2023年中国储能行业系列研究-超级电容器储能.pdf

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超级电容器储能应用场景超级电容与锂电池配合，可以实现不同时间级别的功率平抑功率输出波动，配合电网进行快速一次调频和二次调频，稳定电网频率，释放新能源电站的备用用量，发出更多的电量新能源汽车在启停过程中动力电池快速充放电会对电池产生损耗降低电池寿命，超级电容器可以与动力电池共同构成混合储能系统以代替动力电池进行快速充放电及收集不规则动力，从而延长电池寿命储能式有轨列车在进站后由地面充电系统给车上储能电源充电，耗时约30秒，车辆离站后由储能电源供给车辆行驶所需电力，每次充电预期能够行驶两站路程，通过每站补给的行驶即可支持列车行驶完全部线路电容器是一种能够储存电荷的元件，其通过在两极导电物质间以介质隔离，并将电能储存其中，主要作用为电荷储存、交流滤波或旁路、切断或阻止直流电压、提供调谐及震荡等，是最主要的被动元器件之一。电容器可以分为铝电解电容、陶瓷电容、超级电容、薄膜电容以及钽电容等，其中，超级电容主要由阴阳两电极、电解质溶液、分离器以及集流器所构成，其储能原理与传统电容器类似，但相较于传统电容器具有更大的有效表面积，可使其电容量相较于传统电容提升1万倍同时保持较低的等效串联内阻和高的比功率超级电容器（supercapacitor），又叫电化学电容器（electrochemical capacitor，EC）、黄金电容、法拉第电容，是一种介于电池和平板电容器之间的新型储能装置。不同于电池，超级电容器在充/放电时不发生化学反应，电能的储存或释放是通过静电场建立的物理过程，电极和电解液几乎不会老化，因此使用寿命长，并能实现快速充电和大电流放电。另外，其储存电荷的能力比普通电容器高出近34个数量级储能系列行业研究|2023/400-072-55883名词解释-06中国超级电容器行业综述-07电子元器件的分类-08定义及分类-09储能元器件对比-10全球及中国新型储能概述-11储能应用场景分类-12各类储能技术的对比（1/2）-13各类储能技术的对比（2/2）-14中国超级电容储能行业应用场景-电力系统调频-15风电变桨-16新能源汽车-17轨道交通-18中国超级电容储能行业企业推荐-中车新能源-19江海股份-20方法论-22法律声明-23目录储能系列行业研究|2023/400-072-55884Terms-06A review of Supercapacitor Energy storage industry in China-07Classification of Electric Components-08Definition and classification-09Comparisons between different Energy Storage Components-10Global and Chinese New Energy Storage-11Classification of Energy Storage according to Scenarios-12Comparison between each Energy Storage techniques-13Comparison between each Energy Storage techniques-14Application scenarios of supercapacitor energy storage industry in China-Electricity grid Frequency Adjustment-15Wind Power Pitching System-16New Energy Vehicle-17Rail Transportation-18Recommendation of Companies-NingBo CRRC New Energy Technology CO.,LTD.