微電源類型及總結

1、微電源是微電網中重要的組成部分。它反應時間在毫秒級，采集本地信息來控制微電源。微電源自身中基本的動作不需要為電源之間的聯(lián)系，即每個變換器在負荷變化的情況下不用與其他電源等裝置進行數(shù)據(jù)交換?？刂破鞯幕据斎肓渴禽敵龉β实姆€(wěn)定工作點時的母線電壓和功率。在時域中，電源總供給功率和負荷總需求功率都是動態(tài)變化的，并且兩者并不是每時每刻都能達到供需平衡。在電源總發(fā)電功率大于負荷總需求功率時，將多余的能量儲存在儲能單元中；同樣的，在電源總發(fā)電功率小于負荷總需求功率時，將儲能單元中儲能的能量以恰當?shù)姆绞结尫懦鰜?。如今，儲能方式有許多種各種方式的性能也是各異。需要研究根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的需求來選擇儲能方式。傳統(tǒng)電力系

2、統(tǒng)的電源都是同步發(fā)電機。然而，微電源因燃料來源而各不相同，我們可以將供電電源分成三種基本的大類：一 、直流電源，如燃料電池、太陽能電池、蓄電池以及儲能電容器等，其并網方式如圖1。燃料電池燃料電池主要由陽極、陰極和電解液構成，陽極，即燃料電極，為燃料和電解液提供一個結合面，用以催化氧化反應以及驅動電子到達外部電路；陰極，即氧氣電極，為氧氣和電解液提供一個結合面，用以催化還原反應以及接收來自外部電路的電子；電解液用于轉移在燃料和氧氣電極反應中產生的各種離子，催化劑的材料可以是金屬鉑、銀或鎳等。到目前為止，使用最廣的是氫空氣或氫氧氣型燃料電池。氫氣是一種理想的無污染燃料，在所有燃料中，它具有最高的能

3、量密度，燃燒后的副產品為純凈水。燃料電池可按電解質的性質分為許多類：聚合電解質膜電池(PEM)、堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、固體電解質燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)，其中磷酸型燃料電池最接近商業(yè)化，新一代的熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池則被認為最值得推薦用于電力系統(tǒng)的發(fā)電。燃料電池具有以下特點：(1)效率高且不受負荷變化的影響。(2)清潔無污染、噪音低；(3)安裝周期短、安裝位置靈活，可省去配電系統(tǒng)的建設。燃料電池與集中式機組相比較，它適應負荷變化的能力很強，當負荷在25%100%范圍內變化時，電池效率不受影響，而且跟蹤負荷變化的速度很快，

4、但是它的化學能是有限的，轉化的電能越多，能量消耗得越快，即滿足以下關系式：E式中每個燃料電池組的功率；n燃料電池組的個數(shù)；E燃料電池的總功率。燃料電池的電壓數(shù)學模型其表示如下:； 式中E燃料電池的電動勢；ET溫度為T時的標準電動勢；T燃料電池的運行溫度；R氣體常數(shù)；F法拉第常數(shù)；、-輸出的H2,O2,H20的摩爾比；RFC電池的歐姆內阻隨著燃料電池技術的突破和制氫技術的不斷進展，燃料電池可以與太陽能光伏電池或風力發(fā)電系統(tǒng)構成“太陽能光伏(或風力發(fā)電)制氫儲能燃料電池發(fā)電系統(tǒng)”，以制氫儲能替代傳統(tǒng)的蓄電池儲能環(huán)節(jié)。當日照(風源)情況良好時，通過電解水制氫將多余的電能儲存起來；在夜晚或陽光不足(風

5、力不足)時，將儲存的氫通過燃料電池再轉換為電能，繼續(xù)向負載供電，從而保證了系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。這種系統(tǒng)具有儲能密度高，使用壽命長，運行成本低，沒有污染等優(yōu)點。光伏電池圖1直流逆變電源太陽能光伏電池(Photovoltaic CellPV)發(fā)電技術是利用半導體材料的光電效應直接將太陽能轉化為電能。采用光伏電池發(fā)電具有不消耗燃料、不受地域限制、規(guī)模靈活、無污染、安全可靠、維護簡單等優(yōu)點。但是光伏電池的轉換效率低。目前應用的太陽電池是一種半導體器件(如單晶硅、多晶硅)，受到太陽光照時能產生光伏效應，將太陽光能轉變成直流電能。在使用時將太陽電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。我國年

