可满足智能电表-40℃

~+85℃的严苛工作温度要求，超长工作寿命能够保障智能电表长期可靠运行，超级电容相对间接的充放电管理电路设计能够简化RTC后备电源设计。目前，国网智能单相表已明确提出使用超级电容作为RTC保持后补后备电源，保持RTC电路准确运行48小时以上，以实现内置电池可更换的目的。智能电表的功能智能电表场景下，超级电容用作内部

RTC电路后备电源，实现简化充放电电路设

计、保障智能电表长期可靠运行。智能电表相较传统的电子式电表具备电能计量、实时监控、自动控制、信息交互、数据处理等功能，是智能电网建设发展的重要组成部分。FTUDVR/AVCDVREDLCCapacitance 1458FVoltages 76.8VCurrent-持续 100AStored

Energy 1536WhExpectedLifeOver10years(@Rated

temp.)HiSCCapacitance4375FVoltagesCurrent-分钟Stored

EnergyExpected

Life28.8V150A336WhOver8years(@Rated

temp.)DTU直流屏调频储能一次调频，容量配置5分钟，节约总成本调频储能,

分钟级后备电源、功率支撑、电压支撑H