1.超级电容器在太阳能系统中的应用 太阳能的利用最终分为两个方面：太阳能利用和太阳能利用。太阳能发电分为光伏发电和光热发电，其中光伏发电是利用光伏电池直接将太阳能转化为电能。光伏发电在转化效率、设备成本和发展前景上都远远强于光热发电。自实用多晶硅光伏电池问世以来，太阳能光伏发电在世界上的应用已经开始。 目前，太阳能光伏发电系统有三个发展方向：独立运行、并网和混合光伏发电系统。在独立运行系统中，储能单元通常是必要的。它可以储存日照时发出的剩余电能，供日照不足或无日照时使用。目前，国际光伏能源产业的需求已经从偏远农村地区和特殊应用发展到并网发电和建筑供电相结合的方向，光伏发电已经向替代能源过渡。国内光伏能源系统仍主要用于城市路灯、草坪灯、庭院灯、广告牌等独立光伏发电系统。由电池组成的储能系统可以熨平阳光强度波动引起的电能波动，补偿电网系统中电压的突然下降或突然上升。但由于充放电次数有限，大电流充放电时间慢，使用寿命短，成本高。因此，在太阳能光伏发电系统中使用超级电容器组将使其并网发电更加可行。 2.超级电容器在风力发电系统中的应用分析 风力发电作为目前发展最快的可再生能源发电技术，具有广阔的应用前景。然而，风能是一种随机变化的能源。风速变化会导致风电机组输出功率波动，影响电网的电能质量。 目前，风电有功功率波动大多采用直接调节风力涡轮机运行状态的方法来缓解其输出功率，但该方法的功率调节能力有限；并联静态无功补偿装置通常用于无功功率波动，但无功补偿装置不能抑制有功功率波动。通过额外的储能设备，不仅可以调节无功功率，稳定风电场母线电压，还可以在较宽范围内调节有功功率。风力发电研究表明，.01Hz-1Hz波动功率对电网电能质量影响最大，抑制频段风电波动对电网电能质量影响最大，抑制频段风电波动采用短时间能量储存可达到目的，可实现短时间能量储存小容量储能设备对风力发电的应用价值很高。超级电容器容器具有数万次以上的充放电循环寿命和大电流充放电特性，能够适应风能的大电流波动。它能在白天阳光充足或风力强的情况下吸收能量，在夜间或风力弱的情况下放电，，实现更有效的并网。 3.新能源汽车发展中超级电容器的机遇 超级电容器在新能源汽车领域（DHC-5R5D105T）可与二次电池配合使用，储能保护电池。通常，超级电容器与锂离子电池完美结合，形成性能稳定、节能环保的动力汽车电源，可用于混合动力汽车和纯电动汽车。锂离子电池解决了汽车充电储能和为汽车提供持久动力的问题。超级电容器的使命是在汽车制动或怠速运行时收集和储存能量，为汽车启动和加速提供大功率辅助动力。超级电容器可以在汽车减速、下坡、制动时快速回收和储存能量，将车辆运行过程中产生的不规则动力安全转化为电池充电能，保护电池安全稳定运行；启动或加速时，电池将能量转移到超级电容器，可在短时间内提供所需的峰值能量。 在国内新能源汽车制造商中，许多制造商选择了超级电容器和锂离子电池的技术路线。例如，安凯客车的纯电动客车和海马并联纯电动汽车Mpe等车型采用锂离子电池/超级电容器动力系统；厦门金龙旗下厦门金旅生产的45辆油电混合动力汽车采用了720家世界领先的超级电容器制造商——美国MAXWELL2008年下半年，45辆混合动力公交车投入杭州运营，因节油效果明显而受到好评。2009年4月22日，MAXWELL该公司宣布，它收到了三家中国领先的运输巴士制造商的总价值约为1350万美元BOOSTCAP（R）超级电容器模块采购订单。2009年4月22日，MAXWELL该公司宣布，它收到了三家中国领先的运输巴士制造商的总价值约为1350万美元BOOSTCAP（R）超级电容器模块采购订单。MAXWELL该公司预计到2009年底将有150多辆混合动力巴士使用该公司的超级电容器。 4、智能分布式电网系统 4.1.智能电网中超级电容器的应用研究分析 当今社会对能源和电力供应的质量、安全性和可靠性的要求越来越高。由于其自身的缺陷，传统的大电网供电方式已不能满足这一要求。能够集成分布式发电的新型电网微电网应运而生。它能节约投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性，是未来的发展方向。电容作为微电网中不可缺少的储能系统，起着非常重要的作用。超级电容器作为一种新型的储能设备，以其不可替代的优势成为微电网（Microgrid）储能的首选装置之一。微电网由微电源、负荷、储能和能量管理器组成。储能在微电网中的作用形式有:连接到微电源的直流母线、包含重要负荷的馈线或微电网的交流母线。前两种称为分布式储能，最后一种称为中央储能。并网运行时，微电网内的功率波动由大电网平衡，储能处于充电备用状态。当微电网从并网运行切换到孤网运行时，中央储能立即启动，以弥补功率短缺。负载波动或微电源波动可由中央储能或分布式储能平衡。其中，微电源的功率波动有两种平衡方法，将分布式储能与需要储能的微电源连接到馈线上，或将储能直接连接到微电源的直流母线上。 1)提供短时供电 微电网有两种典型的运行模式：正常情况下，微电网与传统配电网并网运行，称为并网运行模式；当发现电网故障或电能质量不符合要求时，微电网将及时与电网断开，独立运行，称为孤网运行模式。