引言
當今社會對能源和電力供應的質量以及安全可靠性的要求越來越高,傳統(tǒng)的大電網供電方式由于其本身的缺陷已經不能滿足這種要求。能夠集成分布式發(fā)電的新型電網——微電網應運而生，它能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高系統(tǒng)安全性和靈活性,是未來的發(fā)展方向。而作為微電網中必不可少的儲能系統(tǒng)，發(fā)揮著十分重要的作用。超級電容器作為一種新型的儲能器件，因為其無可替代的優(yōu)越性，成為微電網儲能的首選裝置之一。
目前，在我國比較偏遠的山區(qū)，架設輸電線路的成本較高，而且即使架設了輸電線路，運行成本也較高，因此實現(xiàn)電氣化有一定的難度。如果利用風力或太陽能發(fā)電構建微電網，將電力轉化為超級電容器的電場能儲存起來，待需要時再將電場能轉換為電能供電是非常經濟的，而且不會對環(huán)境產生任何破壞。
對于我國大部分農村地區(qū)，電網可靠性往往不高，難免出現(xiàn)短時停電，然而提高可靠性需要的成本過高?？梢栽谪摵杉袇^(qū)域建立微電網，在電力正常供應時通過超級電容器儲能系統(tǒng)將電力儲存起來，而在停電時由超級電容器儲能系統(tǒng)供電。即使在我國較發(fā)達的城市地區(qū)，超級電容器儲能系統(tǒng)也具有重要的作用。超級電容器儲能系統(tǒng)在電力充足時將電力儲存起來，而在電力供應不足時回饋給電網，保證電網負載始終是均衡的。同時，超級電容器儲能系統(tǒng)可以改善電能質量，取代目前使用的UPS，提高重要負載設備如通信設備、計算機和醫(yī)療設備等的供電可靠性。
由此可見，既經濟可靠又對環(huán)境友好的超級電容器儲能系統(tǒng)是大有市場前景的，研究超級電容器儲能系統(tǒng)在微電網中的應用也符合對環(huán)境保護的要求。太陽能、風能和燃料電池等無污染能源儲存在超級電容器中,適時提供電能,不需要投資大的發(fā)電站,也不需要復雜的輸送電網,是一種投資少、又能有效應用可再生能源的節(jié)能措施。
1 超級電容器儲能
1.1 超級電容器的特性
超級電容器（supercapacitor），又叫雙電層電容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容，是介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能元件，其容量可達幾百至上萬法，比功率是電池的10倍以上，儲存能力比普通電容器高，具有工作溫度范圍廣、可快速充放電、循環(huán)壽命長、無污染、零排放等特點。
1）具有超高的容量。超級電容器的容量最大可做到上萬法拉，比同體積的電解電容器容量大2000～6000倍。
2）具有極高的功率密度。超級電容器的功率密度可達到18kW/kg左右，可以在短時間內放出幾百到幾千安的電流。這個特點使得超級電容器非常適合用于短時間高功率輸出的場合。
3）充放電速度快。超級電容器不產生化學反應，可以直接將電力貯存起來，充電所需的時間非常短。超級電容器充電可采用大電流充電，能在幾十秒到數(shù)分鐘內完成充電過程，是真正意義上的快速充電。而蓄電池則需要數(shù)小時完成充電，采用快速充電也需要幾十分鐘。
4）使用壽命長。超級電容器半永久性使用，無需更換。傳統(tǒng)的充電電池經過多次充電和放電后，電解液逐漸分解、材料變質，性能也隨之下降，用上幾年后大都需要更換。超級電容器充放電過程中發(fā)生的電化學反應都具有良好的可逆性，可反復進行充放電數(shù)十萬次以上，基本上無需更換。
5）環(huán)境溫度對正常使用影響不大。使用溫度范圍廣,低溫性能優(yōu)越，可達-40～+85℃。而電池僅為0～+40℃。
當然，超級電容器也有其缺點。如果使用超級電容器不當，會造成電解液泄漏等現(xiàn)象。超級電容器不可應用于高頻率充放電的電路中，高頻率的快速充放電會導致電容器內部發(fā)熱，容量衰減，內阻增加，在某些情況下會導致電容器性能崩潰。當超級電容器進行串聯(lián)使用時，存在單體間的電壓均衡問題。單純的串聯(lián)會導致某個或幾個單體電容器過壓，從而損壞這些電容器，整體性能受到影響。
1.2 與其它儲能元件的比較
表1是超級電容器與蓄電池、超導儲能以及飛輪儲能的性能比較。蓄電池技術成熟、價格低，但其循化壽命低、污染環(huán)境，即將被新型環(huán)保的儲能元件取代。飛輪儲能、超導儲能和超級電容器均為優(yōu)秀的儲能元件，是未來的發(fā)展方向，它們具有類似的特性，都可以應用于微電網中。超導儲能、飛輪儲能可以用于快速補償，但其功率密度比超級電容器低得多，效果要差一些。和其他儲能方式相比，超導儲能價格昂貴，除了超導本身的費用外，維持低溫所需要的費用也相當可觀。而飛輪儲能受到轉速及機械強度的限制。
在微電網中，由負荷或者微電源導致的電能質量問題往往具有持續(xù)時間短、出現(xiàn)頻繁的特點。相比較而言，作為短期儲能裝置，超級電容器更為理想,因此，主要考慮超級電容器在微電網中的應用。雖然目前超級電容器價格依然偏高，但隨著價格的逐漸下降，超級電容器作為一種高效、實用、環(huán)保的能量存儲裝置，必然會成為理想的選擇。