-19JiangHai-20Methodology-21Legal Statement-22Contents储能系列行业研究|2023/400-072-55885图表1：电子元器件的分类-08图表2：超级电容器的分类-08图表3：超级电容器的性能特点-09图表4：全球及中国新型储能累计装机规模，2017-2021年-09图表5：全球新增投运新型储能项目地区分布，2021年-10图表6：中国各类型电力储能市场累计装机规模，截至2021年底-10图表：全球部分电化学储能电站起火或爆炸事件统计-11图表7：各类储能应用场景（以时长区分）的特点及发展阶段-13图表8：部分超级电容储能系统应用-13图表9：各类储能技术的参数对比-14图表10：各类储能技术的优劣势对比-15图表11：中国各类型发电方式装机占比，2022年-16图表12：中国风电累计装机量，2015-2022年-17图表13：中国新能源汽车销量，2015-2022年-17图表14：超级电容混合动力汽车构造简图-18图表15：中国轨道交通城市运营线路网长度，2015-2021年-18图表16：中车新能源公司概况介绍-20图表17：江海股份公司概况介绍-21图表目录储能系列行业研究|2023/400-072-55886名词解释 RCL元件：熔融盐储热技术是通过储能材料的显热变化来实现热能存储与释放的一种技术，即把普通的固态无机盐加热到其熔点以上形成液态（常见的食盐氯化钠在801熔化），然后利用熔融盐的热循环达到太阳能传热蓄热的目的。压缩空气储能：压缩空气储能，是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。形式主要有，传统压缩空气储能系统、带储热装置的压缩空气储能系统、液气压缩储能系统。飞轮储能：飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。技术特点是高功率密度、长寿命。镍氢电池：镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍镉电池：镍镉电池是一种直流供电电池，镍镉电池可重复500次以上的充放电，经济耐用。其内部抵制力小，既内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池。能量密度：单位体积内的包含的能量，单位：焦耳/立方米，千焦/立方米，兆焦/立方米，量纲M(L-1)(T-2)。用来衡量电池最合适，比较单位体积的电池所储存的电量。400-072-5588Chapter 1行业综述 超级电容器其储能原理与传统电容器类似，但相较于传统电容器具有更大的有效表面积，可使其电容量相较于传统电容提升1万倍同时保持较低的等效串联内阻和高的比功率。根据储能原理的不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器、赝电容和混合型超级电容器，其中，双电层超级电容是是目前主流超级电容，混合型超级电容由于具有更高的能量密度故称为未来研究的主要方向 超级电容器具有电容量高（可达数千法拉，为同体积钽、铝电解电容器的数千倍）、循环寿命长（可达蓄电池循环寿命5-20倍）、充电时间短（几秒至几分钟即可冲满）、高功率密度及能量密度（提供1,000-2,000W/kg功率密度的同时输出1-10Wh/kg的能量密度）、工作温度范围宽(可达-40-70）、运行稳定可靠（具有一定抗过充能力）等优良特性，当其与高能量电池相结合时可首先高功率密度、高能量密度及长工作寿命的特征，近些年逐渐被应用于交通运输、电力系统储能及调频、工业节能、国防军事等诸多领域。2020年，超级电容约38%应用于交通运输领域、31%应用于工业领域、22%应用于新能源领域以及9%应用于其他领域，未来随着光伏、风电等清洁能源大规模并网，预计超级电容于新形电力系统、电网调频中的运用将迎来加速发展行业研究|2023/02储能系列行业研究|2023/400-072-55888中国超级电容行业综述电子元器件的分类超级电容器其储能原理与传统电容器类似，但相较于传统电容器具有更大的有效表面积，可使其电容量相较于传统电容提升1万倍同时保持较低的等效串联内阻和高的比功率电子元器件及超级电容分类概述来源：洁美科技招股书，超级电容产业联盟，头豹研究院 电子元器件是电子元件与电子器件的总称，其中，电子元件是电子电路的基本元素，电子器件为利用与控制电子规律而制成的器件。根据对电流反应的不同，电子元器件可以分为主动电子元器件与被动电子元器件。主动电子元器件需有器件提供相应的电源，又被称为有源器件，被动电子元器件是一种只消耗元器件输入信号电能的元器件，本身不需要电源就可以进行信号处理和传输，亦被称为无源器件 被动电气元器件主要分为被动射频元器件与RCL元件，其中，RCL元件相对更加常见，约占被动电子元器件总产值的90%，被动射频及其他元器件约占10%。