6、均日照長，輻射總量大，屬于太陽能資源較為豐富的國家之一，全國國土面積三分之二以上的地區(qū)每年日照時數(shù)大于2000h，僅陸地面積每年接受的太陽輻射能就約等于幾萬個三峽工程發(fā)電量的總和。主要優(yōu)點：是無廢氣排放、無化石燃料消耗。采用與建筑物集成在一起的模塊可聯(lián)合生產低溫熱能為房間供暖、優(yōu)良的模塊化結構、幾乎不用維護以及優(yōu)良的帶部分負荷效率。關鍵問題1.光伏電池電能的價格比其他的分布式發(fā)電系統(tǒng)高；2.其次是輸出的功率是斷續(xù)的，不能與負荷完全匹配，因此常常需要蓄電池或其他輔助系統(tǒng)。光伏特型光伏電池的特性一般包括光伏電池的輸入輸出特性（伏安特性）、照度特性以及溫度特性伏安特性當太陽光照射到電池上時，電池的電

7、壓與電流的關系（伏安特性）可以簡單的用圖2-1所示的特性曲線來表示。圖中：Voc為開路電壓；Isc為短路電流；Vpmax為最佳工作電壓；Ipmax為最佳工作電流。 圖1-1電池的伏安特性曲線最佳工作點對應電池的最大出力Pmax，其最大值由最佳工作電壓與最佳工作電流的乘積得到。實際使用時，電池的工作受負載條件、日照條件的影響，工作點會偏離最佳工作點。(1)開路電壓Voc：光伏電池電路將負荷斷開測出兩端電壓，稱為開路電壓。(2)短路電流Isc：光伏電池的兩端是短路狀態(tài)時測定的電流，稱為短路電流。(3)曲線因子FF：實際情況中，PN結在制造時由于工藝原因而產生缺陷，使光伏電池的漏電流增加。為考慮這種

8、影響，常將伏安特性加以修正，將特性的彎曲部分曲率加大，定義曲線因子FF為 =曲線因子是一個無單位的量，是衡量電池性能的一個重要指標。曲線因子為1被視為理想的電池特性。一般地，曲線因子在0.50.8之間(4)轉換效率轉換效率用來表示照射在電池上的光能量轉換成電能的大小，它是衡量電池性能的另一個重要指標。但是對于同一塊電池來說，由于電池的負載的變化會影響其出力，導致光伏電池的轉換效率發(fā)生變化。為了統(tǒng)一標準，一般公稱效率來表示電池的轉換效率。即對在地面上使用的電池，在太陽能輻射通量1000w/m2、大氣質量AM1.5、環(huán)境溫度25，與負載條件變化時的最大電氣輸出的比的百分數(shù)來表示。廠家的說明書中電池

9、轉換效率就是根據(jù)上述測量條件得出的。照度特性光伏電池的出力隨照度（光的強度）而變化，短路電流與照度成正；圖2-2所示，開路電壓隨照度按指數(shù)函數(shù)規(guī)律增加，其特點是低照度值時，仍保持一定的開路電壓。 圖1-2-1短路電流Isc與照度E的關系 圖1-2-2開路電壓Uoc與照度E的關系 圖1-2 光伏電池的照度特性因此，最大出力Pmax幾乎與照度成比例增加，而曲線因子FF幾乎不受照度的影響，基本保持一致。溫度特性光伏電池的出力隨溫度的變化而變化，其特性曲線如2-3所示，隨著溫度的上升，短路電流Isc增大，而開路電壓Voc減小，轉換效率降低。由于溫度上升導致電池的出力下降，因此，有時需要用通風的方法來降

