【正文】 儲能的直流電源系統(tǒng)可行性分析 在 110KV、 35KV、 10KV的中小型末端變電站以及企業(yè)內(nèi)部的 6KV配電系統(tǒng)中，經(jīng)常性負荷通常小于 5A。 由蓄電池組成的直流電源，能存儲很大的電能而實現(xiàn)停電后的長時間的直流供給。有限的儲能及較大的漏電，使其無法在任何情況下保證事故分閘所需要的能量，由此造成的嚴重事故時 有發(fā)生。經(jīng)過多年的運行，這些變電站的直流設(shè)備主要存在充電機不能正常運行，并且無法修復，蓄電池損壞嚴重等問題。由于閥控蓄電池在內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 14 我國問世只有 10年左右，至今還沒有特別成熟的制造、運行經(jīng)驗。由于直流電源是變電站設(shè)備中的重中 之重，直接影響到變電站的安全運行，直流電源是日常必檢項目。這是為了浮充電流如果過大 ，會使電解液中的水電解成氫和氧，這兩種氣體混合是危險的爆炸氣體，如果通風不良就有可能發(fā)生危險。蓄電池在加工生產(chǎn)中不可能做到每只電池的充放電特性完全一致，雖然生產(chǎn)廠家在出廠時進行匹配組合，到了用戶手中就沒有多少挑選的余地。 在發(fā)電廠和變電所中，直流控制負荷和動力負荷對安全性、可靠性和運行定性要求較高。摸板法炭材料，盡管不易制備且成本較高，但是卻可以在電化學電容器充電過程中提供孔徑效應這一重要信息。在電化學極化的應用過程中，在被困在超微孔葉形成非溶劑化離子之前，溶劑化離子很容易擴散到介孔中。然而，活性炭材料中的微孔占了很大的比重，這部分孔隙無法被電解質(zhì)離子潤濕形成有效雙電層，從而降低了碳材料的有效比表面積，限制了碳材料比容量的提高。 與純介孔硅材料相比，介孔碳材料表現(xiàn)出特殊的性質(zhì)，有高的比表面積，高孔隙率；孔徑尺寸在一定范圍內(nèi)可調(diào)；介孔形狀多樣，孔壁組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可調(diào)；通過優(yōu)化合成條件可以得到高熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；合成簡單、易操作、無生理毒性。 由此可 見，微孔和超微孔在離子吸附上起了重大作用，然而少量介孔的存在有利于離子在電極材料中的快速傳輸。電導率與材料的多孔結(jié)構(gòu)具有密切的關(guān)系?？茖W家們用炭化物為炭源得到的炭材料孔徑內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 10 小于 1 nm，其電容值具有顯著地提高。將電極材料對換，電容值降低而電阻值顯著增大。然而由于有機電解液具有較高的電位窗口，使得 被存儲的能量比在水性電解液中多的多，因此有機電解液更受青睞。這一觀點與電容值證比于 BET比表面積的觀點相背離。采用不同的炭源和活化工藝所制成的活性炭已被廣泛的用于超級電容器領(lǐng)域。 1. 活性炭粉末 通常認為比表面積越大，在電極和電解液表面積累電壓的能力就越高。炭材料的多孔結(jié)構(gòu)決定了離子的傳輸，且孔道內(nèi)電解液離子的遷移率和 EDLC的性能密切相關(guān)。 1. 炭基電極材料 炭材料具有粉末、塊狀、纖維狀、布、氈等多種形態(tài)，具有以下獨特的物理和 化 學性質(zhì)，包括： (1)高電化學導電性 (2)高比表面積 (3000 m2． g1) (3)很好的防腐性能 (4)高熱穩(wěn)定性 (5)可控的孔結(jié)構(gòu) (6)可調(diào)的表面化學性質(zhì) (7)復合材料具有兼容性且易加工 (8)廉價易得 因為具有以上多種形態(tài)及特點，炭材料被廣泛的用作超級電容器的電極材料。采用超級電容器與蓄電池混合儲能，可以大幅度減輕電臺等背負設(shè)備的重量；為軍用運輸車、坦克車、裝甲車等解決車輛低溫啟動困難的問題，還可提升車輛的動力性和隱蔽性；解決常規(guī)潛艇中蓄電池失效快 、壽命短的問題；還可以為雷達、通信及電子對抗系統(tǒng)等提供峰值功率，以減小主供電電源的功率等級。 變頻驅(qū)動系統(tǒng)的能量緩沖器 超級電容器與功率變換器構(gòu)成能量的緩沖 器，可以用于電梯等變頻驅(qū)動系統(tǒng)。 可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備的輸出功率具有不穩(wěn)定性和不可預測性的特點。由于超級電容器的壽命是普通化學電池的 100 倍以上且徹底免維護，使用超級電容器作為動力源的城市交通電動汽車綜合運營成本大大低于采用電池作為動力源的電動汽車。其典型的應用有玩具車，其體積小、重量輕，能很快跑動。典型的應用有太陽能手表、路標燈、公共汽車停車站時間表燈、交通信號燈等，它們能長時間使用，不需要任何維護。