潍坊吩啥新能源有限公司

 2014年4月1日，以智能變配電與電能測量管理為主題的探討會在國家會議中心舉辦。一直專注于超級電容器領域研究的美國麥克斯威中國區(qū)大客戶經(jīng)理呂潔受邀參加這次研討會并做演講，以下為演講內容：

　　呂潔：各位領導，各位來賓大家下午好。我是呂潔，今天主要講一下我們用于智能電網(wǎng)輔助服務的超級電容器，也是和大家探討，我們經(jīng)驗不是很多，有些示范項目在美國、中國。我們是專注做超級電容的，系統(tǒng)上涉獵的不是那么多，今天專家在這里，有不當?shù)牡胤娇梢耘�評指正。

　　介紹一下我們公司的情況，比較有歷史的一個公司，1969年，現(xiàn)在四百多人。我們公司做三種產品，超級容器只是一種，最近這幾年在各個領域越來越廣，公司比較重視超級電容這門技術。最早是1992年研發(fā)，大家聽說時間并不長，進入中國是2007年，2008年有一個大規(guī)模的應用，風電和混合動力車領域。

　　簡單介紹一下它的原理，有些儲能的論壇我參加了，它不超級電容和非容儲能歸為物理儲能，都是通過活性碳孔吸附正負粒子的動作形成充放點，所以說它的壽命比較長。之所以叫超級電容，是因為活性碳的展開面積特別大，我們把吸附面積做的非常大，所以叫超級電容。

　　它是一個物理儲能，壽命比較長，十萬到一百萬次的充放電周期，15年左右。充放電響應速度比電池快，大家很熟悉這張圖，不同的儲能方式的一個比較。橫向的是功率密度，縱向是能量密度，它的功率密度是鋰電池傳統(tǒng)的鉛酸電池的數(shù)十倍，能量密度相對低很多，總的來說是功率型的儲能元件。

　　它的一個制作過程其實很簡單，是椰殼做成活性碳的粉末，壓到里面做成單體的模塊。里面有一些鹽和溶液在里面，作用是提供正負離子。其實現(xiàn)在應用最多的是混合動力車和變槳控制系統(tǒng)。作用是混合動力減少排油氣的排放，變槳是長時間的俯沖，需要大電流的時候偶爾放電。在歐洲應用的比較好，汽車排放要求比較高，所以說有一個啟定系統(tǒng)，常規(guī)電源用電池，電池有一個問題是突然啟動的時候整車電壓有一個低落，這時候我們有一個暫態(tài)的電壓支撐。

　　最后一個是電壓穩(wěn)定，我們做過最大功率是三兆瓦，這是我們合作伙伴做的，他是做系統(tǒng)集成的。在美國簡單介紹一下太陽能示范的項目，電壓穩(wěn)定我們做一個模型，這是一個發(fā)電廠，這是一個用戶端的大的起重機，在這種大的使用電機有一個開和關的動作，其實對電網(wǎng)是有一個電壓的沖擊。這個電壓的沖擊對這個發(fā)電機的響應速度有的時候不會足夠快，作為及時的響應。

　　所以說這個時候就需要增加儲能設備，來滿足局部的電壓波動，達到它的需求，換取發(fā)電機的響應時間。我剛剛講到三兆瓦的項目在上海新港，它和大陸有一段距離，大橋連接，有很大的海底的電纜做一個電能的輸送，里面的港機非常多，23臺，切換和運行過程中對電網(wǎng)造成10到15秒的波動，我們的作用是避免這些波動。

　　因為充放電次數(shù)多，壽命比較長，在這個項目里設計方作為一個首選做這個應用，這是鳥瞰圖。

　　這是我們的一個模塊，外面做了一個箱體，126塊，功率三兆瓦，儲存是12.7千瓦時，放電時間平均是20秒，剛才講它是一個功率性的儲能元器件，時間比較短，恰恰因為時間短，功率大，用在這個場合比較合適。

　　剛才是一個工業(yè)領域的局部電網(wǎng)的穩(wěn)定現(xiàn)在講一下用戶家電穩(wěn)定的需求，剛才這是用戶側，現(xiàn)在把工業(yè)的需求變成常規(guī)家庭用電需求，這個是一個太陽能的電池板，配了一個1兆瓦平衡它波動的小型的發(fā)電廠。剛才是用戶側的港機，現(xiàn)在是太陽能的波動，一個是在發(fā)電側，一個是在用戶側，這兩個最后的結果都是對局部電壓和頻率做一個擾動。在廣泛使用太陽能發(fā)電的地區(qū)，擾動會降低供電質量，對當?shù)赜脩粼斐刹焕�的影響�?

