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超级电容器的應用領域

時間:2015年09月14日 信息來源:本站原創

                           

一、運輸業

1、混合動力汽車 
用于公交車和卡車的混合電力、氫氣和基于燃料電池的動力系統提高了燃油效率,降低了有害排放。該類型混合架構對于執行大量“停走”驅動的大型車輛特別有吸引力,如市內運輸公交車和貨運卡車。傳統的公交車和卡車的效率很低,産生高度有害的排放,因爲它們碩大的引擎(通常是柴油機)持續不斷地給車輛加速和減速--這是一種效率最低的産生動力的方式。 
在串聯混合系統中,較小的引擎與發電機緊密配合,在恒定、有效的速度和功率輸出級上工作。當車輛動力暫時需要增加的時候,如加速期間或爬山時,要從車上由電池和超級電容組成的能量儲存系統吸取電力。當車輛的動力需求較低時,該能量儲存系統被充電。這樣不僅僅能量效率增加了,而且車輛能夠通過再生制動(regenerativebraking)在它減速時重新回收(加速時付出的)能量。
2、電動汽車 
采用基于超级电容的方案开发了单轴并联式混合动力轿车,实现了发动机管理系統、全浮式ISG电机、电控双离合器、电控双驱动空调等多项核心技术的创新。研究了混合动力轿车系统的控制策略,优化匹配了发动机和电机的扭矩分配,实现了混合动力的节能和降低排放的优点。系统首先对纯发动机电控系统的标定匹配试验工作,排放达到了欧三标准。然后进行了混合动力系统的起动和怠速优化试验,实现了混合动力的起动控制参数的优化匹配,降低了起动污染物的排放,提高了燃油的经济性。
國外混合動力轎車使用超級電容技術已有先例。超級電容能在短時間內提供和吸收大的功率,而且能量回收效率高、充放電次數高、循環壽命長、工作溫度區域寬;其使用的基礎材料價格也很便宜,適合頻繁加速和減速的城市交通工況。在國內,超級電容價格相對于電池要便宜的多,適合低成本方案。盡管超級電容比能量比較低,但是可以通過控制策略的研究,合理地進行能量分配,滿足混合動力工況需求,並且隨著其技術的日益成熟和車載示範運行的不斷深入,超級電容將會快速進入汽車市場,使産量上升,價格下降。
采用性價比優良的超級電容儲能裝置,開發低成本、高可靠性的混合動力系統。經過大量的方案選型和設計,采用並聯單軸混合動力方案,集成發動機、ISG電機、超級電容和雙離合器等部件。它是將盤式一體化起動機/發電機直接安裝在內燃機曲軸輸出端,電機轉子和發動機曲軸直接連接,定子固定在發動機機體上。電機取代了飛輪以及原有的起動機和發電機。 
3、車輛低溫啓動 
超級電容器與蓄電池並聯應用可以提高機車的啓動性能。將16.2V-250F超級電容與12V45A的蓄電池並聯啓動1.9L柴油機的汽車,在-10℃時平穩起動,盡管在這種情況中,當不連接超級電容器,蓄電池也可以啓動,但采用超級電容器與蓄電池並聯時啓動電動機的速度和性能都非常得好。由于電源的輸出功率的提高,啓動速度由僅用蓄電池的時候啓動速度300/min,用超級電容器與蓄電池並聯時就會增加到450/min;而提高汽車在冷天的起動性能(更高的起動轉矩),超級電容器是非常有意義的,在-20℃時,由于蓄電池的性能大大下降,很可能不能正常啓動或需多次啓動才能成功,而超級電容器與蓄電池並聯時則僅需一次點火。其優點非常明顯。 
4、軌道車輛能量回收
超級電容器應用于軌道車輛中。在軌道車輛制動的時候,回收制動能量,存儲于超級電容器中,當車輛再加速時,超級電容器將這些能量釋放出來。節省了30%的能量。同時,每輛車用2個系統,單個系統功率提升至300kw。這樣可以使網絡上可以運行更多更快的車輛。
5、航空航天 
航空航天
