用于智能電網(wǎng)輔助服務(wù)的超級(jí)電容器1

用于智能電網(wǎng)輔助服務(wù)的超級(jí)電容器（1）什么是超級(jí)電容器器?超級(jí)電容器（ultracapacitors,Supercapacitors）、雙電層電容器(ElectricDoubleLayerCapacitors)、均為其稱謂。工作原理一種具有很大電容器極板面積和很小極間距離的儲(chǔ)能裝置充/放電時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)性能時(shí)間常數(shù)小于1秒10萬至100萬次以上的充/放電周期。直流壽命達(dá)15年隔膜電極+_++++______++++電極電解質(zhì)+_++++____++++++++__________++_基礎(chǔ)材料生產(chǎn)超級(jí)電容器的基本原料是來自椰殼！碾磨活性化Maxwell干電極涂敷輥軋捏合粘合椰子殼燒焦成碳活性碳烘干并粉碎椰殼Maxwell超級(jí)電容器插入浸漬密封應(yīng)用變槳控制系統(tǒng)運(yùn)行超過10年

用于17,500多臺(tái)風(fēng)機(jī)混合動(dòng)力公交

運(yùn)行超過10年

用于15,000多輛公交整車系統(tǒng)電壓穩(wěn)定

運(yùn)行超過4年用于750,000多輛汽車電網(wǎng)穩(wěn)定

目前已穩(wěn)定運(yùn)行1年左右

額定功率3兆瓦新！超級(jí)電容器可確保電網(wǎng)穩(wěn)定什么是電網(wǎng)穩(wěn)定?當(dāng)一個(gè)足夠大的負(fù)荷在電網(wǎng)上開/關(guān)時(shí)，會(huì)在其周邊局部區(qū)域造成電壓和頻率擾動(dòng)。這些擾動(dòng)是由于發(fā)電機(jī)對負(fù)荷變化的響應(yīng)延遲造成的?？梢酝ㄟ^增加儲(chǔ)能裝置滿足局部需求波動(dòng)，直至發(fā)電機(jī)有時(shí)間做出響應(yīng)，從而減輕這種局部擾動(dòng)。

大型可變負(fù)荷導(dǎo)致局部電壓和頻率擾動(dòng)增加儲(chǔ)能裝置可消除此類局部擾動(dòng)洋山深水港案例研究上海新港使用超級(jí)電容器穩(wěn)定電壓的原因如果滿負(fù)荷工作，洋山深水港的23臺(tái)港口起重機(jī)的每次用電足以讓局部電網(wǎng)發(fā)生10至15秒的電壓波動(dòng)由于該港口位于長達(dá)20英里的大橋的一端，增大輸電線容量會(huì)導(dǎo)致成本過高使用儲(chǔ)能系統(tǒng)可以減輕起重機(jī)操作造成的短時(shí)電壓波動(dòng)，從而避免使用更大容量的輸電線路超級(jí)電容器周期充放電次數(shù)多，設(shè)計(jì)壽命長，因而成為首選起重機(jī)操作導(dǎo)致局部電網(wǎng)不斷發(fā)生電壓波動(dòng)該港口位于世界上最長橋梁的一端，架設(shè)更大容量輸電線路成本高昂洋山深水港案例研究洋山深水港解決方案共選用126個(gè)Maxwell生產(chǎn)的125V模塊用于儲(chǔ)能額定功率3兆瓦儲(chǔ)存能量達(dá)17.2千瓦時(shí)儲(chǔ)能時(shí)間20秒共采用6,048個(gè)Maxwell3000F單體10kV配電系統(tǒng)確保港口電壓穩(wěn)定六個(gè)500kW陣列家用電網(wǎng)穩(wěn)定需求太陽能等可再生能源輸出變化很大，會(huì)導(dǎo)致局部擾動(dòng)與港口起重機(jī)類似，當(dāng)太陽能發(fā)電站的輸出變動(dòng)快于并網(wǎng)發(fā)電響應(yīng)速度時(shí)，也會(huì)引起電壓和頻率擾動(dòng)。在廣泛使用太陽能發(fā)電的地區(qū)，這種擾動(dòng)會(huì)降低供電質(zhì)量，給當(dāng)?shù)赜秒姂粼斐刹焕绊憽４笮涂勺冐?fù)荷導(dǎo)致局部電壓和頻率擾動(dòng)太陽能等大型可變電源也會(huì)導(dǎo)致局部擾動(dòng)家用電網(wǎng)穩(wěn)定需求SunPower裝機(jī)量250兆瓦的加州谷太陽能牧場CAISO：2013年8月18日周日的可再生能源CAISO記錄5月份太陽能發(fā)電量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1.8GW加州2020年的目標(biāo)是可再生電源達(dá)到33%目前對電網(wǎng)穩(wěn)定的需求雖小但在迅速增長