RCL元器件可以分为电阻、电容、电感以及其他类别，分别占RCL元器件产值的10%、67%、13%以及10%电容器是一种能够储存电荷的元件，其通过在两极导电物质间以介质隔离，并将电能储存其中，主要作用为电荷储存、交流滤波或旁路、切断或阻止直流电压、提供调谐及震荡等，是最主要的被动元器件之一。电容器可以分为铝电解电容、陶瓷电容、超级电容、薄膜电容以及钽电容等，其中，超级电容主要由阴阳两电极、电解质溶液、分离器以及集流器所构成，其储能原理与传统电容器类似，但相较于传统电容器具有更大的有效表面积，可使其电容量相较于传统电容提升1万倍同时保持较低的等效串联内阻和高的比功率被动电子元器件主动电子元器件RCL元件被动射频元器件其他分立器件集成电路电阻电容电感铝电解电容陶瓷电容超级电容薄膜电容钽电解电容其他其他双电层超级电容赝电容混合型超级电容电子元器件正极材料负极材料电解液隔膜其他材料小容量电子设备用超级电容器大容量功率型超级电容器大容量能量型超级电容器单体制造Pack组装制造设备超级电容器运输、回收、利用原材料加工储能系列行业研究|2023/400-072-55889中国超级电容行业综述定义及分类根据储能原理的不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器、赝电容和混合型超级电容器，其中，双电层超级电容是目前主流超级电容超级电容器的定义来源：储能技术及应用，超级电容器关键材料制备及应用，MDPI，头豹研究院 超级电容器定义：超级电容器（supercapacitor），又叫电化学电容器（electrochemical capacitor，EC）、黄金电容、法拉第电容，是一种介于电池和平板电容器之间的新型储能装置。不同于电池，超级电容器在充/放电时不发生化学反应，电能的储存或释放是通过静电场建立的物理过程，电极和电解液几乎不会老化，因此使用寿命长，并能实现快速充电和大电流放电。另外，其储存电荷的能力比普通电容器高出近34个数量级，因此被称为“超级”电容器 超级电容器具有电容量高（可达数千法拉，为同体积钽、铝电解电容器的数千倍）、循环寿命长（可达蓄电池循环寿命5-20倍）、充电时间短（几秒至几分钟即可充满）、高功率密度及能量密度（提供1,000-2,000W/kg功率密度的同时输出1-10Wh/kg的能量密度）、工作温度范围宽(可达-40-70）、运行稳定可靠（具有一定抗过充能力）等优良特性，当其与高能量电池相结合时可体现高功率密度、高能量密度及长工作寿命的特征，近些年逐渐被应用于交通运输、电力系统储能及调频、工业节能、国防军事等诸多领域。2020年，超级电容约38%应用于交通运输领域、31%应用于工业领域、22%应用于新能源领域以及9%应用于其他领域，未来随着光伏、风电等清洁能源大规模并网，预计超级电容于新形电力系统、电网调频中的运用将迎来加速发展超级电容器的分类 超级电容器分类：根据储能原理的不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器、赝电容和混合型超级电容器，其中，双电层超级电容是目前主流超级电容，混合型超级电容由于具有更高的能量密度故称为未来研究的主要方向双电层电容器赝电容电容器混合型超级电容器电极材料正负极为对称结构,材料选用活性炭、碳纤维、碳纳米管、碗气凝胶、纳米结构石展等，其中活性炭使用最广金属氧化物或导电聚合物既有活性炭材料，也有二次电池材料储能机制物理储能，利用多孔炭电极/电解液界面双电层储能电极和电解液之间有快速可逆氧化还原反应物理储能+化学储能工作温度-40-70-20-65-20-55循环寿命100万次1万次5万次商业化程度目前主流超级电容器类型成本较高，技术相对不成熟，难以商业化应用未来主要研究及产业化方向-储能系列行业研究|2023/400-072-558810中国超级电容行业综述储能元器件对比锂离子电池比能量相较于比能量最高的超级电容器依然保持数十倍以上的领先优势，短期内超级电容器难以在比能量方面对锂离子电池产生替代威胁超级电容器与传统电容、锂离子电池参数对比来源：文献综述，中国科学院陕西煤炭化学研究所，头豹研究院超级电容器性能特点性能参数铝电解电容器超级电容器锂离子电池双层电容器（内存备份）超级电容器（高功率）混合超级电容温度范围（）-40+125-40+70-40+70-20+70-20+60最大电压（V）46301.23.32.23.32.23.82.54.2充电次数（次）接近无限100k1,000k100k1,000k20k100k0.5k10k电容量（F）2.70.147010012,0003003,300-比能量（mWh/g）0.010.31.53.949101590330比功率（W/g）1002103103140.31.5室温自放电时间长度短（数日）中等（数周）中等（数周）中等（中等）长（数月）效率99%95%95%95%90%室温工作寿命20年510年510年510年35年 相较于锂离子电池，电容器（铝电解电容器与超级电容器）皆具有较高的充电次数、电容量、比功率、能量利用效率以及工作寿命。