引言：電力能源界人士對(duì)功率型電源超級(jí)電容并不陌生：其發(fā)于軍工，起于電網(wǎng)，興于汽車的應(yīng)用軌跡為人津津樂道。只是當(dāng)能量型儲(chǔ)能產(chǎn)品電池行業(yè)藉由如火如荼的新能源汽車，誕生了若干獨(dú)角獸企業(yè)，并在資本市場(chǎng)賺得盆滿缽滿時(shí)，超級(jí)電容器的市場(chǎng)體量略顯黯淡。能源互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)口之下，超級(jí)電容器要起飛了嗎？

能源互聯(lián)網(wǎng)是國(guó)際社會(huì)火熱的關(guān)鍵詞。2015年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》，用大篇幅闡述“互聯(lián)網(wǎng)＋智慧能源”，描繪了能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線圖。此后，國(guó)務(wù)院、各部門以及各地方政府陸續(xù)出臺(tái)多部政策。2017年9月，《關(guān)于推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵支持技術(shù)；重點(diǎn)任務(wù)之推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)裝備研發(fā)示范明確指出，大力發(fā)展儲(chǔ)能系統(tǒng)集成與智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與現(xiàn)代電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，重點(diǎn)包括應(yīng)用于智能電網(wǎng)及分布式發(fā)電的超級(jí)電容電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。
能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展下的超級(jí)電容機(jī)遇有哪些？
未來(lái)學(xué)家里夫金認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)的下四大特征分別為：以可再生能源為主要一次能源；支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入；基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣域能源共享；支持交通系統(tǒng)的電氣化；其五大支柱包括清潔能源、分布式能源結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)能設(shè)備、智能電網(wǎng)、智能交通、物流網(wǎng)絡(luò)。不難發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)能技術(shù)/設(shè)備在能源互聯(lián)網(wǎng)東風(fēng)之下，將獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
市場(chǎng)上的儲(chǔ)能設(shè)備分為兩大類，一是為高功率應(yīng)用而設(shè)計(jì)的“短跑模式”，在短時(shí)間提供大量功率，如超級(jí)電容器；另一類是能量密集型應(yīng)用的“馬拉松模式”，長(zhǎng)時(shí)間提供一致的能量，如蓄電池；兩者在工作壽命、性能、成本方面都有不同的特點(diǎn)，用途也有所差異。超級(jí)電容儲(chǔ)能過程是物理過程，能量密度低，但優(yōu)異的循環(huán)性能，環(huán)保特性、寬工作溫度范圍、大電流充放電使它廣泛運(yùn)用于后備電源、高頻率充放電、大功率輸出等場(chǎng)合。
在能源互聯(lián)網(wǎng)大背景下，超級(jí)電容器可廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電，微電網(wǎng)系統(tǒng)控制及電能質(zhì)量調(diào)節(jié)等，具體應(yīng)用：作為風(fēng)電、光熱發(fā)電等可再生能源發(fā)電的備用電源，提升設(shè)備的可靠性、安全性和免維護(hù)性；用于分布式能源發(fā)電以及電的儲(chǔ)能系統(tǒng)，利用其輸出(吸收)功率密度高的特點(diǎn)對(duì)分布式能源發(fā)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性進(jìn)行平滑，達(dá)到削峰填谷的效果；支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入，使系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，更加穩(wěn)定；為輸配用電設(shè)備提供儲(chǔ)能單元，滿足系統(tǒng)電源長(zhǎng)壽命、高可靠、免維護(hù)、高功率密度的要求。
超級(jí)電容能為能源互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)什么？