10、低電池板的溫度以便提高電池的轉換效率，使出力增加。電池的溫度特性一般用溫度系數(shù)表示。溫度系數(shù)小說明即使溫度較高，但出力的變化較小。圖2-3 光伏電池的溫度特性曲線光伏電池的等值電路(1)等值電路和公式推導光伏電池本身是一個P-N結，基本特性與二極管類似，其等效電路由光生電流源及一系列電阻（內部并聯(lián)電阻Rsh和串聯(lián)電阻Rs）組成，如圖2-4所示。圖2-4光伏電池的等值電路由光伏電池等效電路可得出公式I=Iph-Id-Ish（2-1） 式中，I為光伏電池的輸出電流（A）；Iph為光生電流（A）；Id為流過二極管的電流（A）；Ish為流過內部并聯(lián)電阻Rsh的電流（A）。對于Id有Id=IO （2-2

11、）式中，Io為二極管反向飽和電流(一般而言，其數(shù)量級為10-4A)；V為輸出電壓（V）；K是玻耳茲曼常數(shù),為1.3810-23J/K；Rs為電阻Rs的電阻（）；T是絕對溫度（K）；A是P-N結的理想因子，當溫度T=300 K時，取值2.8；q是電子電荷，為1.610-19C。對式14中的Ish有Ish=（2-3）將式（2-2）和（2-3）代入式（2-1），可得光伏電池輸出電流表達式為I=Iph- IO-(2)Rs和Rsh的影響串聯(lián)電阻Rs的影響：當Rs增大時，會引起變換效率降低，短路電流下降，但對開路電壓影響不大。因此，在光伏電池組件實際使用中，少不了組件之間的接線或組件與電纜連接，可以認為是

12、增大了串聯(lián)電阻Rs，這方面的影響不可低估。并聯(lián)電阻Rsh的影響：Rsh是由PN結生產制造過程中產生的，與外部參數(shù)無關。Rsh增大會使效率降低，但短路電流基本不變，開路電壓稍有下降。(3)考慮陰影影響的等值電路對于給定面積的電池，其輸出電流與太陽強度成正比，而幾乎與溫度無關。所以，太陽強度增加輸出電壓和功率都增加，這與溫度下降的效果是一樣的。溫度升高1，晶體硅電池的輸出電壓就降低大約0.5%。因此，方陣的安裝位置應當是日照最多的地方（任何時候都沒有陰影），并且盡量保證上面和下面的空氣流通以保持盡可能低的溫度。太陽能光伏發(fā)電類型國際上利用太陽能光伏發(fā)電主要有以下3種類型：(1)獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。是

13、指僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)，從電力系統(tǒng)來說，kW級以上的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)也稱為離網型光伏發(fā)電系統(tǒng)。這也是我國目前主要的光伏發(fā)電應用市場，且每年以20%的速度增長。主要市場包括農村獨立光伏電站、家用光伏電源、光伏水泵，工業(yè)領域的光纜通訊、微波通訊、衛(wèi)星電視接收站、邊防哨所電源、公路信號電源、航標及燈塔電源，以及太陽能庭院燈、太陽能路燈、太陽能汽車、太陽能半導體冷藏箱、太陽帽、太陽能充電器、太陽能計算器等等。(2)并網光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的主流發(fā)展趨勢是并網光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)在國外已步入大規(guī)模發(fā)電階段，是當今國際上光伏發(fā)電的發(fā)展潮流，但在我國目前仍處于醞釀試驗階段。太陽能電池所

14、發(fā)的電是直流，必須通過逆變器變換成交流，再同電網的交流電合起來使用，這種形態(tài)的光伏系統(tǒng)就是并網光伏系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)所發(fā)電力直接進入電網，省掉了儲能的蓄電池組，因而可使其成本下降18%左右。(3)屋頂發(fā)電。光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物相結合，構成了屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。對于家庭、小的商業(yè)樓可用PV-蓄能電池(飛輪儲能)永磁電機組成系統(tǒng)(1kW-15kW)；大商業(yè)樓和小工業(yè)用戶可用PV-DC-AC逆變器驅動三相感應電機系統(tǒng)(15kW-50kW)。所發(fā)電力既可供建筑物使用，也可并入電網。在美國、日本和澳大利亞的一些地區(qū)，已經有由屋頂式光伏電池發(fā)電設備聯(lián)成的PV系統(tǒng)與當?shù)仉娋W相聯(lián)，白天發(fā)電的盈余倒送電網，晚間用戶

