替代能源中的超級(jí)電容器介紹
超級(jí)電容嶄露頭角
電能和燃油的緊缺使人們開始尋找更多的替代能源,超級(jí)電容器彌補(bǔ)了鋁電解電容和可充電電池之間的技術(shù)缺口,同時(shí)又克服了兩者的缺陷。它們與傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)不同,能夠以很高的電流進(jìn)行充電和放電,不會(huì)老化。超級(jí)電容器的熱響應(yīng)能力也優(yōu)于電池系統(tǒng),它的充放電次數(shù)可達(dá)50萬次,具有相當(dāng)長的使用壽命。由于超級(jí)電容器不是通過化學(xué)反應(yīng)來充電的,而是通過在導(dǎo)電碳粒子的表面積累電荷進(jìn)行充電的,因此它的充電電流可以非常高,這對(duì)電池來說是不可能的,因?yàn)殡姵乇旧砭哂泻芨叩膬?nèi)阻。電池充電是一種電化學(xué)反應(yīng)過程,受到了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制,而超級(jí)電容器則沒有充電時(shí)間的限制。
作為目前替代能源應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)極佳的技術(shù)解決方案,超級(jí)電容器在需要更高效更可靠電源的新技術(shù)領(lǐng)域中逐漸嶄露頭角。
圖1 類似于這種包含18個(gè)電池單元42V封裝的超級(jí)電容器模塊正進(jìn)入當(dāng)前和今后的汽車應(yīng)用領(lǐng)域
超級(jí)電容器存儲(chǔ)的能量主要可以通過三種方式來使用：
混合能源汽車與超級(jí)電容器
超級(jí)電容器在混合能源技術(shù)汽車領(lǐng)域中所起的作用是十分重要的。隨著能源價(jià)格的不斷上漲,以及歐洲汽車制造商承諾在1995年到2008年之間將汽車CO2的排放量減少25%,這些都促進(jìn)了混合能源技術(shù)的發(fā)展。寶馬、奔馳和通用汽車公司已經(jīng)結(jié)成了一個(gè)全球聯(lián)盟,共同研發(fā)混合能源技術(shù)。
混合能源汽車可以分成三類：輕微混合、中度混合和完全混合。輕微混合型使用一種更強(qiáng)大的啟動(dòng)器,能夠在停車時(shí)熄滅引擎,在再次加速時(shí)重新啟動(dòng)引擎。這種小型的改進(jìn)可以在城市行車條件下節(jié)省8%的能源,同時(shí)能夠大幅度減少尾氣排放。
另外一種改進(jìn)就是中度混合技術(shù),就是使用一個(gè)電動(dòng)馬達(dá),在汽車停止后開始加速的前30s增大其加速度。這項(xiàng)技術(shù)需要大規(guī)模存儲(chǔ)再生能源,通過使用超級(jí)電容器很容易實(shí)現(xiàn),在需要反復(fù)啟停的城市行車條件下能夠節(jié)省15％的燃料。
最后,完全混合能源技術(shù)將為汽車配備更強(qiáng)大的電動(dòng)馬達(dá)和高能電池,產(chǎn)生高達(dá)75kW的功率,能夠在短距離加速過程中實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)推進(jìn)。這種設(shè)計(jì)能夠節(jié)省20%的能源。
這些新技術(shù)中有很多將會(huì)使用替代能源,例如太陽能、風(fēng)能或者燃料電池。但是由于能量來源本身的特性,決定了這些發(fā)電的方式往往具有不均勻性,電能輸出容易發(fā)生變化。
隨著風(fēng)力和太陽光強(qiáng)度的變化,這些能源產(chǎn)生的電能輸出也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。這就需要使用一種緩沖器來存儲(chǔ)能量。
由于這些能源產(chǎn)生的電能輸出可能無法滿足消費(fèi)者一方的峰值電能需求,因此可以采用能量緩沖器在短時(shí)間內(nèi)提供所需的峰值電能,直到發(fā)電量增大,需求量減少。另外,在能源產(chǎn)生的過程是穩(wěn)定的而需求是不斷變化的情況下,也可以使用能量緩沖器。
