能源互联网储能：超级电容器的下一个风口？

引言：电力能源界人士对功率型电源超级电容并不陌生：其发于军工，起于电网，兴于汽车的应用轨迹为人津津乐道。只是当能量型储能产品电池行业藉由如火如荼的新能源汽车，诞生了若干独角兽企业，并在资本市场赚得盆满钵满时，超级电容器的市场体量略显黯淡。能源互联网风口之下，超级电容器要起飞了吗？

能源互联网是国际社会火热的关键词。2015年7月，国务院印发《关于积极推进“互联网＋”行动的指导意见》，用大篇幅阐述“互联网＋智慧能源”，描绘了能源互联网发展路线图。此后，国务院、各部门以及各地方政府陆续出台多部政策。2017年9月，《关于推进储能技术与产业发展的指导意见》提出储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支持技术；重点任务之推进储能技术装备研发示范明确指出，大力发展储能系统集成与智能控制技术，实现储能与现代电力系统协调优化运行，重点包括应用于智能电网及分布式发电的超级电容电能质量调节系统等。
能源互联网发展下的超级电容机遇有哪些？
未来学家里夫金认为能源互联网的下四大特征分别为：以可再生能源为主要一次能源；支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入；基于互联网技术实现广域能源共享；支持交通系统的电气化；其五大支柱包括清洁能源、分布式能源结构、储能设备、智能电网、智能交通、物流网络。不难发现，储能技术/设备在能源互联网东风之下，将获得长远发展。
市场上的储能设备分为两大类，一是为高功率应用而设计的“短跑模式”，在短时间提供大量功率，如超级电容器；另一类是能量密集型应用的“马拉松模式”，长时间提供一致的能量，如蓄电池；两者在工作寿命、性能、成本方面都有不同的特点，用途也有所差异。超级电容储能过程是物理过程，能量密度低，但优异的循环性能，环保特性、宽工作温度范围、大电流充放电使它广泛运用于后备电源、高频率充放电、大功率输出等场合。
在能源互联网大背景下，超级电容器可广泛应用于新能源发电，微电网系统控制及电能质量调节等，具体应用：作为风电、光热发电等可再生能源发电的备用电源，提升设备的可靠性、安全性和免维护性；用于分布式能源发电以及电的储能系统，利用其输出(吸收)功率密度高的特点对分布式能源发电的随机性和波动性进行平滑，达到削峰填谷的效果；支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入，使系统具有自我调节能力，更加稳定；为输配用电设备提供储能单元，满足系统电源长寿命、高可靠、免维护、高功率密度的要求。
超级电容能为能源互联网带来什么？
在能源互联网的大背景下，越来越多的分布式能源接入电网导致电能输出质量受影响，大量非线性负载接入电网导致电网谐波水平逐年升高；同时大容量冲击性负荷的启动引起的电压暂降等电能质量问题受到人们的重视。凡此种种对电网稳定性提出了更新的要求。伴随现代大功率电力电子、计算机、通讯技术的快速发展，基于超级电容器的各类储能装置，有望在一定程度上解决发输配用各环节的电能质量问题。行业领军企业集星科技介绍了相关应用。
功率补偿储能系统：在可再生能源发电中，投入市场的技术主要是风力发电和太阳能发电，两类新能源自身具有间歇性和随机性，发电方式往往具有不均匀性，电能输出易发生变化。这就需要使用一种缓冲器来储存能量，而超级电容器因具有短时间响应，大功率充放电、充放电简单、循环寿命长、免维护、大功率充放电等储能特点，特别适用于离网型微电网中不稳定的光伏、风力发电的电能存储，为其提供短时、最高至兆瓦级的功率补偿，提升电网电能质量。该系统可以单独或与电池等电源复合成为离网型微电网的储能装置，在微电网的发电侧提供的电力出现短暂的电压波动时，提供补偿，同时也用于对光伏发电的平流，改善供电质量。
虚拟同步机技术：超级电容器应用于虚拟同步机技术，能很好地解决风电、光伏等分布式发电与电网的兼容性问题，使系统更加稳定可靠。该技术使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从内部运行机制和外部运行特性上可与传统同步发电机一样，能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性，防止脱网；无论并网还是孤岛运行，逆变器均采用同一种控制方式，无需切换，一直具有自我调节能力，因此系统更加稳定。未来的电力系统在采用虚拟同步机技术后，发电设备和负荷能够通过内在的同步机制自主交互，不需要人工调节的情况下就可以实现系统的稳定运行。
电能质量调节器：市场上已出现大容量UPS、动态电压调节装置DVR等调节装置用以解决电能质量问题。在直流母线上放置超级电容作为储能装置，利用超级电容容量大，充放电速度快的特点，调节器能够快速平抑复合的波动功率或突变功率，从而改善负荷品质，达到提升电能质量的效果。
混合储能是能源互联网发展的下一步？
没有单一的储能解决方案能够适用于每个电网级应用。通常情况下，“短跑”+“马拉松”式混合储能系统应用乃大势所趋，此类系统应用能够满足具有看似相左的应用，例如快速响应与电力调峰。目前热储能-电池、电池-电池、超级电容-电池的混合储能系统在国外项目均有所应用。我国亦有实例，鹿西岛并网型微网示范工程所使用的是2兆瓦×2小时的铅酸电池组、500千瓦×15秒的SPSCAP@超级电容和5台500千瓦的双向变流器组成的混合储能系统运行良好。虽然商业化应用的数据尚无，加之混合储能系统本身会有更复杂的电源管理要求，但无疑智能技术的快速发展有助于破解此类技术难题。能源互联网大发展下所催生的新型储能设备要求，对超级电容说恰是机遇。