15、從電網取電，在供電企業(yè)和用戶間形成了一種新型的關系。這種屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)通過巧妙設計可達到降低建筑造價及光伏發(fā)電系統(tǒng)造價的目的。并網光伏發(fā)電系統(tǒng)并網光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的主流趨勢。并網光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為住宅用并網光伏發(fā)電系統(tǒng)和集中式并網光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。前者特點是光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)的電直接分配給用戶負載，多余或不足的電力通過連接網來調節(jié)；后者特點是光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)的電被直接輸送到電網上，由電網把電力統(tǒng)一分配給各用戶。目前住宅用光伏系統(tǒng)在國外已得到大力推廣，而集中式并網光伏系統(tǒng)應用尚在發(fā)展。兩者在系統(tǒng)結構上差別不大。光伏并網系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣和并網逆變器組成。并網逆變器是并網光伏系統(tǒng)的中

16、心。逆變器把太陽能電池方陣輸出的直流電轉換成與電網電力相同電壓和頻率的交流電，同時還起到調節(jié)電力的作用。逆變器有以下幾個作用：在輸出電壓和電流隨太陽能電池溫度以及太陽輻照度而變化時，總是輸出太陽能電池的最大功率；輸出已抑制諧波的電流，以免把不良運行波及到電網；倒流輸出剩余電力時，自動調整電壓，把用戶的電壓維持在規(guī)定范圍。當并網逆變器與電網連接時，它始終在功率因數(shù)等于1的條件下運行，電流和電壓幾乎同相，僅提供有功功率。交直交電源，如微輪機，其發(fā)出的交流電需要整流然后逆變，如圖3。圖-3 交直交電源內燃發(fā)電機組往復式內燃發(fā)電機組是作為緊急備用電源采用的最常用的技術，柴油機和四沖程汽油發(fā)動機具有最豐

17、富的實際運行經驗，其單機價格在所有分布式發(fā)電技術中是最低的，但其運行和維護費用最高。此外，柴油和汽油發(fā)動機的廢棄污染很嚴重，但若采用天然氣作燃料，其廢氣污染可大為降低。小型內燃發(fā)電機和電網內大型電廠相比，運行經濟性要差得多，但其有起動迅速的優(yōu)點，因此常被用作備用發(fā)電機組，在電網斷電時起動發(fā)電。通常這種發(fā)電機作為孤立機組在一個小范圍內供電，由于失去了大電網的支持，運行中頻率與電壓的調節(jié)任務較重，而且也不易穩(wěn)定。采用內燃發(fā)動機的主要缺點如下：1） 維護費用在所有的分布式發(fā)電技術中為最高，因為內燃發(fā)動機具有大量的運動部件。2） 氧化氮的排量在所有分布式發(fā)電技術中最高。3） 噪聲太大，主要為低頻噪聲，

18、比其它分布式發(fā)電更難控制，采用適當?shù)募夹g減少是可能的。采用內燃發(fā)動機的主要優(yōu)點如下1） 安裝費用最少2） 效率比極高，可達32363） 在建筑物中可實現(xiàn)熱電聯(lián)產4） 模塊化設計非常好，具有幾乎可以與任何建筑物內的負荷匹配的機組（千瓦兆瓦級），帶部分負荷時的效率最高。下式為燃氣輪機方程，方程中狀態(tài)變量為發(fā)電機頻率，燃料調速器輸出參數(shù)VCE，WF和燃料流量WFdot式中，a,b和c為燃料系統(tǒng)轉移方程系數(shù)；KD為調速增益器；， ，為燃料系統(tǒng)反饋增。微型燃氣輪機微型燃氣輪機是指功率為數(shù)百千瓦以下的以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃氣輪機。滿負荷運行時效率可達到30%，實行熱電聯(lián)產，效率可提高到

19、75%。微型燃氣輪機的特點是體積小、質量輕、發(fā)電效率高、污染小、運行維護簡單。它是目前最成熟、最具有商業(yè)競爭力的分布式電源之一。這種分布式發(fā)電機組的特性和集中式發(fā)電機組相似，可以統(tǒng)一調度，但是在熱電聯(lián)產的情況下，微型燃氣輪機的各種輸出必須滿足熱量的需要，并且它的功率變化有一定的時間，即功率變化速度有一定的限制。P g,minP gPg,max、PgPg,limit式中Pg功率的變化；Pg,limit功率變化的限制。微型燃氣輪機的動態(tài)模型和集中式發(fā)電機組相似,可寫成以下形式式中P m原動機功率；P e發(fā)電機輸出功率；，原動機的輸入、輸出功率；，發(fā)電機組送、受端的角速度；R發(fā)電機的阻抗。燃氣輪機的

