过去的十年,材料和结构技术的发展把法拉电容从一个“不成熟”的后备器件变为了一种非常有效的储能方式。虽然电容的储能容量与电池相比非常的小,但它可以非常迅速的充、放电,能在使用期限中传输数万次的大功率脉冲,并且很容易满足产品的设计寿命需求。电容能非常迅速的充电和放电,并能在任何储能状态中工作,甚至在完全放电的条件下,且对元件的寿命不会产生任何不良影响。电容也的确已经成为动力电子领域面向产品的设计中不可或缺的元件。目前,已有许多厂商认识到电容技术优势和高实用性能,并开始生产基于电容的各类系统。
工程师们在主要能源设备的设计中基本要满足峰值功率的需求,比如对于一个发动机或电池系统,就需要满足高负荷下工作,哪怕这种需求仅持续几秒。为了满足高负荷而不是平均负载设计整个系统,显然会导致成本的增加和效率的降低。这种系统可以将主要能源设备中的能量部分储存为电能,从而改进这类系统的设计,例如使用电池作为二级能量储存设备,并在需要的时候迅速释放这部分能量。这样的高能传输方式为能源系统提供了一个动态的输出能力来满足瞬时峰值功率的需求。但是电池并不能很好的用来频繁的提供瞬时峰值功率;在这方面,电容是好的选择。
3.改善微电网的电能质量 储能系统对微电网电能质量的提高起到了十分重要的作用。通过逆变器控制单元,可以调节电容器储能系统向用户及网络提供的无功及有功,从而达到提高电能质量的目的。由于电容器可快速吸收、释放大功率电能,非常适宜将其应用到微电网的电能质量调节装置中,用来解决系统中的一些暂态问题,如针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题,此时利用电容器提供快速功率缓冲,吸收或补充电能,提供有功功率支撑进行有功或无功补偿,以稳定、平滑电网电压的波动。 4.优化微电源的运行 绿色能源如太阳能、风能,往往具有不均匀性,电能输出容易发生变化。这就需要使用一种缓冲器来存储能量。由于这些能源产生的电能输出可能无法满足微电网峰值电能的需求,因此,可以采用储能装置在短时间内提供所需的峰值电能,直到发电量增大,需求量减少。适量的储能可以在DG单元不能正常运行的情况下起过渡作用。如利用太阳能发电的夜间,风力发电在无风的情况下,或者其他类型的DG单元正处维修期间,这时系统中的储能就能起过渡作用。 在能源产生的过程是稳定的而需求是不断变化的情况下,也需要使用储能装置。通过将过剩的能量存储在储能装置中,就可以在短时间内通过储能装置提供所需的峰值能量。
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如今,好的电容是功率密度高达20kW/kg的超高功率器件,尽管能量仍只有电池的一小部分。电容的尺寸非常紧凑(小的电容通常只有邮票大小或者更小),但它们可存储的能量比传统电容要高得多,并且放电速度可以很快也可以很慢。它们的使用寿命非常长,可被设计成用于终端产品的整个生命周期。当与电容这个新技术相结合时,高能量电池和/或燃料电池可实现高功率特性和长的工作寿命。
尽管全球有好几家电容厂商提供多种产品,但大多数双层电容基本上是以相似的方式构造的。电容与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在电容里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使电容具有很高的能量密度。大多数电容的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。