然而从比能量（能量密度）角度来看，锂离子电池具有绝对优势，其比能量相较于比能量最高的超级电容器依然保持数十倍以上的领先优势，短期内超级电容器难以在比能量方面对锂离子电池产生替代威胁 相较于传统铝电解电容器，超级电容器的工作温度范围相对较窄，普遍在-4070之间，其中，混合电容器的最低工作温度约在-20。超级电容器的最大电压与充电次数相对铝电解电容器更低，但是电容量与比能量则领先铝电解电容器至少两个数量级以上，该性能决定了超级电容器相较于传统电容器更加适合应用于短时储能领域。超级电容器的比功率低于铝电解电容器更低但远高于锂离子电池，说明超级电容器相较于保留了电容器能够快速充放电的特性，能够在微电网、新能源并网等领域对电力波动及时响应，对峰值功率进行调频，向电网系统维持稳定的功率输出储能系列行业研究|2023/400-072-558811中国超级电容行业综述全球及中国新型储能概述超级电容储能装机为0.01GW，目前依然处于项目示范阶段，预计未来会与众多储能形式（尤其是锂离子电池）组成混合储能系统，拉动装机规模的增长全球及中国新型储能概述来源：CNESA，头豹研究院39.80.57035.7301020304050抽水蓄能 熔融盐储热 新型储能5.140.340.050.010.180.010246中国各类型电力储能市场累计装机规模，截至2021年底单位：GW单位：GW3.3 5.7 15.1 25.4 05101520253020172018201920202021中国装机规模全球及中国新型储能累计装机规模，2017-2021年单位：GW34%24%22%7%6%7%美国中国欧洲日韩澳大利亚其它全球新增投运新型储能项目地区分布，2021年 近年来，由于能源价格飙升、全球气候变暖等因素，全球主要国家皆积极推动新能源装机，而新能源发电的不稳定性使得储能成为各国在推进碳中和过程中的必备环节之一。截至2021年底，全球新型储能装机规模达25.4GW，同比增长68.2%，其中，中国占比为22.4%，同比增长72.7%，高于全球平均增速。在新增投运新型储能领域，美国占比最高，达34%，中国、欧洲、日韩其次，说明全球当前新型储能装机依然以发达国家为主，鉴于中国贡献了全球最多的新增新能源装机，预计未来中国新型储能装机亦将高速发展以匹配其新能源装机规模 截至2021年底，中国电力储能市场累计装机规模达46.1GW，占全球比例为22%，其中抽水蓄能是中国目前储能装机的主要形式，达39.8GW，同比增长25%。目前中国储能装机的增量部分主要来自新型储能装机，累计达5.73GW，同比增长75%。新型储能中，锂离子电池储能是目前主要的储能装机形式，主要原因为其相对较高的能量密度以及较低的单位能量成本。超级电容储能装机为0.01GW，目前依然处于项目示范阶段，预计未来会与众多储能形式（尤其是锂离子电池）组成混合储能系统，拉动装机规模的增长储能系列行业研究|2023/400-072-558812中国超级电容行业综述储能应用场景分类超级电容器属于功率型储能，其当前主要作用为辅助AGC调频、平滑间歇性功率波动，当前超级电容于储能领域的应用依然处于自研发向实践过渡阶段，部分地区已经开始进行示范性应用储能应用场景分类概述及超级电容器储能系统案例来源：PowerLab，头豹研究院各类储能应用场景（以时长区分）的特点及发展阶段类型时长需求应用场景技术种类发展阶段容量性4h削峰填谷离网储能容量型储能技术种类较多包括铅碳电池、液流电池、钠离子电池、压缩空气、储热蓄冷、氢储能等铅碳电池、储热蓄冷等已进入商业推广阶段，液流电池、钠离子电池等已经进入到示范应用阶段能量型约1-2h独立储能电站电网侧储能磷酸铁理电池为主商业应用阶段功率型30min辅助AGC调频平滑间歇性电源功率波动超导储能、飞轮储能、超级电容器和各类功率型电池超导储能、飞轮储能、超级电容处于初级研发阶段备用型15min数据中心和通讯基站等备用电源场景铅蓄电池、梯级利用电池铅蓄电池进入商业应用、梯次利用处于示范应用阶段 根据储能需求时间长短可以将储能应用场景划分为容量型（4小时）、能量型（约1-2小时）、功率型（30分钟）以及备用型（15分钟）。