2.6.超級電容器

　　超級電容器由2個多孔電極、隔膜及電解質組成。超級電容器充放電的速度快，幾乎沒有充放電次數以及最大放電量的限制，平均壽命可達25年以上。缺點是儲能密度低于一般的化學電池，且放電時間很短。其未來的發展主要是面向電動汽車，以及電力系統中短時間、大功率負載的平滑，在電壓跌落和瞬態干擾期間提高供電水平等。

　　國外就超級電容器方面的研究較早，美國、日本和俄羅斯的大公司一直占據著這一行業大部分市場份額，產品領域包括電動汽車、軌道交通能量回收系統、小型新能源發電系統及軍用武器等方面。我國在這個行業也有了一定成果，大慶華隆電子有限公司是我國首家實現超級電容器產業化的公司;無錫力豪科技有限公司與中科院電工研究所無錫分所經過多年聯合攻關，于2011年8月成功研制出基于超級電容器的動態電壓恢復器;超級電容公交電車方面，中國是唯一將超級電容公交車投入量產的國家。

各種儲能方式特點及其優缺點比較如表1所示。

　　3.智能電網發展大規模儲能的必要性

　　3.1.滿足可再生能源發展需要

　　由于風能和太陽能等新能源具有隨機性、間歇性、出力變化快等特點，而且風能還具有不可預測、反調峰特性，大容量的新能源發電直接并網會對電網運行、控制及有功調度帶來較大的影響，并網問題現已成為了制約可再生能源發展的瓶頸。新能源發電設備中若配有儲能裝置，利用儲能裝置秒級甚至毫秒級的有功調節能力，可以平滑新能源的輸出曲線。儲能系統的有功動態調節能力使其可發揮類似發電機的對電網的頻率調節作用，調和電力供給與需求之間的差異。儲能系統在新能源領域的另一項應用是風光儲一體化發電系統，該系統可以充分利用風能和光伏在時間和地域上的天然互補性，同時配合儲能系統對電能的存儲和釋放，改善整個風、光發電系統的功率輸出特性，緩解風電、光電等可再生能源對電網的不利影響，增加電網對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風光儲試驗基地。

　　文獻[20,21]通過仿真研究，表明超導儲能和超級電容儲能系統能有效改善風電輸出功率及系統的頻率波動。針對這些控制方案將降低風電機組效率的缺陷，文獻[22]通過對飛輪儲能系統的充放電控制，實現了平滑風電輸出功率、參與電網頻率控制的雙重目標。

　　3.2.削峰填谷，減少系統備用，提高設備利用率

　　電力生產要求發電、供電、用電之間必須隨時保持平衡，然而白天和黑夜、不同季節間的峰谷差要求電力系統又必須配有一定的發電備用容量，隨著新能源產業及社會經濟的迅速發展，通過增加旋轉備用來滿足高峰負荷需求變得越來越困難。儲能系統可以在電網負荷低谷的時候作為負荷從電網獲取電能充電，在電網負荷峰值的時候向電網輸送電能，實現削峰填谷功能[23,24]，同時，還可以減少電網對發電設備的投資，提高電力設備的使用率，減小線路損耗，提高供電可靠性，創造巨大的經濟效益和社會效益。

　　儲能系統具有響應速度快、運行成本低等特點，將比火電機組更適合充當發電備用的角色。如果將來能夠建設更大容量的儲能站，或者在全網分散布置大量的小容量儲能站，當整體儲能容量達到一定規模時，就能逐步減少火電機組的旋轉備用。

　　文獻[25]通過在PSCAD下建模仿真說明了超級電容在解決分布式發電電能質量等問題方面有很好的效果。文獻[26,27]研究了采用電池儲能系統來提高電能質量的問題，結果表明，該儲能系統能實現與系統的快速有功、無功功率交換，有效改善電壓波動性，適用于解決風電并網帶來的電能質量問題。

　　3.3.減緩輸電壓力，提升配網智能化水平

　　在我國許多地區，電力輸送能力的增長遠遠跟不上電力需求增長的步伐，在高峰電力需求時輸配電系統往往變得擁擠阻塞，影響系統正常運行。若把儲能系統安裝在輸配電系統阻塞段的潮流下游，電能被存儲在沒有輸配電阻塞的區段，在電力需求高峰時儲能系統釋放電能，從而減少輸配電系統容量的要求，緩解輸配電系統阻塞的情況。同時，儲能系統還可以減少電力傳輸中的異常和干擾，解決輸電穩定性阻尼和次同步諧振阻尼等問題，改善動態電壓穩定性，以及減少系統低頻時甩負荷量。

