高效率超级电容充电系统设计

超级电容器是具有超大容量和高储能密度的新型储能元件,具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快等蓄电池无法比拟的优点。本文结合超级电容的充放电特性,设计了低内阻高效率的超级电容充电电路,有效地提高了超级电容的充电效率。     

锂电池-超级电容混合系统能量管理与仿真

为了解决储能蓄电池作为动力源应用电动汽车的单一化等不足,在对锂电池与超级电容的外部工作特性及其储能机理理论研究基础上,提出锂电池-超级电容混合电动汽车能量系统。首先基于超级电容内部化学反应与外部工作特性,提出等效电路模型,并建立了其时域状态空间模型。接下来制定脉冲电流实验方案采集电压实验数据,辨识得到准确的超级电容模型,并通过模型仿真曲线与实验曲线的对比来验证模型的准确性。然后结合电动起实际工况及电池和超级电容储能机理,提出超级电容-电池电动汽车能量管理策略,最后基于超级电容模型和电池模型,在matlab/simulink仿真实验平台搭建起超级电容-电池混合电动汽车能量仿真模型,仿真结果验证管理策略的可行性和准确性。     

压缩空气与超级电容混合储能系统能量控制策略

结合压缩空气储能和超级电容储能两种储能方式的特点,提出了一种混合储能技术方案.压缩空气储能作为主要能量存储环节,实现大容量存储和持续的能量转化;超级电容储能作为辅助储能环节,实现功率快速响应和间断的能量补充.本文研究了混合储能系统的能量管理控制策略,提出了采用自适应功率调节和规则基础法控制来实现能量分配管理的策略,设计了15 kW混合储能系统的参数.仿真和试验验证了控制方案的可行性.     

超级电容储能系统抑制直流牵引网压波动的研究

超级电容储能装置通过双向DC/DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动能量,本文就车载超级电容储能系统的结构及充放电控制策略进行了研究,给出超级电容储能系统充放电控制策略,通过对其控制策略的仿真分析,验证了超级电容储能系统可以有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和再生失效等问题.     

棉秆基活性碳材料在柔性微型超级电容器中的应用

生物质碳材料具有高比表面积、轻质、可再生、价格低廉等优势,是一种很有前景的超级电容器的电极材料,随着电子器件的微型化,对储能器件的柔性也提出了一定的要求。为了满足人们对柔性电子器件日益增长的需求,解决储能器件小型化、柔性化等问题,本文利用氢氧化钾活化法,经过高温刻蚀棉花秸秆制备出具有多孔结构的碳材料,并将该材料制备成电极组装成微型超级电容器(MSCs),测试其电学性能。结果表明:当电流密度为0. 33 mA/cm时,比容量为32 mF/cm;弯曲直径在20 mm时,弯折2000次后仍有85%的电容保有量。本文以棉花秸秆为原材料制备MSCs的方法简单,且器件具有优异的电化学和机械性能,在未来柔性、小型电子器件领域具有广泛的应用前景。     

超级电容器电极材料的结构设计

超级电容器由于具有功率密度大和循环寿命长的优势受到了广泛的关注.电极材料是超级电容器的核心部分,是发展高性能超级电容器的关键要素.电极材料的组成、晶体结构、微纳结构形态等对其电化学性能具有重大影响.赝电容电极材料的性能与晶体内部的孔道结构密切相关,具有大孔道的电极材料其比容量明显高于只含有小孔道的电极材料.合理调控电极材料微纳结构形态如设计多孔结构、中空结构有利于增大电极的电化学活性表面,进而获得更多的电荷存储量,是提高储能性能的有效途径之一.将赝电容电极材料与导电基体复合生长可以提高材料整体的电导率,进而提高材料的比容量与倍率性能.通过对超级电容器电极材料结构的合理设计进而实现其储能性能的提高已经成为电化学储能领域的研究热点,对于推动超级电容器的发展具有重要意义.     

纯电动客车超级电容储能系统研究与计算界面设计

为使纯电动客车超级电容储能系统尽可能多地储存制动过程中回收的能量,基于能量约束法提出了满足整车性能和储能要求的超级电容储能系统单体电池连接方法,并通过Matlab/GUI开发了超级电容储能系统设计界面.实车测试表明,利用此方法得到的单体电池连接方式可满足目标要求.     