20、有功及無功調節(jié)方法1、有功功率的調節(jié) 外界需要多少電(包括輸變電過程中的電能損失)，電廠就要發(fā)多少電，兩者一定要取得平衡，頻率才可以平穩(wěn)地維持在50Hz。若負載減小，發(fā)電機的轉速或電網的頻率就要升高，運行中的電動機的轉速也即相應加快，使它拖動的機械多用一些電，電能的供需也就在稍高的頻率下達到一個新的平衡。為使頻率回復到原來的數(shù)值，電廠就應關小內燃機的油門使發(fā)電機減少發(fā)電量，一般發(fā)電用的原動機都配備有調速系統(tǒng)，通過值班人員微調，使調速特性曲線的位置作出小量的上下移動，從而在特定的負荷下正好以額定頻率運行。調節(jié)頻率，主要是調節(jié)內燃機的進油量。2、無功功率的調節(jié) 如只改變發(fā)電機有功輸出，而不同時對發(fā)

21、電機的勵磁作出相應的調節(jié)將會影響到發(fā)電機的無功輸出。這時必將破壞原來無功電力的供需平衡而影響到電網的電壓水平。當系統(tǒng)中無功電力求過于供時，電壓就會降低，無功電力的需求量也會適當減少(例如變壓器、電動機的激磁電流會減小)，使無功電力在一個稍低的電壓水平下取得新的平衡。這時電廠的反應就應該是增加發(fā)電機的勵磁，即增加發(fā)電機的無功輸出，以恢復電壓。一般小型的發(fā)電機都配備有電壓自動調整系統(tǒng)，其電壓調整特性也必須調整到隨著無功輸出的增加而電機的端電壓略有降低，否則運行中可能出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。所以也和頻率的調節(jié)一樣，需要值班人員對勵磁進行微調，以減小系統(tǒng)電壓的波動范圍。如果發(fā)電機沒有電壓自動調整系統(tǒng)，則只能靠

22、值班人員根據(jù)當時的電壓數(shù)值手動調節(jié)發(fā)電機的勵磁，一般也能滿足要求。三 工頻交流電源，如以鼠籠式感應電機為主的風力發(fā)電機和傳統(tǒng)的小功率同步發(fā)電機。風力發(fā)電機風力發(fā)電技術是將風能轉化為電能的發(fā)電技術，也是一種清潔能源。和光伏電池一樣,它的輸出功率由風能決定。風力發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術中最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。一風輪機風力發(fā)電的原理是：天然風吹轉葉片，帶動發(fā)電機轉子旋轉而發(fā)電。風力發(fā)電機的風輪機多采用水平軸、三葉片結構。葉片的直徑隨單機容量的增大而加長，目前世界上最大的旋轉葉片的直徑達66m，塔架高度達80m。功率調節(jié)是風輪機的關鍵技術之一，目前投入運行的機組主要有兩類功率調節(jié)方

23、式：一類是定漿距失速控制；另一類是變漿距控制。大部分風力發(fā)電機都有對準風向機構，自動使風輪機處于迎風狀態(tài)。隨著技術的發(fā)展，已出現(xiàn)了濃縮風能型風力發(fā)電機迎風及限速自動控制系統(tǒng)等新型風力發(fā)電機系統(tǒng)。二發(fā)電機按照風輪發(fā)電機轉速是否恒定，風力發(fā)電可分為定轉速運行與可變速運行2種方式；按照發(fā)電機的結構區(qū)分，有異步發(fā)電機、同步發(fā)電機、永磁式發(fā)電機、無刷雙饋發(fā)電機和開關磁阻發(fā)電機等機型。早期的風力發(fā)電機大多采用附帶增速裝置的異步發(fā)電機。異步發(fā)電機結構簡單，發(fā)出的工頻交流電可直接使用或經變壓器輸入電網。多數(shù)情況下，異步風力發(fā)電機可定速旋轉；繞線式異步電機可通過在轉子接入可變電阻實現(xiàn)低頻勵磁來調節(jié)轉矩大小，也可