目前新能源侧配置储能多以功率型以及能量型为主，主要起到调节电源功率波动的作用，随着中国新能源装机比例的不断提升，其对于储能时长需求以及电网对于新能源发电稳定性的需求皆日益提升。储能系统与发电机组共同参与电网二次调频目前已经处于商业化应用阶段，其在充放电功率的控制、控制精度、响应速度等方面相较于火电机组具有显著优势。超级电容器属于功率型储能，其当前主要作用为辅助AGC调频、平滑间歇性功率波动，当前超级电容于储能领域的应用依然处于自研发向实践过渡阶段，部分地区已经开始进行示范性应用。部分超级电容储能系统应用项目名称储能装机配置三峡乌兰察布项目源网荷储实验基地0.5MW/1MWh锂离子电池储能系统舱1MW/0.1MWh超级电容器储能系统舱1.5MW储能变流器舱华能罗源电厂超级电容混合储能辅助火电机组AGC调频技术研究及示范应用磷酸铁锂电池15MW/7.5MWh超级电容5MW4min珠海金湾发电厂混合火储调频项目磷酸铁锂16MW/8MWh超级电容储能4MW/0.67MWh华能西安超级电容混合储能工程磷酸铁锂储能系统 15MW/7.5MWh超级电容储能系统 5MW/0.333MWh储能系列行业研究|2023/400-072-558813中国超级电容行业综述各类储能技术的对比（1/2）超级电容器具有电容量高、循环寿命长、充电时间短、高功率密度及能量密度、工作温度范围宽运行稳定可靠等优良特性各类储能技术的参数对比来源：储能原理与技术，中国舰船研究，中国科学院工程热物理研究所，头豹研究院各类储能技术的参数对比类型能量密度（kWh/kg）功率密度（W/kg）循环寿命（次）能量成本元/Wh使用温度（）能源效率机械储能抽水蓄能-0.10.3W/L无限制0.51.5-7085压缩空气储能-0.20.6W/L无限制0.52-70飞轮储能-5,000W/L20,000约45.5-8590化学储能超级电容储能3301,00010,00050,00040120-407095铅酸蓄电池35-55753005001,2000.81.3-406075钠硫电池130150902302,5004,5001330035085锂离子电池9033010020,0001,00010,0001.64.5-205590液流电池25405014012,000620154080镍镉电池507550752,0002,500约10-402080镍氢电池80851,0003,0002,50024-206085 从各类储能技术的参数对比来看，锂离子电池与钠硫电池在能量密度方面具有较大优势，分别为90330kWh/kg与130-150kWh/kg，即在单位质量的电池可存储能量更大。而从功率密度来看，锂离子电池与超级电容储能相较于其他储能方式具有较大优势。而从循环寿命来看，超级电容储能相较于其他化学储能方式则处于绝对领先地位，其循环寿命可达数十万次，更长的使用寿命及使用次数可以有效降低其使用寿命内单次循环成本。而从能量成本角度来看，物理储能目前的单位能量成本较低，其中，抽水蓄能与压缩空气储能皆低于2元/Wh。而在电化学储能中锂离子电池与钠硫电池的单位能量成本较低，其中，锂离子电池目前已经能够大规模商业化应用，其成本可能会随上游锂矿资源价格波动而有所变化。超级电容储能目前单位能量成本依然较高，难以达到大规模应用的水平，然而未来随着其生产原材料的国产化、规模化应用以及自动化生产的普及，预计其成本将大幅下降，其中，仅原材料与自动化生产两方面即可分别为其贡献20%与30%的降本储能系列行业研究|2023/400-072-558814中国超级电容行业综述各类储能技术的对比（2/2）宁波中车新能源以及上海奥威在高容量超级电容领域具有较高市占率，江海股份、锦州凯美是小容量超级电容领域内的头部企业各类储能技术的优劣势对比来源：储能原理与技术，专家访谈，头豹研究院各类储能技术的优劣势对比类型主要优势主要劣势作用研究现状主要企业机械储能抽水蓄能大容量、低成本安装位置有特殊要求调峰调频、系统备用目前国内最主要的储能方式国网新源南网储能三峡集团压缩空气储能大容量、低成本对位置有特殊要求、需要气体燃料削峰填谷、频率控制研究较少、应用少中储国