電磁蓄能

超導儲能系統(Superconducting Magnetic Energy Storage， SMES)是採用超導線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網或其他負載的一種電力設施。它利用超導磁體的低損耗和快速響應來儲存能量的能力，是一種通過現代電力電子型變流器與電力系統接口，組成既能儲存電能(整流方式)又能釋放電能(逆變方式)的快速響應器件。它利用了超導體的電阻為零特性，不僅可以在超導體電感線圈內無損耗地儲存電能，還可以達到大容量儲存電能、改善供電質量、提高系統容量等諸多目的，且可以通過電力電子換流器與外部系統快速交換有功和無功功率，用於提高整個電力系統穩定性、改善供電品質。一般由超導線圈、低温容器、製冷裝置、變流裝置和測控系統部件組成。

超導儲能在電力系統中的應用首先是作為一種平衡電力負荷的裝置提出的。1969年Ferrier首先構想用一個很大的超導磁儲能裝置來平衡法國電力系統中的日負荷變化，調節電力系統峯谷。由於其與電網的功率交換非常迅速，加上電力電子技術的發展，超導儲能能同時與系統分別獨立地進行四象限有功功率、無功功率的交換，人們提出了將超導儲能用於抑制遠距離交流輸電系統上發生的低頻振盪現象，可用於降低甚至消除電網的低頻功率振盪從而改善電網的電壓和頻率特性，同時還可用於無功和功率因素的調節以改善電力系統的穩定性。

近年來，人們又把注意力投向利用小型超導儲能提高電能質量的研究。比如，應付短時間的電壓突降和突然停電。因為解決這樣的問題需要功率巨大而不是能量巨大的儲能系統，因此實現起來較為容易。現階段的設計表明，超導儲能電站的儲存容量可在0.1 MWh～10 GWh範圍內(1 MWh=3.6×10 J)，其儲存容量相當大。不同容量的儲存系統適用於不同目的應用。

由於超導體電阻為零，能量儲存時的損耗極小，超導儲能的效率可達90%以上，比抽水儲能、飛輪儲能和蓄電池儲能的效率高得多。超導儲能的優點主要是功率大、質量輕、體積小、損耗小、反應快等等。

超導儲能系統具有一系列其他儲能技術無法比擬的優越性：

(1) 可長期無損耗地儲存能量，其轉換效率超過90%。

(2) 可通過採用電力電子器件的變流技術實現與電網的連接，響應速度快(毫秒級)。

(3) 由於其儲能量與功率調製系統的容量可獨立地在大範圍內選取，因此可將超導儲能系統建成所需的大功率和大能量系統。

(4) 除了真空和製冷系統外沒有轉動部分，使用壽命長。

(5) 建造時不受地點限制，維護簡單、污染小。 ^[2] 

電容是表徵電容器容納電荷本領的物理量，我們把電容器兩極板間的電勢差增加1V所需的電量稱為電容。從物理學上講，它是一種靜態電荷存儲介質，是電力電子系統中不可缺少的元件。一般電容器可以重複使用，但是能量密度較小、電能存儲時間短，通常用於濾波、信號耦合、諧振電路、隔直電路中。

電容儲能是以電場形式實現的。這種儲能形式最早被用到單脈衝快放電技術中，直 到20世紀70年代中期，脈衝功率技術一直是以電容儲能與閉合開關技術為基礎。因 此，電容儲能高功率脈衝電源在脈衝功率技術中佔有重要的地位。

總的説來，電容儲能具有結構簡單，所需充電功率小， 技術成熟，容易操作，工作時不影響環境，工作在5MJ以下 時經濟上合理等優點。

電容儲能的主要缺點是：若保護措施不當可能發生爆炸 事故；電介質及其擊穿場強決定了它的儲能密度相對較低; 總儲能大於5MJ時導致造價不合理。倘需5MJ以上能量，可 用電感儲能代替慢放電，可用磁通壓縮發生器代替快放電電 容器組。

超級電容器根據電化學雙電層理論研製而成，可提供強大的脈衝功率，充電時處於理想極化狀態的電極表面，電荷將吸引周圍電解質溶液中的異性離子，使其附於電極表面，形成雙電荷層，構成雙電層電容。超級電容器的電荷儲存發生在電極/電解質形成的雙電層上以及在電極表面進行欠電位沉積、電化學吸附、脱附和氧化還原產生的電荷的遷移。

與傳統的電容器和二次電池相比，超級電容器的比功率是電池的10倍以上，儲存電荷的能力比普通電容器高，並具有充放電速度快、對環境無污染、循環壽命長、使用的温限範圍寬等特點。

但超級電容器價格較為昂貴，在電力系統中多用於短時間、大功率的負載平滑和電能質量峯值功率場合，如大功率直流電機的啓動支撐等，在電壓跌落和瞬態干擾期間提高供電水平。在風力發電系統直流母線側併入超級電容器，不僅能像蓄電池一樣儲存能量，平常由於風力波動引起的能量波動，還可以起到調節有功無功的作用。另外，超級電容器也正在作為電動汽車的新型儲能裝置。