　　我們這些數(shù)據(jù)在美國正在合作的項目數(shù)據(jù)，這是加州用太陽能的一個情況。2020年的目標可再生能源到33%的比例，現(xiàn)在太陽能不到5%，2020年10%。

　　等等。

　　加州的運營商每天在市場上采購300到600千瓦來維持比例。

　　即使太陽比較多，但是烏云對發(fā)電影響比較大，一片烏云過來的話，在分鐘內造成大功率的影響，使發(fā)電電壓跌落，40%的變化很正常。這邊有一個統(tǒng)計，99%的情況是在負35到正38的一個變化區(qū)間。

　　太陽能的比重增大，就造成了電網(wǎng)的壓力。這里做一個模型，就是滿足太陽能調峰，穩(wěn)壓的小型電廠，調整是五分鐘。這里是一個用戶，這個是太陽能，這個是發(fā)電廠對它功率變化的響應。電能質量滿足不了，負荷會跳閘，五分鐘后重置。這個模型我們推出的結論是太陽能占總的發(fā)電比20%以上，電網(wǎng)就變的很不穩(wěn)定。這個時候我們就加了一個儲能的系統(tǒng)在里面，儲能系統(tǒng)在里面，這是一個儲能的系統(tǒng)，做一個輔助它對電壓的平滑。

　　這個模型顯示20秒的儲能，其實能把太陽能發(fā)電比例提升到40%。這個不是說儲能的時間越長，太陽能的使用率越高，在這里可以看到，你即使做到90秒的儲能，大概是八九十使用太陽能的比例，不是說時間的增長和比例的增長成正比的，20秒40%的效率相當于是最高的。

　　這是使用能量儲存系統(tǒng)之后的太陽能輸出，黑色是能量儲存之前，這個是之后作為一個平滑。為什么說用超級電容在這里面比較合適，我們算了一下它的充放電的周期，如果按30秒的儲能，夏天一天會完成8.6個完整的充放周期，很多地方是淺充淺放，要換算成8.6個完整的充放周期。結合我們產品壽命的曲線和特性，其實它可以接近20年使用壽命。

　　超級電容和其他的比較，這是從兩個角度比較超級電容和電池其他元器件在電網(wǎng)中的一個性能，這個是時間和能量密度，這個是超容，幾十秒之內放電的效率比較高，如果放電上千秒的話，在這里其實已經(jīng)停止了，相反鋰電池的話，時間延長，每放出來的能量比較多，能量密度比較大，我們放幾十秒就完成了。這是能量密度，然后這個是時間壽命，我們壽命是一百萬次，其他的元器件幾百次、上千次。所以說同樣20秒的儲能，超電容要比電池小2到3倍，因為要滿足大電流的放電，用電容一個就夠了，體積就點小了。它的壽命比電池要長很多，可以和太陽能設備保持一致的壽命，20年。

　　剛才是一個原理的介紹，其實我們和加州做的項目規(guī)模不大，只有30千瓦，是在圣地亞哥分校加州大學做的，二期項目更大一些。

　　太陽能之外我們也在探超電容在風電和其他新能源的應用，這是簡單的原理圖，太陽能和風力發(fā)電。原理和剛才的差不多，做一個電壓波動的平滑。這個圖里能看出來，這是超電容和鈉硫電池，和電池一起合作完成這個任務，能量密度比較大，長時間的削峰平谷完成，短時間的用我們超電容完成。這是簡單的超電容和其他技術的比較，下面是超電容，其實是時間上的比較，秒級三分鐘、20分鐘、八天、3個星期，每個時間段針對時間長度不同儲能繼續(xù)，有的是生物能、水力發(fā)電等等，超電容是秒級和，最多三分鐘的時間。

　　這張圖是主能源設備，完成兩個任務，一個是峰值功率需求，一個是持續(xù)功率需求，幾個串并聯(lián)就很多，要滿足它的放電時間和功率。這是剛才的一個變化圖，這是峰值功率，這是長時間的功率需求，這是儲能源。比如說電池、電機一些其他的技術。這是超級電容，峰值功率不需要它來應付，我們來做就可以了，把它的體積縮小減少串并聯(lián)。

　　就像我介紹的，在其他工業(yè)領域超電容用的比較廣泛了，也是經(jīng)過市場考驗了它的質量和性能，在輔助服務商我們剛剛開始做這個市場。但是我們通過一些示范項目，已經(jīng)證明它可以有效的來平滑局部電網(wǎng)對電壓的波動，包括太陽能，包括風能。他和其他的元器件比是它的功率比較大，儲能時間相對短，有些用對了場合利用它的高功率短時間充放電的性能，比電池的方案要小兩到三倍。有些場合需要能量和功率，和電池簡單的并聯(lián)可以對系統(tǒng)和體積上的優(yōu)化。

　　再就是它的壽命，因為它是物理儲能，沒有化學，與太陽能、風能相當?shù)膬δ茉O備。最后希望和大家有機會合作，在系統(tǒng)層面上做一點事情，謝謝。