能陕鼓动力飞轮储能比功率高低能量密度、噪声大调频、改善电能质量实验室研究阶段沈阳微控奇峰聚能化学储能超级电容储能响应快、效率高低能量密度、成本较高稳定控制、FACTS小规模示范应用中车新能源江海股份铅酸蓄电池低成本深度充放电时寿命较短抑制功率波动、黑启动技术成熟，约数百兆瓦装机易事特钠硫电池高功率、高能量密度、高效率生产成本、安全性问题旋转备用、抑制功率波动技术成熟，有数十兆瓦装机中天科技锂离子电池高功率、高能量密度、高效率生产成本高、需要特殊的充电电路改善电能质量、备用电源技术成熟，即将大规模装机宁德时代比亚迪国轩高科液流电池大容量、功率和能量相互独立能量密度比较低负荷跟踪、抑制功率波动数十兆瓦示范工程大连融科北京普能镍镉电池比能量较高、寿命较长比功率较低、重金属污染改善电能质量、备用电源技术成熟，示范工程少三洋能源新宝电器镍氢电池比能量较高、寿命较长、安全性较好生产成本高、高温性能差、需要控制氢损失改善电能质量、备用电源技术成熟，示范工程少三洋能源新宝电器 综合对比各类储能技术，超级电容储能主要优势在于其具有较快的响应速度以及较高的能源效率，但是其较低的能量密度以及较高的单位能量成本是其目前大规模应用的主要制约因素，通过与其他储能形式进行结合运用构成混合储能系统能够有效克服其低能量密度问题，规模化、自动化生产是其未来降本的主要途径。当前来看，宁波中车新能源以及上海奥威在高容量超级电容领域具有较高市占率，江海股份、锦州凯美是小容量超级电容领域内的头部企业储能系列行业研究|2023/400-072-558815中国超级电容储能应用场景分析电力系统调频超级电容器与锂离子电池共同组成的混合储能系统能够充分发挥电池储能的持久性以及超级电容器储能的快速型，大幅提升储能系统的综合性能及经济性超级电容器混合储能系统在电力系统调频中的应用来源：中国电力知库，力容新能源，头豹研究院超级电容器混合储能系统电网调频案例超级电容电池超级电容混合储能系统快速提供能量几秒几小时几秒快速功率响应1-2个循环1-5秒毫秒温度范围-4070差超容：-4065产品寿命12-15年2-9年4-X年持续时间（能量）毫秒至分钟分钟到小时毫秒到几小时 截至2022年底，中国可再生能源累计装机超过12亿千瓦，占中国发电总装机47.3%，全年可再生能源发电量达2.7万亿千瓦时，占全社会用电量31.6%，可再生能源对于中国电力供应的保障作用愈发重要。在以新能源为主体的新型电力系统中，电网对于新能源的标准逐渐提升，新能源大量接入导致电网频率稳定性逐渐变差，故对于能够快速充放电、可精准输出功率的新型调频资源需求日益旺盛52.0%16.1%2.2%14.3%15.3%0.2%火电水电核电风电太阳能发电其他中国各类型发电方式装机占比，2022年 超级电容器与锂离子电池共同组成的混合储能系统能够充分发挥电池储能的持久性以及超级电容器储能的快速型，大幅提升储能系统的综合性能及经济性。功率型超级电容器具有大倍率（100C）、长寿命（100万次）、环境适应性强（-4070）的优势，其在生命周期内的度电成本约为磷酸铁锂电池的三分之一，且其安全性更高维护成本更低。超级电容器混合储能系统可以调峰、削峰填谷以及平抑新能源电站的功率波动，提升新能源消纳水平，在频率事件时可以提供毫秒级别的“综合惯性”，快速响应电网调度。超级电容与锂电池配合，可以实现不同时间级别的功率平抑功率输出波动，配合电网进行快速一次调频和二次调频，稳定电网频率，释放新能源电站的备用用量，发出更多的电量；大部分短时间尺度的调频指令由超级电容完成，减少了锂电池储能动作次数，减少发热，延长了锂电池的寿命，进而延长了整体储能系统的寿命。项目名称：罗源电厂20MW混合储能调频项目 项目承接方：许继集团 装机规模：15MW/7MWh高功率磷酸铁锂储能系统+5MW超级电容储能系统储能系列行业研究|2023/400-072-558816中国超级电容储能应用场景分析风电变桨超级电容可以弥补铅酸电池寿命短、故障多以及维护成本较高等一些列影响风电机组正常运行的缺陷，在风电变桨备用电源中被广泛使用超级电容器储能在风电变桨系统中的应用来源：国家能源局，中车新能源，头豹研究院超级电容器混合储能系统于新能源汽车上的应用 运行方式：风机变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，且能通过空气动力制动使风机安全停机。