　　置于用戶側的儲能系統，可增強系統的供電可靠性，改善用戶的電能質量。隨著智能電網的發展，微網的概念逐步得到推廣。各種儲能系統作為微網的分布式電源之一，通過電力電子裝置在秒級甚至毫秒級快速響應，可以實現微網“永不斷電”的目標。另一方面，小型的家庭式儲能設備和區域性的微網儲能裝置，可以通過智能表計接入到周圍的大中型電網中，在用電高峰時向電網供電，增加了電力用戶與電網的互動。

       3.4.促進電動汽車產業發展

　　近日，在海口舉行的“中國國際電動汽車及充電裝置、儲能技術展覽會”上，電網公司強調要加速充換電基礎設施建設，迎接電動汽車的高速發展時期。隨著電網智能化水平以及電動汽車保有量的大幅提高，電動汽車的車載電池作為可移動儲能單元，豐富了電網的可控資源，對智能電網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，電動汽車和儲能電站的電池可以從電網吸納大量富余電力，用電高峰來臨時，電池的電能可以反過來被電網吸收，或可以作為停電時的備用電源。把這兩者有機結合在一起可以充分利用電池儲能站的配套設施，可達到資源的最大利用。

　　3.5.電網應急相應的需要

　　在電網失電的情況下，通過傳感器技術和通信與信息技術進行故障快速診斷，儲能電站切換至電網緊急模式，儲能裝置向用電設備提供已儲備的電能，起到應急供電的作用。

　　儲能系統能夠為用戶提供備用電源，具有輔助設備簡單，廠用電少，啟動速度快等優點，為系統黑啟動提供電源，提高供電可靠性和抵御自然災害的能力。其移動性和靈活的特點尤其適用于地震洪水等自然災害后的恢復。

　　對于一些重要負荷或者供電可靠性很差的部分地區，在發生事故失去主網電源或者輸配電設備檢修時需要孤網運行，孤網容量較小，要求備用電源必須相應速度快，儲能電站是最適合孤網供電的備用電源。

　　4.大規模儲能技術發展展望

　　1)由于不同的儲能技術在額定功率下的放電時間不同，因此應用在電網不同的地方時，應該選擇合適的儲能方式。當用于電能質量改善、電網頻率穩定及UPS時，應選擇響應快速、放電時間短的電池，例如超級電容器、飛輪儲能等;當用于供電的連續性、緩沖或者備用電源時，則選擇能放電數秒到數分鐘的相應的短時儲能方式;當用于電網的削峰填谷或者風能、太陽能等新能源的并網儲能時，則選擇能夠大規模儲能，且自放電小的儲能方式，例如抽水蓄能、壓縮空氣儲能等;在地理條件受限制的時候，可以選擇鈉硫電池、液流電池等。

　　2)就目前的儲能技術發展水平看，單一的儲能技術很難同時滿足能量密度、功率密度、儲能效率、使用壽命、環境特性以及成本等性能指標，如果將兩種或以上性能互補性強的儲能技術相結合，組成復合儲能，則可以取得良好的技術經濟性能。在電網應用中，要實現系統的穩定控制，電能質量改善和削峰填谷等多時間尺度上的功率平準控制，可以將超導儲能、飛輪儲能或超級電容器等功率密度、高儲能效率高以及循環壽命長的儲能技術與鉛酸電池、液流電池或鈉硫電池等能量密度高但受制于電化學反應過程的儲能技術相結合，以最大程度地發揮各種儲能技術的優勢，降低全壽命周期費用，提高系統經濟性。

　　3)目前的大容量儲能技術主要是抽水蓄能和壓縮空氣儲能。有條件的地方可以因地制宜建設抽水蓄能電站，用于電力系統調峰，或作為可再生能源發電廠的調頻備用，減小其發點波動性對系統的影響。考慮到我國海上風電資源大規模開發利用的前景，如選擇三面環山的海灣作為水庫的壩址，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，修建壓縮空氣儲能電站，與當地的大型風電場或光伏電站相結合，為這些可再生能源電站的穩定運行提供支持，增加可再生能源發點的容量可信度，使其稱為具有一定可預測性和可調度性的穩定電源。