目前太陽能供電占加州總供電量不到5%，預(yù)計(jì)到2020年翻一番隨著太陽能發(fā)電在電網(wǎng)中的普及，會(huì)超過發(fā)電設(shè)備對其輸出變動(dòng)的響應(yīng)能力電網(wǎng)如何響應(yīng)變動(dòng)電網(wǎng)上的負(fù)荷如何平衡來源：Eyer,Jim和GarthCorey。電網(wǎng)儲(chǔ)能。Sandia國家實(shí)驗(yàn)室。2010年2月。南加州Edison的供電質(zhì)量圖來源：電力質(zhì)量手冊。

南加州Edison電力質(zhì)量部。發(fā)電機(jī)根據(jù)負(fù)荷的變動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的功率調(diào)節(jié)，以保持供電質(zhì)量要在輔助服務(wù)市場上銷售調(diào)節(jié)功率(regulationpower)，電廠必須能夠隨時(shí)響應(yīng)恒定功率調(diào)節(jié)需求，并在五分鐘內(nèi)調(diào)整到所需的輸出要求。目前加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（CaliforniaISO）每天在輔助服務(wù)市場上采購350到600兆瓦調(diào)整電力（即日峰值發(fā)電量的1~1.5%，以維持電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為什么可再生能源要求更多輔助服務(wù)？來源：LawrenceBerkeley國家實(shí)驗(yàn)室的AndrewMills所著《太陽能發(fā)電的短期可變性》，2010年10月太陽能發(fā)電是一種輸出變化很大的電力來源！稍許烏云就會(huì)在五分鐘內(nèi)導(dǎo)致輸出功率大幅變化一分鐘內(nèi)出現(xiàn)40%的輸出變化并不罕見很大程度上與港口起重機(jī)相似，太陽能發(fā)電的大幅變化會(huì)引起局部區(qū)域的擾動(dòng)來源：Lenox，《計(jì)算大型光伏項(xiàng)目的可變性》，SunPower，2009年10月簡化電網(wǎng)模型太陽能發(fā)電占電網(wǎng)的50%，電廠調(diào)整速度為5分鐘的電網(wǎng)電力質(zhì)量電網(wǎng)上太陽能發(fā)電比重增大造成的影響可用簡化電網(wǎng)模型來體現(xiàn)電網(wǎng)模型由供電調(diào)整速度5分鐘、專用于提供調(diào)節(jié)功率的簡化電廠、恒定電力負(fù)荷和電力輸出不斷變化的太陽能發(fā)電廠組成電網(wǎng)會(huì)調(diào)整其輸出，努力保持負(fù)荷平衡，以確保電能質(zhì)量在要求之內(nèi)若電能質(zhì)量不滿足要求，負(fù)荷會(huì)跳閘，5秒鐘后重置這個(gè)簡單模型說明太陽能發(fā)電比重超過20%，電網(wǎng)就會(huì)變得不穩(wěn)定在此模型中，當(dāng)太陽能發(fā)電比重超過20%，電網(wǎng)就會(huì)喪失穩(wěn)定性帶儲(chǔ)能裝置的簡化電網(wǎng)太陽能發(fā)電占電網(wǎng)的50%，有30秒鐘儲(chǔ)能的電網(wǎng)電力質(zhì)量情況采用儲(chǔ)能裝置不僅可以支持更高的太陽能發(fā)電占比，同時(shí)還可保持電力質(zhì)量增加儲(chǔ)能裝置后，太陽能發(fā)電的波動(dòng)得到緩和，讓電廠有時(shí)間響應(yīng)更多的用電需求模型顯示，只需20秒的儲(chǔ)能，就能將太陽能發(fā)電的占比提升到40%，且不會(huì)出現(xiàn)切負(fù)荷跳閘進(jìn)一步增加儲(chǔ)能水平產(chǎn)生的效益呈下降趨勢，30秒儲(chǔ)能只能把太陽能發(fā)電的占比提高到50%切負(fù)荷跳閘與太陽能發(fā)電占比和儲(chǔ)能能力的函數(shù)關(guān)系圖用于太陽能發(fā)電的儲(chǔ)能裝置特點(diǎn)5分鐘電網(wǎng)調(diào)整響應(yīng)速度條件下用于穩(wěn)定太陽能發(fā)電輸出的儲(chǔ)能裝置特點(diǎn)對太陽能發(fā)電占比低于50%的情況，只需要10到30秒儲(chǔ)能即可確保當(dāng)?shù)仉娏|(zhì)量根據(jù)模型，按30秒儲(chǔ)能，夏日平均一天需完成8.6個(gè)完整充放周期。如果儲(chǔ)能系統(tǒng)要達(dá)到與太陽能陣列20年的使用壽命，就要求其充放電周期次數(shù)達(dá)到6萬次甚至更高。一個(gè)月一天一小時(shí)一小時(shí)太陽能陣列輸入5分鐘響應(yīng)時(shí)間內(nèi)凈輸出變動(dòng)得到緩和

用于太陽能發(fā)電的儲(chǔ)能裝置特點(diǎn)穩(wěn)定太陽能發(fā)電，調(diào)整電網(wǎng)對儲(chǔ)