微电网通常需要从传统的配电网中吸收一些有功功率。因此，当微电网从并网模式转变为孤网模式时，会出现功率缺陷。储能设备的安装有助于两种模式的顺利过渡。 2)用作能量缓冲装置 由于微电网规模小，系统惯性小，网络和负载波动严重，影响整个微电网的稳定运行。我们总是期望微电网中高效发电机（如燃料电池）始终工作在它的额定容量下。但微电网的负荷并非整天不变，相反，它会随着天气的变化而波动。为了满足峰值负荷供电，必须使用燃油和燃气的峰值调节电厂进行峰值负荷调节。由于燃料价格高，这种方法的运行成本太贵。超级电容器储能系统可以有效地解决这个问题。它可以在负载低时储存多余的电源，并在负载高峰时返回微电网以调整功率需求。超级电容器功率密度高、能量密度高的特点使其成为处理尖峰负荷的最佳选择，超级电容器只存储与尖峰负荷相同的能量。 3)提高微电网的电能质量 储能系统在提高微电网电能质量方面发挥重要的作用。超级电容器储能系统向用户和网络提供的无功和有功能可以通过逆变器控制单元进行调整，从而达到提高电能质量的目的。由于超级电容器可以快速吸收和释放大功率电能，非常适合应用于微电网电能质量调节装置，解决系统暂时停电、电压突然升高、电压突然降低等问题，使用超级电容器提供快速功率缓冲、吸收或补充电能，提供有功功率支持进行有功或无功补偿，稳定平稳电网电压波动。 4)智能分布式电网系统超级电容器必不可少 从智能电网的未来发展趋势看，智能分布式电网系统将是未来电网系统的主流。要实现智能分布式电网系统的建设，必须有分布式储能装置、中央储能装置等缓冲设备。当能源生产过程不稳定时，需要缓冲器来储存能量。当能源生产过程稳定，需求不断变化时，还需要储能装置。燃料电池不同于风能或太阳能，只要有燃料，就能持续输出稳定的电能。然而，负荷需求随时间而变化很大。如果没有储能装置，燃料电池必须做得很大，以满足峰值能源需求，成本太高。储能装置可以在短时间内通过储能装置提供所需的峰值能量。 在分布式电网系统中，电力系统的临时冲击是不可避免的，超级电容器的优越性能可以减少临时冲击对整个系统性能的影响。因此，在未来的智能分布式电网系统中，超级电容电网系统中至关重要。 4.2.超级电容器在智能电网中的应用前景 理想的电源电压应为具有标称振幅值和频率的纯弦波形。但由于供电电压不理想、线路阻抗、供电系统承受的各种干扰、负载的时变性和非线性，供电电压往往存在各种电能质量问题。电压电能质量问题通常表现为振幅或波形异常：电压暂降、三相不平衡、电压波动和闪变、谐波和频率变化等。在所有这些电能质量问题中，电压暂降和电压短期中断对电气设备的危害尤为严重，短短几个周期的电压暂降可能严重影响设备的正常运行。在欧美发达国家，电压暂时下降的经济损失可以达到数百万美元，而短期电压中断的后果更为严重。目前，电压暂降已成为最重要的电能质量问题。在对电能质量的诸多问题投诉中，由电压暂降引起的用户投诉占总投诉量的80%以上，而由谐波、开关操作过电压等引起的电能质量问题投诉不到20%。从另一个角度来看，电压暂降和短期中断是非常有害的，因为许多电气设备对它过于敏感。降低设备对电压暂降和短期中断的敏感性，提高其抗干扰能力，可以最大限度地减少损失，甚至完全避免电压暂降和短期中断造成的损失。 目前，主要的解决方案是安装UPS电源、多路供电、安装DVR(动态电压恢复器)等。在这些措施中，大功率UPS成本过高，多路供电也不能完全避免电压暂降和短时中断造成的损失，DVR(动态电压恢复器)在中国的研究才刚刚开始。考虑到提高负荷抗干扰能力，可根据用户需要定制不同的设备，即所谓的用户电力技术。用户电力技术是20世纪90年代开发的一种新技术，是指根据用户对电力可靠性和电能质量的要求，将大功率电力电子技术与配电自动化技术相结合，为用户配置所需的电力。主要产品有固态断路器 静态补偿器（STATCOM）、动态电压恢复器（DVR，DynamicVoltageRestorer）配电系统扰动引起的各种问题，如电压暂降、凸起、瞬时间歇等。 目前，电压补偿的技术产品主要包括DVR(动态电压恢复器)和UPQC(统一电能质量控制器，动态电压恢复器（DVR）和有源滤波器（APF））。世界上第一个DVR1997年8月，美国西屋公司成功开发了动态电压恢复器装置Duke电力公司投入运营。APF并联于线路，而DVR串联线路的目的是APF重点治理电流型电能质量问题，DVR关注电压型电能质量。两个装置共用储能单元和能量接口，可单独运行，实现自身功能。 目前的困难在于，传统的储能装置很难快速响应该电能的临时波动。通过增加超级电容器组，上述技术问题可以顺利解决。因此，该设备作为解决智能电网系统用户电能质量问题的核心端口，具有广阔的市场前景。 5.分布式储能系统 5.1.电力储能系统的分类及主要功能 自20世纪80年代以来，世界电力行业开始了电力系统改革，其核心是实现电力企业的私有化，建立竞争性的电力市场。电力市场是电力系统中的发电和传输供电、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。