爲開啓門提供爆發動力,16x56UCs
使用壽命25年,140000飛行小時
已經通過空中客車公司資質證明,于2004年測試
已交付多于100kPC100産品
設計變成BCAP0140産品
每個A380上緊急啓動16個門,2個長期使用的登機門,14個應急門。Airbus空中客車公司已證明的解決方案。
在地面上,正常操作和緊急操作時,門必須被打開
在飛行時,門必須被關上並鎖緊
滑道必須在緊急情況被需要的時候膨脹
工作峰值負載60A
待機時間8小時,(要求低自放電)
總能量11000W
可預測的充電級別,充電狀態持續監視
門控制器冗余電源
限制質量和體積
應用超級電容器的優勢
質量小
高循環壽命
高可靠性
免維護 
6、電動叉車 
物料搬運用氫燃料電池動力包
結構:燃料電池與超級電容器結合
燃料電池:14kW額定功率
超級電容器包:
48V額定電壓,300F
40kW峰值功率
混合動力叉車設計
電動叉車:超級電容器與燃料電池或電池並聯
柴油發動機:用超級電容器混合驅動傳動機構
傳送和接收峰值功率,最佳化主能量源尺寸
能量回收
節省燃料
更長工作時間 
7、 起重機 
起重機
一种利用超级电容的轮胎式龙门集装箱起重機,它的主要工作机构有起升机构、小车机构和大车机构。起升机构在起升时耗电,由柴油发电机组供给,下降时其势能转换成电能反馈给轮胎式龙门集装箱起重機,小车机构和大车机构在驱动和运行时耗电,在制动时反馈电能给轮胎式龙门集装箱起重機。
其特征在于,由柴油发电机组发出的三相交流电源经过交流变频器的整流装置,转换成直流电源DC,DC电源通过交流变频器中的变频装置,将DC电源转换成频率和电压可控的交流电源AC,用于驱动起升、大车或者小车机构;将超级电容并联在DC电源总线上,利用DC总线监测电压变化范围,在电压上升时充电,在电压下降时放电,随着超级电容不断放电,其端电压下降,DC总线电压跟着下降,当检测到此电压低于柴油发电机组的电源整流电压时,柴油发电机组开始参与供电,在制动时反馈电能给超级电容,超级电容不断得到反馈的能量的充电,又不断地释放电能;当轮胎式龙门集装箱起重機的工作机构处于再生反馈状态时,机构将能量反馈到DC总线上,DC总线电压在电压变化范围内逐步上升,使超级电容不断吸收电能;当DC电压由工作机构电机再生反馈电能引起上升时,超级电容进入充电状态,随着超级电容不断充电,其端电压上升,DC总线电压跟着上升,所有机构的反馈能量都被超级电容吸收。利用大容量超级电容器,可以短周期大电流充电和放电,在起动时能迅速大电流放电,下降时能迅速大电流充电,将能量吸收,起到节能环保的作用。
二、工業
1、手電筒 
在需要使用手電筒的緊急情況下,卻發現手電筒越來越暗淡無光,是十分令人沮喪的,因爲電池的壽命已至。即使是現代的LED手電筒,也需要數小時充滿電,而且電池的循環壽命很短。
電池的所有這一切都可能成爲曆史。一種使用超級電容器而不是電池做爲儲能元件的手電筒,充電只需90s,循環壽命可達50萬次。如果您每天使用一個充放電循環,可使用約135年。
這種戰術手電筒是爲專業用戶開發的,主要是如警察和軍隊。 

2、直流屏儲能系統 
直流屏作爲供電電源,在變電站、發電廠、大中型廠礦企業等供電系統中占有很重要的地位,主要用于向控制、保護、通信設備、自動裝置操作機械和調節機械的傳動機構供電,同時還可以作爲獨立的事故照明電源,所以其性能及可靠性直接影響到整個供電系統的正常安全運行。