24、以變速運行。因為要從電網獲得勵磁電流，所以異步風力發(fā)電一般不能脫離電網單獨運行，除非用某種方式獲得勵磁。同步風力發(fā)電機不需要增速傳動結構，整體結構簡單。隨著電力電子變流技術的進步，先進的同步風力發(fā)電常采用交直交的接入方式，即先把發(fā)出的交流變成直流，然后再逆變成工頻交流接入用戶或電網。這種發(fā)電方式的優(yōu)點是，發(fā)電機轉速不必與電網頻率要求的轉速同步。由于其輸入功率存在固有的不平衡性，風力發(fā)電在一定程度上可起到蓄能作用，一般風力發(fā)電機輸出的交流電經過整流后向蓄電池組充電，然后通過逆變器連入電網。其數(shù)學模型可由兩個相連的動態(tài)分量來表示：式中-角速度；T-轉矩；下標G, T-發(fā)電機、汽輪機； K，D-軸的

25、硬度系數(shù)、阻尼系數(shù)。三運行方式風力發(fā)電的運行方式可分為獨立運行、并網運行、與其它發(fā)電方式互補運行等。獨立運行是指風力發(fā)電機輸出的電能經蓄電池儲能，再供應用戶使用。這種方式可供電網達不到的邊遠農村、牧區(qū)、海島等地區(qū)使用，一般單機容量數(shù)百到數(shù)千瓦。并網運行是在風力資源豐富地區(qū)，按一定排列方式安裝風力發(fā)電機組，成為風力發(fā)電場，發(fā)出的電能全部經變壓器送至電網，這是目前風力發(fā)電的主要方式。風力同其它發(fā)電方式互補運行，如風力柴油機組互補發(fā)電方式，風力-太陽能光伏發(fā)電方式，風力-燃料電池發(fā)電方式等，這種方式不僅可彌補風速變化所帶來的發(fā)電量突然變化的影響，保證一年四季均衡供電，而且可延長蓄電池壽命，同時還可以

26、使離網型小型用戶發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本降低，自然資源得到充分利用。電源類型一次能源輸出與系統(tǒng)接口小 型小于100kW中型100 kW1MW大型大于1MW小型燃氣輪機化石燃料，可再生能源AC直接相連地熱發(fā)電可再生能源AC直接相連水利發(fā)電可再生能源AC直接相連風力發(fā)電可再生能源DC逆變器光伏系統(tǒng)可再生能源DC逆變器燃料電池化石燃料，可再生能源DC逆變器太陽熱發(fā)電可再生能源AC直接相連蓄電池儲能電網或DGDC逆變器電容器儲能電網或DGDC逆變器飛輪儲能電網或DGDC逆變器超導電磁儲能電網或DGDC逆變器小型（小于100kW)、中型(100 kW1MW)和大型(大于1MW)3類。其中表示存在。技術參數(shù)內燃

27、發(fā)電機微型渦輪發(fā)電機光伏電池陣列燃料電池功率調度能力有有無有容量50KW5MW25W25MW1KW1MW200KW2MW效率(%)3529426194057安裝費用（$/kW）200-3504501000660037505000運行維護費用（$/kWh）0.010.0050.00650.0010.0040.0017NOx天然氣0.30.1-0.0030.02油3.70.17-技術狀態(tài)商業(yè)化大容量商業(yè)化商業(yè)化商業(yè)化四 儲能裝置電力供給與需求在時間和空間上存在差異，建立儲能系統(tǒng)進行電力的控制、調節(jié)、分配，可以實現(xiàn)對能源的合理、高效利用。能量轉換與儲存技術是新型節(jié)能技術，雖不能表征為能量源，但可以改