典型的應用有：錄像機、 TV 衛(wèi)星接收器、汽車音頻系統(tǒng)、出租車的計量器、無線電波接收器、出租計費器、鬧鐘、控制器、家用面包機、咖啡機、照相機和電視機、計數(shù)器、移動電話、尋呼機等。只有攻克這一瓶頸問題，超級電容器才有可能在能最儲存領(lǐng)域占有不可或缺的位置。此性質(zhì)對于混合工具上的自動化應用程序、電池電子工具的后備能源、風力渦輪機的電子能量應用程序有重大意義。例如應用超級電容器可以滿足汽車在加速、啟動、爬坡時的高功率要求；或作為燃料電池的啟動動力、移動通訊和計算機系統(tǒng)的后備電源等。 這一 發(fā)明 的意義相當重大，該突破不僅從根本上改變了電 動車 在交通運輸中的位置，也將改進諸如風能、太陽能等間歇性能源的利用性能，增進了電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，滿足人們能源安全的需求，減少對 石油 的依賴。 而 EEStor 開發(fā)的超級電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲能量的能力 大大提高。而燒 汽油 的內(nèi)燃機車走相同里程則要花費 60 美元 。 2020 年 1 月 16 日， 美國 得克薩斯州一家 研制 電動汽車 儲能裝置，名為 EEStor的公司打破沉默，對外宣告了他們 “里程碑 ”式的成果：他們的自動生產(chǎn)線已經(jīng)由獨立的第三方分析驗收，其產(chǎn)品的關(guān)鍵物質(zhì)鋇鈦酸鹽粉末已經(jīng)完成了最初的純化， 純度 達到了 %。 （ 40— +70℃）而蓄電池很難在高溫特別是低溫環(huán)境下工作。 超級 電容器的特點 由于超級電容器的結(jié)構(gòu)及工作原理使其具有如下特點： 超級電容器結(jié)構(gòu)框圖 ，超級電容器采用活性炭粉與活性炭纖維作為可極化電極與電解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容量的計算公式，那么兩極板的表面積越大，則電容量越大。當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原 電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V 以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。 這一特點與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會出現(xiàn)符號相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 2 第一章 超級電容器 超級電容器的概述 超級電容 器，又叫 雙電 層電容器 、 電化學電容器 , 黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。 當前，超級電容器儲能技術(shù)在國內(nèi)還處于前沿探索階段，因此對超級電容器儲能及應用技術(shù)開展深入的研究具有十分重要的意義，可以為解決電力系統(tǒng)、可再生能源、電動汽車以及沖擊性負載中出現(xiàn)的問題提供一個新的解決方案。然而有些末端站及用戶站，實際上并不需要停電后長時間的直流供給，只是在分、合閘操作時需要直流電能。而超級電容器以其優(yōu)異的特性揚長避短，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學電池用于車輛的牽引電源和啟動能源，并且具有比傳統(tǒng) 的化學電池更加廣泛的用途。 （ 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復雜、造價高昂等致命弱點，一直沒有很好的解決辦法。由蓄電池組成的直流電源，可以存儲很大的電能從而實現(xiàn)停 電時長時間的直流供給，在一些重要變電站 (如 110kV 及以上級別的變電站 )應用廣泛。由于上述設(shè)備存在的問題，人們迫切希望有較好的辦法來解決，超級電容器的出現(xiàn)及其具備的優(yōu)良性能為 解決這一問題帶來了希望。作為一種新型的儲能系統(tǒng)，在直流電源中的應用將會更加廣泛，因此，論文以直流電源中存在的問題為引，介紹了超級電容器在直流電源中的應用。 超級電容器是建立在德國物理學家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。 雙電層電容器與 鋁電解電容器 相比內(nèi)阻較大，因此，可在無負載 電阻 情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會開路而不致?lián)p壞。當外加電壓加到超級電容器的兩個內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文 3 極板上時，與普通電容器一樣，極