由蓄電池組成的直流屏,可以存儲很大的電能從而實現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。然而有些不重要的末端站及用戶站,實際上並不需要停電後長時間的直流供給,只是在分、合閘操作時需要直流電能。考慮到要保證事故分閘的可靠性使用了蓄電池式直流屏,必然帶來很高的運營成本,設備需要經常的維護保養且使用壽命很短。另外故障率也因其電池的多節串聯而增加,任何一節電池有問題,都將影響整個蓄電池組的正常工作,且廢棄蓄電池對環境帶來很大危害。由于上述設備存在的問題,人們迫切希望有較好的辦法來解決,超級電容器的出現及其具備的優良性能爲解決這一問題帶來了希望。
超級電容器與電池相比,具有許多電池無法比擬的優點。
(1)具有非常高的功率密度。
(2)充電速度快。
(3)使用壽命長。
(4)低溫性能優越。
(5)超級電容器使用的材料安全、無毒、環保,並且免維護。而蓄電池需要經常維護,廢棄的蓄電池對環境帶來很大危害。
目前,高壓開關櫃的操作機構大多采用CD2、CD10、CD17等型號,其合閘電流一般在100~200A,超級電容器完全可以在短時間內提供這樣大的電流。經過對直流屏的簡單改造,完全可以替代蓄電池對電磁操作機構供電。
放電過渡過程結束時刻超級電容器兩端電壓與蓄電池兩端電壓非常接近,電流值與理論分析非常接近。因該合閘線圈通電0.2S後,電磁機構合閘的動作完成,其輔助開關K切斷合閘線圈回路,在0.2秒內,超級電容器的端壓和電流稍有下降,但其平均值與蓄電池基本相同,因此,在合閘過程中,超級電容器能提供與蓄電池同樣大的功率和能量。由于超級電容器此時處在浮充狀態,其充電時的能量的恢複要比蓄電池快得多,能夠及時滿足下次分、合閘要求,這是超級電容器優于蓄電池的一個很好的性能。從以上的分析可以看出,用超級電容器可以很方便的替代直流屏蓄電池進行分、合閘操作,在電氣線路整改方面,如果充電機容量足夠大,可調電位器功率滿足要求,電氣線路不必做整改,而如果上述條件不能滿足要求,只需對其充電線路中加合適的限流電阻即可用電容器替代直流屏中的蓄電池。 
3、應急照明燈儲能系統 
爲了確保應急照明燈具有節電、高亮度、長壽命和不間斷性,采用由直流電源供電的半導體照明燈LED。采用LED燈後,節約了大量的電能,維修費用,同時也確保了照明質量。采用超級電容器作爲儲能元件,確保了應急照明燈的超長壽命和免維護、可靠性強燈特性。
圖1介紹了一款采用超級電容器的應急照明燈,使用了2只2.3V-120F的超級電容器。超級電容器在一次充滿電後可維持LED燈工作1小時,而平時由外部電源爲超級電容器充電。只有當出現緊急情況時,才由超級電容器工作。
4、UPS
UPS起作用往往是在掉電或電網電壓瞬時塌波的最初幾秒到幾分鍾內起決定作用,需要蓄電池在這段時間提供電能,蓄電池自身的缺點(需定期維護、壽命短)使UPS在運行時需要時刻檢測蓄電池的狀態。在數據保護的備份系統中,需UPS提供的時間相對很短,而蓄電池的大部分能量沒有被應用,如果選擇低容量的蓄電池則不具備強大的放電能力。從短時期作用角度考慮,超級電容的優勢尤爲明顯,其輸出電流幾乎沒有延遲地上升到高達數百安培甚至上千安培,而且可以快速地充電,超級電容在很短的時間內就可以實現能量存儲,所以在下次電源故障時又可以起作用,盡管超級電容器的儲能明顯低于蓄電池,僅能維持很短的時間,但是當儲能釋放時間在1min左右時有無可比擬的優勢——具有500000次循環和十年不需要護理,使UPS真正實現免維護。
不間斷電源在工廠的許多重要的地方(如半導體制造業)是不可缺少的,超級電容器在爲短時間模式的系統失誤的設計中是一個非常理想的器件。即使是很短時間的電源故障——市電的小或大的起伏都會導致聯機系統的嚴重混亂或造成自動裝配線路的嚴重損壞,在醫院裏如果失誤發生在手術室,這樣的電源失誤可能危及到一個人的生命,超級電容器使能量存儲設備(如蓄電池或充電電池)和大容量的電解電容之間得以充備,它的容值中等,使得電源密度介于這兩個存儲設備之間。這意味著當在很短的時間需要很高功率的UPS的應用的時候超級電容器很適合,它的優勢在于較短的時間內(幾秒到1min)它具有短時釋放極高功率的能力。