蓄电池超级电容混合储能双重解耦控制策略

蓄电池-超级电容器混合储能系统既可充分应用功率型储能器件的物理特性,又可优化蓄电池的充放电过程,是储能技术未来发展方向之一。本研究中提出了一种主从结构双重解耦控制策略,利用功率前馈解除了母线电压与扰动输入间的耦合关系,也抑制了耦合扰动输入对超级电容端电压的影响,将端电压有效维持在一定范围,解决了传统控制策略下超级电容的过充过放问题,简化了控制过程;而且在保证微电网稳定运行的同时,使得蓄电池的充放电电流变化平滑,降低其变化率,延长其使用寿命,并提高了微电网孤岛运行储能系统运行的可靠性。最后通过仿真分析,验证了所提控制策略的正确性。     

超级电容器用金属层状双氢氧化物电极材料研究进展

金属层状双氢氧化物(LDHs)作为具有赝电容特性的电极材料,以法拉第反应机理为基础进行储能,其特殊的层状结构可以提供高比表面积和反应活性位点,从而实现高比容量,是一种理想的超级电容器电极材料.结合近几年的相关文献报道,综述金属层状双氢氧化物电极材料的机理特性、制备工艺、电化学性能,展望其在超级电容器领域的发展趋势.     

基于超级电容的太阳能楼道照明系统的设计

设计了一种太阳能楼道照明系统,采用了绿色光源LED、绿色储能元件超级电容、红外线探测器和光探测器,以市电作为备用电源.以六层楼为例,分别对照明光源、探测器、太阳能电池板的最佳倾角、太阳能电池的容量、超级电容的容量和系统控制器进行了设计,并列出了选用器件的数量及参数.最后,分析了系统的经济效益.     

Linear and non-linear pseudocapacitances with or without diffusion control

Pseudocapacitance is an important reversible charge storage mechanism in many electrode materials. Although the concept was first proposed in early 1960s, it has been more widely studied following the observation of rectangular cyclic voltammograms (CVs) when testing some transition metal oxides and electronically conducting polymers, and the association with supercapacitor. However, interpretation of pseudocapacitance is inconsistent in the literature. Although all agree that materials are pseudocapacitive if they undergo Faradaic reactions and exhibit rectangular CVs, some have regarded any surface confined Faradaic reactions which may present non-rectangular or even peak-shaped CVs to be pseudocapacitive. In the case of rectangular CVs, the amount of charge stored in the electrode is a linear function of the electrode potential, whilst for non-rectangular or peak-shaped CVs, the relationship is non-linear. It is shown in this article that only linear pseudocapacitance is of relevance to supercapacitor, but non-linear pseudocapacitance may find applications in rechargeable battery and supercapattery. Further, it is clarified that the equation i ​= ​k₁v ​+ ​k₂v^1/2 is useful in analysis of electrode kinetics in terms of surface confinement and diffusion control. However, this kinetic equation is blind to the thermodynamically determined charge storage mechanisms as shown by experimental evidence, and should not be used to differentiate non-capacitive Faradaic processes from pseudocapacitance, either linear or non-linear.     

计及高比例可再生能源的配网系统储能多场景优化配置

为解决传统方法中可再生能源出力波动大、可再生能源和储能利用效率不高等问题,提出一种计及高比例可再生能源的配网系统储能多场景优化配置方法。通过在配网系统电源侧接入储能,定义配网系统储能配置场景,采用一阶低通滤波,结合波动率期望值确定方法,将低通滤波时间常数作为储能容量配置的关键参数,计算能源发电波动场景储能目标输出功率。采用上下限约束法,计算负荷储能释能场景储能目标输出功率。结合配网系统运行成本,构建储能多场景优化配置模型,求解储能最优功率和容量最优解,获得储能最优配置方案。实验结果表明,所提方法减少了风电出力和光伏出力的最大波动量、最大波动率,可再生能源出力更加平稳,减少了弃风率和弃光率,增加了储能出力,提高了可再生能源和储能利用效率。     

液态空气储能与液态CO2储能技术对比

为了解决压缩空气储能储气室容积大、成本高的问题,液态空气储能和液态CO₂储能得到了国内外广泛关注及研究。针对这两大储能系统,借助ASPEN PLUS软件搭建了热力学物理模型,并借助?分析对两大储能系统进行热力学和关键参数敏感性研究分析。研究表明：液态空气储能系统?损失主要发生在压缩机及蓄热蓄冷装置上,分别占比45.02%、37.61%。液态CO₂储能系统?损失主要发生在低温膨胀机、压缩机及蓄冷蓄热装置上,分别占比26.99%、23.88%、30.41%。从电-电转化效率方面：在绝热条件下,两大储能系统由于在充放电过程能量消耗大,电-电转化效率都低于55%,相比液态空气储能,液态CO₂储能效率高。从系统成熟度方面：液态空气储能已得到工程应用,而液态CO₂储能还处于研究阶段,未得到工程化应用。从投资成本方面;液态CO₂储能单位千瓦投资成本高于液态空气储能约40%。     

地下含水层热储井位置选择和布置

地下含水层热储开发技术面临一系列问题,寻找适合热储用的含水层和合理布置热储井是解决问题的第一步.综合考虑含水层的地质结构特征,适合热储的含水层应该是承压含水层,热储应该采用同层方式.单个热储井的影响半径可以通过热平衡和热扩散原理求得.合理布置热储井间的相对位置,可以有效抵消原有地下水的流动以及渗流系数不一致的影响.利用井之间的渗流耦合作用,在热储井之间布置调节井,主动控制热储水的波及范围,可以实现热储井布置的相对"紧凑".     

