智能電網(wǎng)中超級(jí)電容器的應(yīng)用分析

魯世民

摘 要：隨著二十一世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，這也就使得能源消耗速度有所提高，能源產(chǎn)業(yè)也面臨著十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)作為電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，若將超級(jí)電容器應(yīng)用在智能電網(wǎng)之中，那么不僅能夠提高電力供應(yīng)的質(zhì)量，更能減少智能電網(wǎng)本身的缺陷，本文就智能電網(wǎng)中超級(jí)電容器的應(yīng)用進(jìn)行分析，并提出科學(xué)、合理的建議。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；超級(jí)電容器；應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）10-191-2

0 引言

近年來(lái)，人們對(duì)于能源的需求量越來(lái)越高，使得能源產(chǎn)業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也異常激烈，智能電網(wǎng)作為現(xiàn)代化輸電與配電的總稱，其能夠有效節(jié)省能源，在智能電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，新能源技術(shù)將重新來(lái)定義人們的生活。若將電網(wǎng)技術(shù)與通訊手段進(jìn)行連接，那么就能很好地保障基礎(chǔ)電網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)，而超級(jí)電容器是十分重要的儲(chǔ)能設(shè)備，對(duì)于智能電網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有著重要的意義。

1 智能電網(wǎng)的主要特點(diǎn)

智能電網(wǎng)的建設(shè)是為了更好地實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：分布式能源的利用、電力供應(yīng)商間的良性競(jìng)爭(zhēng)、電網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善、電力供應(yīng)質(zhì)量的加強(qiáng)、電力用戶間的互動(dòng)、節(jié)省能源，其中節(jié)省能源為主要目的。今后的智能電網(wǎng)其會(huì)由自動(dòng)化輸電系統(tǒng)與配電系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成，其運(yùn)作方式也會(huì)更加協(xié)調(diào)、可靠，并且其有著以下幾個(gè)特點(diǎn)：快速滿足電力市場(chǎng)供應(yīng)需求、安全靈活應(yīng)用現(xiàn)代通信技術(shù)、提供安全可靠電力服務(wù)、快速診斷與消除故障等功能。將智能電網(wǎng)與以往的用電、配電模式相比較，智能電網(wǎng)主要是依靠現(xiàn)代信息與通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)化和智能化，通過(guò)低碳、綠色的相關(guān)概念來(lái)減少電力能源的消耗，這樣就能更好地滿足電力市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。智能電網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵在于電網(wǎng)運(yùn)行管理、分布式能源、用戶管理幾個(gè)方面，分布式能源是由儲(chǔ)能技術(shù)與分布式發(fā)電組成的，將超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能技術(shù)的主要系統(tǒng)，有利于提高智能電網(wǎng)的電力供應(yīng)質(zhì)量。

2 超級(jí)電容器的分類

2.1 雙電層電容器

雙電層電容器是指利用電極與電解質(zhì)間所形成的界面雙層來(lái)完成能量存儲(chǔ)的元器件，詳見(jiàn)圖1，一旦電極與電解液之間進(jìn)行接觸，那么就能根據(jù)分子間力、原子間力之間的作用，來(lái)使固液界面具有更加穩(wěn)定的雙層電荷，以此被稱為界面雙層。雙電層電容器主要使用的電極材料有以下幾種：多孔碳材料（見(jiàn)圖2）、有活性炭、碳納米管等，因雙電層電容器容量大小與電極材料之間的孔隙率有著直接的聯(lián)系，所以孔隙率越高，那么電極材料的表面積就會(huì)越大，自然雙電層電容量也就越大，但這也不意味著所有的孔隙率高，電容器容量都會(huì)增大。將電極材料的孔徑大小保持在50nm以下，就能夠很好地提高孔隙率的表面積。

2.2 贗電容器

贗電容器又被稱為法拉第準(zhǔn)電容，其是基于電極材料表面與體相間的二維空間之上，使電活性物質(zhì)出現(xiàn)欠電位沉積，而發(fā)生的還原反應(yīng)、化學(xué)吸附，最終產(chǎn)生電極相關(guān)的電容。因所有的反應(yīng)在體相之間進(jìn)行，所以才使得體系需要