通過在輸入輸出之間加上一個濾波電路,並把電池連接到電路中,網絡交互式UPS可以有效地防止欠電壓,但是持續時間較長的過電壓仍然會影響到負載,
在線式UPS是最安全最理想的解決方案,它使負載完全從電網中解脫出來,在線式UPS系統的靈敏對于高度關鍵負載(如計算機)和負載敏感的制造系統是非常重要的。
專業UPS系統(如主機制造)要求非常嚴格,即使非常短暫的中斷也會導致整個系統崩潰。實際上對于UNIX系統與工作站可以找到相似的規律,在傳送數據到硬盤之前UNIX最先將所有數據存儲到它的存儲器中,這個重要的數據即使在很短的中斷也會丟失。實際上,UNIX系統不像PC那樣簡單地再啓動,這個過程需要很長的時間。
因此,特殊關鍵時刻是第一個5s,最關鍵的損壞或消耗80%,出現在生産制造過程中,從數據丟失到損壞或毀壞都發生在電源故障的前5s。比較普通能量存儲設備(如蓄電池、電池組或電容),可以看出它們不是以相同速度釋放存儲在它們內部的能量,它們有不同的功率和能量密度。
超級電容器具有低浮充電電流,簡單充電,高峰值電流。
因爲浮充電流只有幾毫安,非常低,所以,在UPS應用中超級電容器是非常理想的。上述特點使它們非常適用于在線UPS系統。
在最簡單的情況下,超級電容器通過2.5V直流恒壓電池充電,並不要求充電電壓平穩光滑。通常不需要充電電流的限制。在電源出現故障的時候,超級電容器輸出電流在指定時間內幾乎沒有延遲地上升到400A,由于內阻非常低,它們可以快速地充電,超級電容在很短的時間內就可以實現能量存儲,所以在下次電源故障時又可以起作用。
以後更重要的是保護臨界負載,因爲不能總是保證電源網絡的穩定性,因此對于短路、瞬間擊穿或是由開關狀態時的大的負載引起的故障,功能強大、相應快速的UPS單元可以阻止這種情況下的主要的損壞。超級電容器在很多系統中扮演著極爲重要的角色,它能確保工作壽命、不需要維護而且可靠性最高。根據這些特性得出結論.今天的UPS系統經常以電容和蓄電池的結合爲基礎建立。
5、電信 
鉛蓄電池爲電信和數據通信提供能量存儲,這些備用電源通常只需提供幾分鍾到幾小時的電源。此外,它們還“橋接”發電機、燃料電池或其他長期備用電池作爲短期儲能裝置.鉛蓄電池是合用的,因爲它成本低。但是,它們在典型的工作條件下的可靠性常常受到關注。在許多系統中.蓄電池主要在秒數量級的短期中斷時起作用.能量脈沖重複地瞬時中斷將使蓄電池降低可靠性和縮短壽命己發現有兩種技術能解決這些問題。一種是飛輪儲能基(Flywheel—based)系統使用大的旋轉飛輪存儲機械能,當需要時再轉變成所需的電能。另一種是超級電容器(也稱電化學雙層電容器)儲能方法。由于性能、尺寸、需要的維護和成本的不同.它們各適用于不同的場合。
超級電容器的發展潛力具有更廣的應用範圍。從數碼相機、燃料電池到卡車、火車.采用超級電容器的産品項目不斷增加,電信工業采用超級電容器是一種新穎的應用,結合超級電容器電子電路開發的電能超高速緩沖存儲器(Powercache)儲能模式,創造一種模仿48V電池工作的裝置,它只提供幾秒鍾的備用電源。同時,它還橋接長期電源。這種以超級電容器技術爲基礎的電信産品具有十分卓越的優點——不須維修地工作10年,能快速再充電和抗幹擾能力強。但是,它的成本是48V電池的2~3倍,然而,該裝置的壽命又是蓄電池的3~4倍。這樣.這種新産品的附加成本仍是可以接受
6、遠程抄表
遠傳水表系統包括:無線遠傳水表(超級電容器供電)、樓宇主機(交流供電)、集中器(交流供電)及管理中心的智能抄表控制系統軟件。
