Застосування суперконденсаторів EDLC в відновлюваній енергії. Світова практика Bashny.Net

Використання двошарових суперконденсаторів (Електричних двошарових конденсаторів) в технологічно розвинених країнах світу стабільно зростає. Якщо у 2011 році обсяг ринку був трохи більше 550 млн. дол. США, то в цьому році обсяг споживання суперконденсаторів повинен перевищувати 2 млрд дол., а до 2025 р. становитиме 8 млрд дол. (рис. 1). Це тому, що використання суперконденсаторів у багатьох випадках дозволяє реалізувати більш ефективні, екологічно чисті та економічно звукові рішення, а в деяких випадках переходять на принципово новий технічний та технологічний рівень. До особливостей суперконденсаторів відносяться:

1,1 км Висока специфічна потужність, яка робить суперконденсаторів оптимальними засобами для роботи з різкими і значними змінами потужності і ефективного використання для стабілізації поточних параметрів.

2,2 км Висока швидкість заряду / розряду, що дозволяє ефективно використовувати суперконденсатори в системах відновлення енергії та імпульсних повноважень.

3. У Широкий діапазон робочих температур від -40 до 65 °C, що забезпечує їх використання в різних вуличних системах без спеціальних кліматичних систем.

4. У Термін служби не менше 10 років (податкові цикли/розрядні цикли), усунення необхідності частої заміни та зменшення експлуатаційних витрат.

5. герметичність і екологічність, що виключає необхідність операційних витрат і витрат на екологічні заходи.

6. Жнівень Компактність, невеликий розмір і вага, що робить суперконденсатори ефективні для автономних і мобільних додатків.





Використання суперконденсаторів у багатьох випадках дозволяє здійснювати більш ефективні, екологічно чисті та економічно обґрунтовані рішення, а в деяких випадках переходити на принципово новий технічний та технологічний рівень.

Основними споживачами суперконденсаторів у світі є європейські країни, США та азіатські країни, такі як Китай, Японія та Південна Корея.

Основними виробниками суперконденсаторів є Maxwell Technologies (США), Panasonic, NEC-Tokin, Cooper Electronic Technologies, Seiko Instruments, Nippon-Chemi-Con (всі Японії) і Nesscap (Південна Корея), які обліковуються на 70% ринку (Figure 2).

Supercapacitors тепер використовуються практично у всіх галузях промисловості, але основні споживачі включають виробники електроніки, транспорту, енергії, включаючи відновлювану енергетику, та енергетичне обладнання (рис. 3).

Використання суперконденсаторів в відновлюваній енергетиці є актуальним завдяки своїй початковій нестабільності, особливо якщо мова йде про вітротурбіни або сонячні панелі. Для забезпечення якості та стабільності електричної енергії, що генерується кінцевими користувачами, а також для інтеграції відновлюваних джерел енергії в окремі розподільні мережі, необхідні дорогі заходи, а в цьому випадку використання суперконденсаторів стає ефективним альтернативою традиційних рішень.

У світовій практиці в відновлювальних джерелах енергії використовуються в наступних сферах (Таблиця 1).

Одним з найбільш поширених у використанні суперконденсаторів є їх використання в складі орієнтаційних систем вітротурбінних лез для забезпечення максимальної потужності і запобігання розриву леза на високих швидкості вітру, так званих систем управління відьми (рис. 4).

На сьогоднішній день використовуються гідравлічні та електричні системи, в той час як останні все частіше використовуються через їх екологічність та нижчі експлуатаційні витрати. В даний час, близько 30% вітрових турбін у світі обладнані суперконденсаторами, які забезпечують імпульсну потужність, необхідну при обертанні лопаток, стабілізації параметрів і підтримці потужності при короткостроковій втрати напруги, а також безпечну і правильну спрямованість леза.





Суперконденсатори в даний час використовуються практично у всіх галузях промисловості, але основні споживачі включають виробники електроніки, транспорту, енергії, включаючи відновлювану енергетику та енергетичне обладнання.

Використання суперконденсаторів в системах управління Пітчингом постійно зростає, в першу чергу через відмову акумуляторів через те, що використання суперконденсаторів є більш надійним і економічним (рис. 5).

На сьогоднішній день розвиток використання суперконденсаторів для вітротурбін досягла стадії формування галузевих стандартів для приводів суперконденсаторів (рис. 6).

Ще одним загальним додатком є використання суперконденсаторів в складі енергосистем зберігання «гібридних» акумуляторів. У цих системах суперконденсатори та акумулятори компенсують один одному недоліки. Акумулятори використовуються в якості основного пристрою для зберігання енергії, при цьому суперконденсатори забезпечують імпульсні режими роботи, відключаючи нестабільні відновлювані джерела енергії та швидкі зміни навантаження (рис. 6). Крім того, суперконденсатори захищають акумулятори від напругових відкладок і високозарядних струмів. У той же час, потреба в акумуляторах може бути зменшена в п'ять разів, а термін служби акумулятора збільшена до двох разів.

Гібридні системи зберігання енергії в багатьох випадках найефективніше рішення для інтеграції відновлюваних джерел енергії в розподільчі мережі, компенсування для імпульсного навантаження, зберігання енергії та ін., для яких існує вже багато практичних доказів.