基于PSASP/UPI建立通用储能系统模型及应用研究

摘要 为了解决当今世界的能源短缺的问题,风电并网是重要方法之一,配置合适的储能系统是实现大规模风电联网运行的有效途径。本文首先以电池储能为例介绍了储能元件的主要技术参数。通过对三种典型的电池特性分析提出了通用的储能系统物理模型,并且建立了不同储能系统的通用数学模型。本文建立的通用数学模型能体现不同储能系统的响应延迟,充电和放电功率限制和容量的限制,不同储能系统的差异体现在储能系统的技术参数的不同。利用电力系统分析软件PSASP/UPI用户自定义程序进行自定义建模。通过PSASP软件中IEEE-WSCC三机九节点标准系统为例进行仿真,并对仿真结果进行分析,有效的验证了该通用储能模型的合理性和有效性。同时针对仿真结果,对储能系统配置问题给出了相关建议。     

基于模糊综合评判的分布式储能系统调节能力分析

分布式储能在平抑间歇性电源的波动性、参与电力调峰、改善电能质量、提高供电可靠性等方面发挥着重要作用。如何量化评估储能系统的供能及调节能力,对于挖掘各类功率型储能和能量型储能组合配置的调节潜力以及分布式储能的优化配置都至关重要。文中针对目前常用的储能形式和装置,对各类储能的响应速度特性、功率调节特性等进行分析,在对影响储能系统调节能力的多种因素分析基础上,提出了一种基于模糊综合评判的储能系统调节能力评估模型,为不同储能组合模式、不同容量配置比例下,定量化评估分布式储能系统的供能及调节性能提供实用有效的方法。通过仿真算例验证所提方法的有效性。     

新型压缩空气储能及其技术发展

压缩空气储能研究是目前绿电储能的重要科技前沿,主要为大规模绿电的存储转换及并网等问题,提供有效的解决方案。回顾了压缩空气储能的背景,介绍了传统压缩空气储能及其衍生技术的工作原理,分析了新型压缩空气储能的优缺点和应用范围、中外压缩空气储能的应用现状及其经济效益。基于此,提出了未来压缩空气储能的应用前景及发展趋势,为相关学者和方案决策人员提供参考。     

计及需求响应的联网型微电网储能容量随机规划方法

为了获取更理想的储能容量规划结果,在考虑功率平衡最优和需求响应的基础上,提出了一种新的联网型微电网储能容量随机规划方法。在需求响应条件下基于联网型微电网的运行模式和随机理论,将功率平衡最优作为规划目标,组建储能容量随机规划模型。利用改进粒子群算法对构建的储能容量随机规划模型进行求解,获取最优联网型微电网储能容量随机规划方案。实验结果表明：随着电容电量的不断增加,微电网的整体平衡能力开始变强;所提方法的能量平衡能力指标更高,储能额定电量容量更稳定,储能系统负荷更小,规划效率更高。所提方法能够更好地实现联网型微电网储能容量规划。     

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证

为了探讨利用太阳能-地源热泵系统中现有钻孔U形埋管进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,建立了考虑地下水渗流与热湿迁移影响的准三维U形埋管土壤蓄热的数学模型.基于对模型的数值求解,探讨了间歇蓄热运行模式及地下水渗流对U形埋管土壤蓄热特性的影响,结果显示:间歇蓄热方式有利于土壤温度的恢复,从而可提高蓄热效率;同时,地下水渗流的存在可以强化地下埋管的换热效果,但不利于用埋管作为蓄热装置.实验验证表明,埋管日平均出口温度及日蓄热的计算值与实验值随时间的变化规律一致,其平均相对误差为5.6％.所建模型为U形埋管土壤蓄热及其传热特性的研究提供了理论基础.     

2018年压缩空气储能技术热点回眸

 能源结构转型是世界各国正在面临的严峻问题。中国可再生能源丰富，但高比例的可再生能源渗透对电网的安全运行提出重大挑战。储能作为协同新能源运行的有效手段，可打破电能“即发即用”的特点，实现能量的高效利用。在大规模储能背景下，压缩空气储能以其自身的清洁、低成本等特点，逐步成为研究热点。2018年，压缩空气储能领域向示范工程、商业化初期不断迈进。本文回顾2018年压缩空气储能领域热点问题，总结了该领域多能互补、液化压缩、盐穴储气、循环控温、协同水利发电等技术方面的突出进展。