單抄方式:無線遠傳水表的數據由無線方式自動上傳給樓宇主機,樓宇主機通過無線方式把數據傳給集中器,集中器通過手機的GPRS/GSM網絡把數據傳給管理中心的計算機,由此實現在管理中心自動抄錄所有的水表數據。
單抄+遠程控制方式:除上述單抄方式的功能外,無線遠傳水表內部帶有閥門,管理中心可對無線遠傳水表下達開/關閥命令,實現對水表的遠程控制。
單抄+IC卡控制方式:此方式除具備單抄方式的功能外,無線遠傳水表還帶有非接觸IC卡電路和閥門,可實現IC卡預付費功能。管理部門可通過IC卡對水表進行收費管理。
7、電梯
應急電源
1)用于到達下一層
2)用于打開門
3)用于呼叫和照明系統
分布式電源
1)重型門
2)修理時期動力供給
3)動力平衡
4)減少電梯系統電纜
8、智能三表 

超級電容封裝在水表中,同時外接幹電池供電。平時幹電池提供水表電路所需能量和對超級電容充電,在需要開啓水閥時,先檢測超級電容是否存儲足夠能量,如果沒有存儲足夠能量,將不開啓水閥,當檢測它存儲足夠能量時,由外接幹電池提供能量將水閥開啓;在需要關斷水閥時,如果外接電池不能提供能量將水閥關斷,那麽超級電容將在此刻提供能量來關斷水閥。如同一個儲水箱,平時將水存儲起來,在停水時提供必要的水。
這種方案明顯優于以前的設計,優點如下:
1、將電池從水表中分離出來,從而可以不考慮電池壽命對水表的影響,延長了水表的使用時間。
2、另一方面,超級電容的大電流放電特性保障了水閥關斷的可靠性,在外接幹電池電量不足時,仍能利用存儲在超級電容上的能量將水閥關斷。
3、以前一味追求的漏電流指標,主要是爲了保障電池的使用壽命,改用超級電容後,漏電流指標變得不重要。如果電池電量不足,用戶可以隨時更換。這樣,不僅使電路設計簡化,減少産品的出廠檢驗工序,還使産品的成本降低。 
9、稅控收款機 
稅控收款機是一種具有法律嚴肅性和不可破壞性的帶有計稅功能的收款機。它內部裝有自動記錄但不能更改和抹掉的計稅存儲器,記錄著每日的營業數據和應納稅額,是向納稅機關納稅的憑據。
納稅戶銷售商品在稅控收款機中的記錄與相關的時間等信息可在機內保留5~10年,不可修改、不可清除。有關數據由稅務部門用專用IC卡讀出,以便稽查。每台稅控收款機經稅務部門發行處理後具有唯一性。
此稅控收款機都具有斷電保護功能,即當出現突然斷電時,仍能將數據存儲,並能進行短時間IC讀寫卡的操作過程,這時需要有後備電源作保護。後備電源有兩種解決方案:超級電容器和電池。超級電容器與電池相比具有放電電流大,循環壽命長、綠色環保等特點。使用超級電容器增強了稅控收款機的可靠性,免除了電池需要每隔2-3年維護更換一次的工作。在斷電時,由超級電容器爲控制電路提供能量,CPU可在短時間執行數據存儲過程,讀寫完成後,電容器再提供瞬間脈沖電流(幾A),將IC卡彈出。
10、電動玩具 
在電子玩具中,常要求瞬時大電流,而電池無法提供,將超級電容器與電池組合可以解決問題,超級電容器也可以作爲電源對電子玩具供電,可以降低使用成本、減輕質量。
最典型的就是可以飛的玩具級電動飛機,電動玩具飛機之所以不能飛起來的主要原因是就現在的材料水平而言,玩具飛機如果不計電源和電動機的質量將是極其輕的,電動機也可以做得很輕,最重的便是電池。如果讓飛機飛起來,電池能提供的功率與電動機牽引飛機飛起來的功率相差很多。專業航模的飛機可以不計成本,並且采用高倍率放電的充電電池,個頭也相對很大,遠遠超出玩具的概念,如果采用質量遠低于電池甚至遠低于電動機的超級電容器就可以很好地解決電源質量與電源功率的矛盾。一只4.7F超級電容器不到10克,而兩節6號電池將重達近50克,三節鎳氫電池則更重300克。 
11、電動工具