28、善電能質量，提高供電的穩(wěn)定性及可靠性。在配電系統(tǒng)及可再生能源系統(tǒng)中，儲能技術已受到越來越多的重視。性能超級電容鉛酸蓄電池電解電容器循環(huán)壽命（次）500，00010002000106充放電效率909570901充電時間15h0.3-30h10-610-3秒放電時間0.33h0.330h10-610-3秒溫度范圍-4070室溫-40105能量密度（Wh/Kg）51025450.2功率密度（kW/Kg）2100.10.5101000超級電容超級電容器因其組成和工作原理而具有很多優(yōu)點：(1)高功率密度。超級電容的內阻小，輸出功率密度高，是一般蓄電池的數(shù)十倍。(2)循環(huán)壽命長。具有至少十萬次以上的充電壽

29、命。(3)充電速度快?？梢杂么箅娏鹘o超級電容充電，充電時間很短。(4)工作溫度范圍寬。能在-4060的環(huán)境溫度中正常工作。(5)綠色環(huán)保。超級電容器在生產過程中不使用重金屬和其它有害化學物質，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。超級電容自身也存在一定的缺點。(1)線性放電。超級電容線性放電的特性使它無法完全放電。(2)低能量密度。目前超級電容可儲存的能量比化學電源少得多。(3)低電壓。超級電容單體電壓低，需要多個電容串聯(lián)才能提升整體電壓。(4)高自放電。它的自放電速率比化學電源要高。超級電容的儲能原理超級電容是利用雙電層原理的電容器，儲能原理的示意圖如圖4-1所示，當電壓施加到超級電

30、容器的兩個電極板上時，與普通電容器一樣，正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷。正極板上的正電荷吸引電解質中的負離子，負極板上的負電荷吸引電解質中的正離子，這樣正負電極上都會形成正負電荷排列的現(xiàn)象。這種正電荷與負電荷在兩個電極不同相之間的接觸面上，以極短間隙排列在相反的位置上，形成的電荷分布層叫做雙電層。 圖4-1雙電層電容器原理示意圖雙電層電容器也是靜電儲能方式，電容量的大小和存儲的電量由下式決定C=A/d(2-1); Q=CU(2-2)式中，是有效電解質常數(shù)，d是電極表面與吸附離子的間隔距離，A是電極表面積，C是電容量，U是外加電壓，Q是儲存的電量。容量特性根據(jù)電容的相關知識，多個電容組合的總

31、體容量與串聯(lián)和并聯(lián)的電容數(shù)目有關。多個相同電容組合后的電容量由下式決定。式中， 為單體電容的容量，m為并聯(lián)電容的數(shù)目，n為串聯(lián)電容的數(shù)目，C是組合后電容量。測量容量時，先以恒定電流I將電容充電至額定電壓，然后以恒定電流I將電容從額定電壓放電至額定電壓的80%(并記錄放電時間t。那么，測得的容量由下式決定。鉛酸蓄電池的主要特性參數(shù)。 (1)蓄電池的容量 處于完全充電狀態(tài)的鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，放電電到規(guī)定的終止電壓時所能給出的電量稱為電池容量，以符號C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時(Ah)或毫安時(mAh)。通常在C的小角處標明放電時率，如C10。表明10小時率的放電量。電池容量分

32、為理論容量、實際容量和額定容量。 理論容量是活性物質的質量按法拉第定律計算而的最高理論值。 實際容量是電池在一定放電條件下所能輸出的電量。由于組成電池時，除了電池的主反應外，還有副反應發(fā)生，加之其他原因，活性物質利用率不可能為100，因此實際容量遠低于理論容量。 額定容量，是按照國家有關部門頒布的標準，在電池設定時要求電池在一定的放電條件下(通信電池一般規(guī)定在25環(huán)境下以10小時率電流放電至終止電壓)應該放出的最低限度的電量值。 (2)放電率 根據(jù)蓄電池放電電流的大小，分為時間率和電流率。時間率是指一定放電條件下，放電至放電終了電壓的時間長短。常用時率和倍率表示。根據(jù)IEC標準，放電的時間率有20,10, 5, 3, 1, 0.5小時率，分別標識為20h, 10h, 5h, 3h, 1h, 0. 5h等。電池放電倍率越高，放電電流越大，放電時間就越短，放出的相應容量越少。 (3)充電終止電壓和放電終比電壓 蓄電池充足電時，極板的活性物質己達到保護狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也不會上升，而只是進行水的電解反應，此時的電壓稱為充電終l卜