在能源互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，越來(lái)越多的分布式能源接入電網(wǎng)導(dǎo)致電能輸出質(zhì)量受影響，大量非線性負(fù)載接入電網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)諧波水平逐年升高；同時(shí)大容量沖擊性負(fù)荷的啟動(dòng)引起的電壓暫降等電能質(zhì)量問題受到人們的重視。凡此種種對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性提出了更新的要求。伴隨現(xiàn)代大功率電力電子、計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的快速發(fā)展，基于超級(jí)電容器的各類儲(chǔ)能裝置，有望在一定程度上解決發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的電能質(zhì)量問題。行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)集星科技介紹了相關(guān)應(yīng)用。
功率補(bǔ)償儲(chǔ)能系統(tǒng)：在可再生能源發(fā)電中，投入市場(chǎng)的技術(shù)主要是風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電，兩類新能源自身具有間歇性和隨機(jī)性，發(fā)電方式往往具有不均勻性，電能輸出易發(fā)生變化。這就需要使用一種緩沖器來(lái)儲(chǔ)存能量，而超級(jí)電容器因具有短時(shí)間響應(yīng)，大功率充放電、充放電簡(jiǎn)單、循環(huán)壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、大功率充放電等儲(chǔ)能特點(diǎn)，特別適用于離網(wǎng)型微電網(wǎng)中不穩(wěn)定的光伏、風(fēng)力發(fā)電的電能存儲(chǔ)，為其提供短時(shí)、最高至兆瓦級(jí)的功率補(bǔ)償，提升電網(wǎng)電能質(zhì)量。該系統(tǒng)可以單獨(dú)或與電池等電源復(fù)合成為離網(wǎng)型微電網(wǎng)的儲(chǔ)能裝置，在微電網(wǎng)的發(fā)電側(cè)提供的電力出現(xiàn)短暫的電壓波動(dòng)時(shí)，提供補(bǔ)償，同時(shí)也用于對(duì)光伏發(fā)電的平流，改善供電質(zhì)量。
虛擬同步機(jī)技術(shù)：超級(jí)電容器應(yīng)用于虛擬同步機(jī)技術(shù)，能很好地解決風(fēng)電、光伏等分布式發(fā)電與電網(wǎng)的兼容性問題，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。該技術(shù)使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理、有功調(diào)頻以及無(wú)功調(diào)壓等特性，使并網(wǎng)逆變器從內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制和外部運(yùn)行特性上可與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣，能夠促進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng)；無(wú)論并網(wǎng)還是孤島運(yùn)行，逆變器均采用同一種控制方式，無(wú)需切換，一直具有自我調(diào)節(jié)能力，因此系統(tǒng)更加穩(wěn)定。未來(lái)的電力系統(tǒng)在采用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷能夠通過內(nèi)在的同步機(jī)制自主交互，不需要人工調(diào)節(jié)的情況下就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器：市場(chǎng)上已出現(xiàn)大容量UPS、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置DVR等調(diào)節(jié)裝置用以解決電能質(zhì)量問題。在直流母線上放置超級(jí)電容作為儲(chǔ)能裝置，利用超級(jí)電容容量大，充放電速度快的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)器能夠快速平抑復(fù)合的波動(dòng)功率或突變功率，從而改善負(fù)荷品質(zhì)，達(dá)到提升電能質(zhì)量的效果。
混合儲(chǔ)能是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的下一步？
沒有單一的儲(chǔ)能解決方案能夠適用于每個(gè)電網(wǎng)級(jí)應(yīng)用。通常情況下，“短跑”+“馬拉松”式混合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用乃大勢(shì)所趨，此類系統(tǒng)應(yīng)用能夠滿足具有看似相左的應(yīng)用，例如快速響應(yīng)與電力調(diào)峰。目前熱儲(chǔ)能-電池、電池-電池、超級(jí)電容-電池的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在國(guó)外項(xiàng)目均有所應(yīng)用。我國(guó)亦有實(shí)例，鹿西島并網(wǎng)型微網(wǎng)示范工程所使用的是2兆瓦×2小時(shí)的鉛酸電池組、500千瓦×15秒的SPSCAP@超級(jí)電容和5臺(tái)500千瓦的雙向變流器組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行良好。雖然商業(yè)化應(yīng)用的數(shù)據(jù)尚無(wú)，加之混合儲(chǔ)能系統(tǒng)本身會(huì)有更復(fù)雜的電源管理要求，但無(wú)疑智能技術(shù)的快速發(fā)展有助于破解此類技術(shù)難題。能源互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展下所催生的新型儲(chǔ)能設(shè)備要求，對(duì)超級(jí)電容說(shuō)恰是機(jī)遇。