一種自動的切管工具用于替代一種已經有十年曆史的舊式手持切管設備。考慮實際應用,這種工具是一種類電池的解決方案,能提供瞬間高功率及長壽命。並且要求快速充電,一次充電能滿足100次的切割工作。爲了便攜,這種設備還要求不帶電線外供電。同時比市場上不帶電線供電的工具的表現更優越。
超級電容器與電池混聯進行切割時間小于5秒的測試。最初只用堿性電池測試,切割時間爲10S,遠長于5S。使用超級電容器與電池並聯能提供3—5S切割時間,切割次數爲100次。這是一種明顯的變化當允許超級電容器來承擔高的電流。目前雖然NIMH電池的性能已改善,切割時間已增加30%預計電池壽命會由于減少峰值電流加倍。結果表明,附加了超級電容器後能使産品滿足應用的需求性能。 

12、便攜式除顫器
便攜電源超級電容器可以作爲便攜式除顫器的放電電容。大致要求電壓範圍爲4000V至5000V,由電容所提供的大脈沖能量約爲200-360J,單方向通過電極的全部電流加到病人身上。這樣的除顫器的儲能電容器的體積很大,不可能用于便攜式應用。發達國家的一些公共場合開始采用便攜式除顫器,這樣可以盡早地挽救生命。其中的儲能電容器以采用超級電容器爲最佳方案,如400J儲能僅需25F即可,即使按100F計算,其體積也僅僅爲Φ25*45。由于超級電容器的電壓很低,可以用功率變換器將電壓提高到需要水平。
三、再生能源
1、太陽能
隨著地球資源的日益貧乏,基礎能源的投資成本日益攀高,各種安全和汙染隱患可謂是無處不在。太陽能作爲一種"取之不盡,用之不竭"的安全、環保新能源越來越受到重視。這樣,太陽能照明産品隨著太陽能熱水器普及之後應運而生,在這裏就太陽能燈具和使用市電燈具的效果作實用對比。
對比一:市電照明燈具安裝複雜:在市電照明燈具工程中有複雜的作業程序,首先要鋪設電纜,這裏就要進行電纜溝的開挖、鋪設暗管、管內穿線、回填等大量基礎工程。然後進行長時間的安裝調試,如任何一條線路有問題,則要大面積返工。而且地勢和線路要求複雜、人工和輔助材料成本高昂。太陽能照明燈安裝簡便:太陽能燈具安裝時,不用鋪設複雜的線路,只要做一個水泥基座,然後用不鏽鋼螺絲固定就可。
對比二:市電照明燈具電費高昂:市電照明燈具工作中有固定高昂的電費,要長期不間斷對線路和其它配置進行維護或更換,維護成本逐年遞增。太陽能照明燈具免電費:太陽能照明燈具是一次性投入,無任何維護成本,三年可收回投資成本,長期受益。
對比三:市電照明燈具有安全隱患:市電照明燈具由于在施工質量、景觀工程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的沖突等方面帶來諸多安全隱患。
太陽能照明沒有安全隱患:太陽能燈具是超低壓産品,運行安全可靠。太陽能照明的其它優勢:綠色環保,能爲高尚生態小區的開發和推廣增加新的賣點;可持續降低物業管理成本,減少業主公共分攤部分的費用。
綜上對比所述,太陽能照明安全無隱患、節能無消耗、綠色環保、安裝簡便、自動控制免維護等特性,將爲樓盤的銷售、市政工程的建設直接帶來明顯效果。
2、風能 
中國有超過40家企業已經開始制造全套風力發電機組,已經成爲目前風能行業第四大重要市場。而從未來的發展前景來看,中國市場則位居第一。2007年,中國國産的風力發電機組占到了本地市場份額的56%,2006年這一數據爲41%。目前中國本土産能不斷擴大,已達到約5000兆瓦,預期到2010年可達10-12千兆瓦,平均每年將安裝2500套以上的兆瓦級風機。根據2005年7月出台的《關于風電建設管理有關要求的通知》,中國的風電設備國産化率必須達到70%。
直接驅動式風力發電機組由于沒有齒輪箱,零部件數量相對傳統風電機組要少得多。因此,兆瓦級風力發電機組多采用直驅式風力發電機組。直驅型風力發電機組爲變槳距調節型風機,葉片在運行期間,它會在風速變化的時候繞其徑向軸轉動。因此,在整個風速範圍內可能具有幾乎最佳的槳距角和較低的切入風速。在高風速下,改變槳距角以減少功角,從而減小了在葉片上的氣動力。這樣就保證了葉輪輸出功率不超過發電機的額定功率。在槳距調節過程中,需要儲能系統爲變槳系統提供動力。
