5、分布式储能系统
5.1、电力储能系统的分类及主要作用
20世纪80年代以来,世界电力工业开始电力体制改革,其核心就是实现电力企业的私有化和构建竞争性电力市场。电力市场是电力系统中的发电、输电、供电、用电各部分组织协调运行并进行电力交易的综合体。
1992年,电力部正式提出建立国内的电力市场。随着中国电力体制改革的进一步深化,电力行业被重组为两大电网公司和五大发电公司,国家电力监管会正式挂牌运转,电力市场正在逐步形成。
电能作为商品,电能质量自然就成为其重要的特征参数。IEEE给出电能质量问题的一般解释为:在供电过程中导致电气设备出现误操作或故障损坏的任何异常现象。电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量,涉及到电压、频率、波形和三相平衡等方面的用电可靠性、连续性、可操作性等方面。
目前,美国西屋电气公司、德国西门子公司、日本三菱电气公司、瑞典ABB公司等各大电力设备制造商都制造出相应的产品。电压是电能质量的重要指标之一,影响电能质量的电压干扰,主要包括电压偏移、三相不平衡、电压波动与闪变、电压的谐波分量、电压跌落和瞬时断电等。
在提高电能质量的过程中,储能系统正起着越来越大的作用。根据容量大小的区别,储能系统的主要作用也各有不同。
(1)大型储能系统:主要用作电力网的可调节发电电源,对电力网进行控制和调节,如频率控制、备用容量控制、动态快速响应、削峰填谷调平负荷以及防止系统解列和瓦解等。
(2)中型储能系统:主要用于大功率远距离输变电系统,其主要功能有提高输电稳定性、维持电压稳定、抑制谐波、调节负荷等。
(3)小型储能系统:主要用于调节电能质量和提高供电可靠性,其主要功能有电压控制、抑制电压波动与闪变、抑制电压下跌、瞬时断电供电等。
6、超级电容在军用设备领域的应用
在移动通信基站、卫星通信系统、无线电通信系统中,都需要有较大的脉冲放电功率,而超级电容器所具有的高功率输出特性,可以满足这些系统对功率的要求。
另外,激光武器也需要大功率脉冲电源,若为移动式的,就必须有大功率的发电机组或大容量的蓄电池,其重量和体积会使激光武器的机动性大大降低。超级电容器可以高功率输出并可在很短时间内充足电,是用于激光武器的最佳电源。另外,超级电容器还可以用于战术性武器(电磁炸弹)中,作为炸弹发电机(FCC)的核心部件。
7、在城市轨道交通中应用研究分析
与道路、航空等交通方式相比,轨道交通运输具有运量大、定时、安全、环保、节能等显著优点。在全球倡导保护环境、防止地球温暖化的今天,轨道交通的环保、节能的优点已越来越受到人们的重视,今后应大力发展轨道公共交通已成为世界各国的共识。
从20世纪80年代开始,随着电力电子技术的飞速发展,交流牵引传动技术开始在轨道交通车辆上得到应用,并迅速得到普及。轨道交通车辆采用交流传动技术后,再生制动成为列车常用制动时的主要制动方式,由于再生制动能量可供相同供电区间内的其他力行状态的列车利用,这就进一步降低了列车的运行能耗,使轨道交通在节能运行方面的优势越发突出。然而,再生制动的前提是线路上必须有足够的负载来吸收再生能量,否则就容易造成再生制动的列车受电弓电压升高超过允许值,引发主电路断开,导致再生制动失效的现象发生。近年,随着2次电池、飞轮、超级电容(EDLC)、超导等储能技术的发展,如何利用储能技术来解决列车制动失效、改善列车受电弓电压、节约列车运行能量等问题得到世界轨道交通界的广泛关注。
目前国内外常采用在地面牵引变电所内设置再生制动能量吸收装置解决该问题,其中电阻耗能型吸收装置应用较为普遍,该装置仅将制动能量消耗,未将能量加以利用,且只解决了网压升高问题却没有考虑网压下降的问题。若采用储能装置将制动能量储存起来,并在列车起动取流时将所储存能量释放至电网,减少直流电网电流,则网压波动问题将迎刃而解。
储能装置的储能方式有多种,如飞轮储能、蓄电池储能及超级电容器储能等。通过各种储能方式的比较,提出车载超级电容储能装置来解决以上问题。考虑到列车制动能量较大,而超级电容组的吸收能力有限,因此为保证网压稳定,采用以电容吸收为主,电阻消耗为辅的吸收方案。该储能装置若能成功应用到城市轨道交通中,在合理解决网压波动问题的基础上,必能创造出巨大的经济效益,因此对城市轨道交通储能装置的研究具有十分重要的现实意义。
8、超级电容在运动控制领域的应用
在现代高层建筑中,电梯的耗能仅次于空调。以往的电梯采用机械制动的方法,将这部分能量以热的形式散发掉,这不但浪费,而且多余热量使机房温度升高,增加散热的负担和成本。如果能够回收多余的动能及势能,电梯系统真正消耗的能量就只限于电能转换中的损耗和机械损耗,其中主要包括变频器、牵引电机及其机械损耗。
因此,在电梯设计、配置中最迫切需要解决的问题是要全面考虑节能措施。采用节能环保型电梯是未来节能建筑领域的必然趋势。通过分析电梯系统的运动特性,我们可以发现节能的方向:电梯在升降过程结束时,经常会有制动刹车,产生巨大的制动电流,这是可以回收的;另外,在建筑高层,电梯和电梯使用者都具有很大的势能,也可以进行回收。由于超级电容器具有大电流充放电等优良的特性,可在电梯系统中作为能量回收装置回收能量。
超级电容器还可以应用于建筑领域的通风、空调、给排水系统中,作为启动装置。另外,超级电容器还可以应用于电站、变流以及铁路系统中,包括电磁阀门控制系统、配电屏分合闸、铁路的岔道控制装置等。
作为能源最大消耗者之一的港口机械设备,港口机械如场桥、岸桥中的吊具载运货物上升时需要很大的能量,而下降时自动产生的势能很大,这部分势能在传统机械设备中没有得到合理利用。除了在固定港口机械设备中,在流动机械中也同样存在上述问题。通过采用超级电容器,能够实现上升过程中的制动能量回收,下降过程中的势能回收。
超级电容器能用作飞机上柴油机启动系统工作电源的辅助电源,能提供飞机发动机瞬间所需的冲击大电流,另外还可以解决422系列电源车启动飞机瞬间功率不足的问题,从而在启动瞬间对直流电源车发电系统尤其是内燃机具有很大的保护作用。
总之,超级电容器能用于优化主要的运动控制系统的暂态响应性能,实现节能的目标。