實(shí)現(xiàn)的最大電容值更大，而對(duì)于氧化還原型電容器來(lái)說(shuō)，在相同體積下的贗電容器容量是雙電層電容器容量的近100倍。

3 智能電網(wǎng)中超級(jí)電容器的應(yīng)用途徑

3.1 短時(shí)供電

微電網(wǎng)有兩種較為特殊的運(yùn)行模式，一種是在正常情況下，微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)之間進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，故而被稱為并網(wǎng)運(yùn)行模式，另一種是在檢測(cè)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或無(wú)法滿足其相關(guān)要求時(shí)，微電網(wǎng)及時(shí)斷開(kāi)自身而進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行，故被稱為孤網(wǎng)運(yùn)行模式。微電網(wǎng)需要在常規(guī)配電網(wǎng)中吸收一些功率，所以微電網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)功率缺乏的現(xiàn)象，安全、可靠的儲(chǔ)能設(shè)備安裝有利于兩種模式之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。

3.2 緩沖裝置

微電網(wǎng)規(guī)模很小，其系統(tǒng)慣性也小，所以使得網(wǎng)絡(luò)與負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生一些波動(dòng)，這些波動(dòng)會(huì)對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，通常工作人員會(huì)將微電網(wǎng)中的高效發(fā)電機(jī)額定容量進(jìn)行固定，但微電網(wǎng)的負(fù)荷卻會(huì)因?yàn)樘鞖獾瓤陀^因素而產(chǎn)生變化，這就意味著若想滿足峰值負(fù)荷供電，那么就必須選擇燃油或燃?xì)鈦?lái)進(jìn)行調(diào)整，但因?yàn)檫@一類能源的運(yùn)行費(fèi)用較為高昂，故而只能作罷。將超級(jí)電容器用于此系統(tǒng)之中，其能在負(fù)荷期間主動(dòng)調(diào)整微電網(wǎng)的功率需求，因超級(jí)電容器的密度較大，所以更加適合負(fù)荷最高峰的選擇。

3.3 改善質(zhì)量

超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)有利于改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，其可以利用逆變器的控制單元，來(lái)對(duì)用戶和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，這樣一來(lái)就能實(shí)現(xiàn)提高電能質(zhì)量的目的。超級(jí)電容器具有吸收快、功率電能放大快的特點(diǎn)，若將其用于微電網(wǎng)電能質(zhì)量裝置的調(diào)節(jié)過(guò)程中，有利于解決一系列系統(tǒng)暫態(tài)問(wèn)題，如瞬時(shí)停電、電壓驟降等問(wèn)題，能夠利用超級(jí)電容器來(lái)為其提供功率之間的緩沖，自然也就能夠吸收和釋放電能，以達(dá)到電網(wǎng)電壓波動(dòng)的穩(wěn)定性。

3.4 優(yōu)化運(yùn)行

綠色能源是指風(fēng)能、太陽(yáng)能，其沒(méi)有均勻性，會(huì)在電能輸出方面產(chǎn)生較大的變化，根據(jù)這一特性就需要使用緩沖器來(lái)進(jìn)行能量的存儲(chǔ)。因這一類能源所產(chǎn)生的電能輸出是無(wú)法滿足微電網(wǎng)符合高峰電能需求的，所以更加需要為儲(chǔ)能裝置在短時(shí)間內(nèi)提供更加充足的電能，一直到發(fā)電量開(kāi)始增加，那么才能夠逐步減少電量的需求量。例如，太陽(yáng)能發(fā)電的夜晚，風(fēng)力發(fā)電的無(wú)風(fēng)等情況下，都需要利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)解決這些問(wèn)題，來(lái)完成電能需求的過(guò)渡階段。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文就智能電網(wǎng)中超級(jí)電容器的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地分析，得知能源生產(chǎn)過(guò)程需要穩(wěn)定地發(fā)展，而不是不斷變化的過(guò)程，若將儲(chǔ)能裝置更好地應(yīng)用在能源生產(chǎn)過(guò)程中，不僅能夠高效、可靠的將能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置之中，更能在最短時(shí)間內(nèi)為其提供相應(yīng)的能源?？傊?jí)電容器具有壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于智能電網(wǎng)中有利于電力企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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