目前主要的儲能系統有蓄電池和超級電容器兩種方案。在使用過程中,逐漸發現蓄電池有一些難以克服的缺點:蓄電池的充放電特性不好,充電時間長,充電、放電電流不能太大;蓄電池需要維護,而變槳系統安裝在100米高的風機上,維護成本太大;蓄電池的低溫特性不好,在寒冷季節容量會衰減;蓄電池的循環壽命短,可靠性不強。
國外風機廠家爲了保證整個風機的可靠性,都陸續使用超級電容器作爲解決方案。國內風機廠家風力發電變槳儲能系統上有的使用蓄電池方案,有的在使用引進的國外成套變槳系統方案包含有國外超級電容器儲能電源。
超級電容器的特點突出:高效率、大電流放電、寬電壓範圍、寬溫度範圍、狀態易監控、長循環壽命、長工作壽命、免維護、環保。因此它極爲適合在風力發電機組這樣的工況環境中工作。風力發電變槳用超級電容器儲能系統主要爲了使葉輪對電機的驅動功率能夠滿足電機的所能承受的狀態,在不同的風速條件下設定其合適的變槳角度,以滿足發電機所處的工作狀態在最優狀態。
風力發電變槳用超級電容器儲能電源的基本工作原理爲:平時,由風機産生的電能輸入充電機,充電機爲超級電容器儲能電源充電,直至超級電容器儲能電源達到額定電壓。當需要爲風力發電機組變槳時,控制系統發出指令,超級電容器儲能系統放電,驅動變槳系統工作。
四、軍事領域
1、戰車混合電傳動系統 
采用混合電傳動技術的13噸重8輪重型戰術卡車,該車將電能存儲在超級電容器中,與同級別的卡車相比,燃油消耗率降低了20%,並且可以提供100千瓦的可輸出功率。停車時,發電機能夠爲一個指揮控制中心或一個野戰醫院提供所需的電力。
一款被稱爲“先進地面機動車”的新型混合電傳動車輛,該車的通用結構與“影子”偵察、監視與目標指示車(RST-V)相似,車輪由輪毂永磁電動機驅動,發電機也采用磁電動機公司的130千瓦永磁水冷發電機,此外車上還裝有一個锂離子電池組,能夠産生65千瓦的脈沖功率,可以爲短程靜默行駛提供動力。 
2、艦用電磁炮 
電磁炮也叫脈沖電源電磁炮,是應用電磁加速技術發射彈丸的一種“純”電能武器。
軌道式電磁炮發射原型由兩條平行的導軌組成,彈丸夾在兩條導軌之間。兩軌接入電源,電流經一導軌流向彈丸再流向另一導軌産生強磁場,磁場與電流相互作用,産生強大的洛侖茲力推動彈丸,達到很高的速度,理論上可以到達亞光速。計劃將上千顆超級電容器並接在軌道上,瞬間釋放電容器儲藏的電能,獲得巨大的電流,瞬間的電磁感應將獲得瞬間驚人的電磁推動力。
在目前的試驗中,這種解決方案已經産生的與常規爆炸相當的效果,而且沒有任何搬運、儲存和能源消耗方面的風險。
脈沖電源主要爲旋轉裝置提供能量,目前有兩種利用洛倫茲力快速産生所需高脈沖電流以加速彈丸的方法。一種是將研制中的脈沖交流發電機作爲主要能量儲存裝置,另一種是使用高儲能密度電容器。今後的發展方向爲將電磁炮作爲直接火力支援武器安裝在戰鬥車輛上,所以關鍵技術在于解決高儲能密度問題。有關脈沖電源技術以及電容器技術已經成熟,只需要一個超大容積的電容器以滿足需求。
3、坦克低溫啓動 
超級電容器配合蓄電池應用于內燃發動機電啓動系統,能有效保護蓄電池,延長其壽命,減小其配備容量,特別是在低溫和蓄電池虧電的情況下,確保可靠啓動。蓄電池在低溫環境放電能力明顯下降,會造成坦克戰車無法啓動,影響了軍事戰備。超級電容器的工作溫度範圍寬,可在-40℃環境工作,保證了電啓動系統的正常供電,使坦克戰車一次啓動成功。


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