Р



Одна з найбільших енергетичних компаній США, Дюк Енергетика, яка зіткнулася з значними витратами, пов'язаними з підвищенням існуючої інфраструктури при підключенні відновлюваних джерел енергії до мережі дистрибуції. Для того, щоб розгладити нестабільний сонячне генерування, компенсувати імпульсну потужність і підтримувати навантаження в періоди низького покоління, встановлено гібридний привід, що складається з 277 кВт / 8,0 кВт•год суперконденсаторів і 50 кВт / 300 кВт•год батарейних пакетів. Supercapacitors швидко компенсує як зміни сонячної енергії, так і імпульсних навантажень, тим самим усуваючи акумулятори з режимів деградації / розряду. Акумулятори забезпечують довгострокове енергосховище від сонячних панелей і підтримують навантаження в найбільш оптимальні терміни. В результаті капітальні витрати знижуються на 10-15% і операційні витрати знижуються на 30% порівняно з акумуляторами.

Ще одним прикладом ефективного використання гібридних систем зберігання енергії є Південно-Східної Пенсільванія (SEPTA). Більше 80 відсотків від 500 ГВт енергії, що споживається проектом, йде від залізничного транспорту. Відновлення енергії гальмування може призвести до значної економії споживання енергії. Відповідно, розроблена та встановлена «гібридна» система суперконденсаторно-батарного зберігання енергії, призначена для виконання наступних базових функцій:

1,1 км Відновлення енергії гальма. Supercapacitors магазин гальмівної енергії, визначення збільшення напруги в контактній мережі. Цей процес відбувається кілька тисяч разів на добу і триває в середньому 15-20 секунд.

2,2 км Модуляція навантаження для забезпечення регулювання частоти на енергетичному ринку. В середньому 90 хвилин на добу проводяться на процес відновлення енергії гальмування, відповідно, решта часу використовується для реалізації цієї функції.

В результаті досягнуто зниження споживання електроенергії з сітки 20%, а також 800 кВт модуляції потужності з швидким підключенням. Оскільки це платна послуга, що надається оператору сітки, ДППТА генерує більше 200 000 доларів на дохід щорічно.

р.



Ефективність суперконденсаторів для автономних електромереж, де основні або тільки джерела енергії є відновлюваними джерелами або дизельними генераторами, підтверджено дослідженнями та практикою.

Приклад ефективного рішення для компенсування пульсової потужності з суперконденсаторами є проект порту Yangshan в Китаї, розташований недалеко від Шанхайа. 23 портові крани постійно створюються значні зміни напруги, що тривають 10-15 секунд. З порту знаходиться 20 миль на шопінг, збільшення джерела живлення і укладання додаткових кабелів живлення було дуже дорогим рішенням. В якості альтернативного рішення було розроблено та встановлено 3 МВт/17.2 кВт•год суперконденсаторний привід, що забезпечує 20-другу підтримку та компенсацію при перепаді крану. На сьогоднішній день система працює більше двох років. У результаті досягнуто зменшення 38% при скороченні споживання електроенергії, економія споживання електроенергії склала 2,9 млн. дол., а економія через підвищення ефективності та зниження експлуатаційних витрат склала 41 млн. дол. США.

Також варто відзначити перевірену ефективність використання суперконденсаторів для автономних електромереж, де основні або тільки джерела енергії є відновлюваними джерелами або дизельними генераторами. Перш за все, ми говоримо про індивідуальні домогосподарства і села, де немає електропостачання, але це не тільки їх. Як приклад, ми можемо цитувати дорожньою інфраструктурою, яка особливо важлива для Росії, де довжина доріг велика, і немає електропостачання.

Автономні системи мають сенс використовувати в випадках, коли основні джерела електричної енергії так віддалені від дорожньо-дорожньої інфраструктури обладнання, що кладуть кабельні мережі для живлення навантаження є відносно дорогими, коли є необхідність в тимчасовому електропостачанні, наприклад, в разі будівництва та ремонту доріг і коли необхідно забезпечити тривалий термін експлуатації (10 років) в широкому діапазоні температур (від -40 до + 65 ° С) без необхідності частого технічного обслуговування і заміни.

Відповідачі, що використовуються самостійно або в складі «гібридних» систем зберігання енергії, є ефективним рішенням для побудови автономних систем електропостачання для АЗС, ТПВ, аварійних телефонів, парків, відеонаглядів, систем зв'язку та передачі даних. Використання сонячних панелей разом з суперконденсаторами, як пристрої для зберігання енергії дозволяє ефективно організувати освітлення доріг та маркування, освітлення автомобільних знаків та знаків тощо.





Пошук

Суперконденсатори є одним з трьох основних елементів - зберігання / джерела енергії і займають проміжну позицію між конденсаторами і батареями. Завдяки унікальним властивостям споживання суперконденсаторів у світі постійно зростає. В даний час суперконденсатори використовуються практично у всіх секторах світової промисловості, а відновлювана енергетика не є винятком (додатково 2).

Дослідження та практичний світовий досвід показують, що в більшості випадків використання суперконденсаторів на всіх стадіях, починаючи від покоління електроенергії відновлюваними джерелами енергії до кінцевих споживачів, є найбільш ефективним рішенням з технічної точки зору і в плані загальної вартості володіння та екологічність.

Російська державна програма з енергозбереження та енергоефективності на період до 2020 року передбачає надання електроенергії шляхом використання відновлюваних джерел енергії до 2020 року на рівні 4,5% (загальне виробництво електроенергії в 2020 році), що передбачає створення потужностей на основі відновлюваних джерел енергії, інфраструктури для їх підключення до розподільчих мереж, зберігання, зберігання та передавальних систем тощо.

Для розробників і творців цих рішень потрібно враховувати існуючий світовий досвід і розглянути використання суперконденсаторів як одного з альтернатив, які в багатьох випадках можуть бути найбільш ефективним рішенням.





Видання





Джерело: www.c-o-k.ru/articles/primenenie-superkondensatorov-edlc-v-vozobnovlyaemoy-energetike-mirovaya-praktika