在風(fēng)力發(fā)電能量存儲(chǔ)中，超級(jí)電容器可能有更好的應(yīng)用

正如我們所報(bào)道的那樣，超級(jí)電容器正在出現(xiàn)更多用例，這些超級(jí)電容器正在迅速取代用于儲(chǔ)能的電池。

超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長(zhǎng)，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來(lái)增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。

超級(jí)電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)構(gòu)允許其面積達(dá)到2000m2/g，通過(guò)一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開(kāi)的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離（<10 ?）和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級(jí)”所在。

與汽車(chē)和 IT 應(yīng)用一起，隨著可再生能源飆升——在某些情況下，從字面上看，電網(wǎng)存儲(chǔ)看起來(lái)最有前途。這些來(lái)源包括與無(wú)人機(jī)甚至風(fēng)箏相連的機(jī)載風(fēng)能 (AWE) 發(fā)電機(jī)，它們比傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)在高空產(chǎn)生更強(qiáng)、更穩(wěn)定的風(fēng)。

意大利公司KiteNRG正在開(kāi)發(fā)一種容量高達(dá) 500 kW 的 AWE 系統(tǒng)。該公司聲稱(chēng)：“對(duì)流層中的高空風(fēng)代表了一種尚未開(kāi)發(fā)的能源，其規(guī)模超過(guò)了世界目前的能源需求?！?

根據(jù)市場(chǎng)分析師 IDTechEx 的說(shuō)法，意大利的能量收集設(shè)計(jì)要求超級(jí)電容器采用“孤島配置”來(lái)處理預(yù)期的電涌。這種離網(wǎng)模式的另一個(gè)原因是海浪和潮汐流計(jì)劃等能量收集技術(shù)必須在偏遠(yuǎn)地區(qū)連續(xù)可靠地運(yùn)行。

除了比傳統(tǒng)電池捕獲更多的能量浪涌外，超級(jí)電容器還浪費(fèi)更少的電力。IDTechEx 估計(jì)，與電池相比，用于能量收集的超級(jí)電容器提供大約 100 倍的續(xù)航能力以及“深度放電”，“而電池容量只能消耗 15%?！?

在能量循環(huán)應(yīng)用中，超級(jí)電容器在更換電池所需的千瓦/小時(shí)方面也優(yōu)于電池存儲(chǔ)。該指標(biāo)至少抵消了超級(jí)電容器的部分成本，市場(chǎng)分析師指出，這一特性已在混合動(dòng)力汽車(chē)中得到證明。

盡管如此，在能量密度方面，承載式超級(jí)電容器仍然落后于電池技術(shù)，這是提高電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵考慮因素。最新的鋰離子電池仍能產(chǎn)生與燃料電池相當(dāng)?shù)哪芰棵芏?，但超?jí)電容器相對(duì)較高的功率密度（以給定質(zhì)量的電量來(lái)衡量）意味著它們?cè)诳捎么鎯?chǔ)空間量方面優(yōu)于電池。

IDTechEx 指出，電池-超級(jí)電容器混合動(dòng)力正在興起，旨在利用這兩種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這可能有助于減少超級(jí)電容器貼紙的沖擊：大型版本仍然需要數(shù)千美元。該投資的一個(gè)潛在回報(bào)是通過(guò)防止在暴風(fēng)雨中損壞風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，可能節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。

市場(chǎng)追蹤者以對(duì)超級(jí)電容器技術(shù)的另一項(xiàng)全力支持作為總結(jié)：“與電池相比，超級(jí)電容器更安全，可以容忍過(guò)度充電和避免復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)。” 該技術(shù)越來(lái)越不易燃、無(wú)毒，并且與電池不同，不需要昂貴的受控處置。

對(duì)于機(jī)載風(fēng)力發(fā)電機(jī)等新興部署，IDTechEx 估計(jì)超級(jí)電容器浪費(fèi)的電力減少了 14%，并且從機(jī)載風(fēng)能平臺(tái)捕獲的再生能量高達(dá)兩倍。

長(zhǎng)期以來(lái)，儲(chǔ)能一直是推動(dòng)可再生能源的薄弱環(huán)節(jié)。隨著科技初創(chuàng)公司和越來(lái)越多的超級(jí)電容器供應(yīng)商利用更多的潛在能源，可再生能源的回收、儲(chǔ)存和管理看起來(lái)更有希望。