变桨系统有时需要由备用电源进行变桨，任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91限位位置。变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91限位位置）变桨系统备用电源一般采用铅酸电池，铅酸电池由于寿命短、故障多、维护成本高等一系列问题影响风电机组正常运行，而超级电容恰好弥补了这一缺陷，在风电变桨备用电源中正广泛使用 优势：相较于铅酸电池的寿命短、维护成本高，能够降低成本 提高瞬时功率的可靠性 平衡负荷，减小功率波动 已运用厂商：金风科技等 2021年10月24日，国务院印发2030年前碳达峰行动方案，该方案指出：至2030年，非化石能源消费占比将达到25%左右。风电是目前最重要的清洁能源之一，在“双碳”背景之下，全球与中国风电装机皆迎来快速发展，自2015年以来中国风电累计装机持续增长，2015年至2022年复合年化增长率达16.0%，预计未来随着风电弃风现象的改善以及风光大基地的建设，风电装机将继续维持高质量增长 风力发电的过程中，风机运行时若是电网出现故障则需要风机需要启动紧急备用系统，该紧急备用系统是一种储能装置，需要提供足够的电能让风机桨叶恢复到空档位置，实现安全停机，避免风机因风力过大或不均匀而受损或彻底报废365.0 328.0 281.5 210.1 184.3 163.7 148.6 129.3 020040020222021202020192018201720162015单位：GW中国风电累计装机量，2015-2022年储能系列行业研究|2023/400-072-558817中国超级电容储能应用场景分析新能源汽车超级电容器可以与动力电池共同构成混合储能系统以代替动力电池进行快速充放电及收集不规则动力，从而延长电池寿命超级电容器于新能源汽车领域中的应用来源：中汽协，头豹研究院688.7352.1136.7120.6125.677.750.733.1 020040060080020222021202020192018201720162015单位：万辆中国新能源汽车销量，2015-2022年超级电容器混合储能系统于新能源汽车上的应用 运行方式：超级电容器可以与电池搭配使用，构成混合储能系统，实现储能并且保护动力电池的作用。该混合储能系统主要由动力电池负责汽车充电储能以及为汽车提供持久动力。超级电容器在汽车启动、加速时提供大功率辅助动力，在制动或怠速运行时收集且储存能量，同时可以将汽车在运行时由于减速、下坡、刹车而产生的不规则动力转化为电池的充电电源，保护电池安全平稳运行。优势：可使汽车冷启动，在气温较低的地方由超级电容器进行启动 超级电容器提供高倍率电流，延长电池寿命 超级电容器吸收制动回馈能力，降低能量损耗 超级电容器辅助驱动，提升爬坡及续航能力 已运用厂商：红旗、安凯客车、海马汽车等 新能源汽车是中国发展清洁能源应用的重要一环，过去数年受政策鼓励、技术成熟度达到应用水准、动力电池续航里程提升等因素刺激，中国新能源汽车呈现高速发展态势，2022年新能源汽车销量达688.7万辆，同比增长95.6%，连续两年同比增长率超过90%，连续八年新能源汽车产销量全球第一。尽管已取得长足发展，中国汽车千人保有量依然不足欧美等发达国家四分之一，预计未来将依然保持高速发展态势 新能源汽车在启停过程中动力电池快速充放电会对电池产生损耗降低电池寿命，超级电容器可以与动力电池共同构成混合储能系统以代替动力电池进行快速充放电及收集不规则动力，从而延长电池寿命MENG逆变器DC-DC动力蓄电池超级电容超级电容混合动力汽车构造简图配备超级电容系统的东风雪铁龙储能系列行业研究|2023/400-072-558818中国超级电容储能应用场景分析轨道交通超级电容器兼具电容器的快速冲放及电池的储能功能，故适合应用于城市轨道交通。目前深圳、珠海、武汉等诸多城市皆有超级电容器储能式列车进行运营超级电容器于轨道交通储能领域中的应用来源：国家统计局，中国城市轨道交通协会，中车新能源企业官网，中车新能源，头豹研究院 根据中国城市轨道交通运营网络线路里程随着城市建设的发展呈现稳步增长态势，自2015年3,195.4公里逐步增长至2021年8,736公里，2015至2021年复合年化增长率达18.2%。2020年，城轨交通总电能耗172.4亿千瓦时，同比增长12.9%。其中，牵引能耗84亿千瓦时，同比增长6.3%。随着新建线路的增加，总体能耗指标不断增长，节能减排问题于城市轨道交通运营中日益凸显 城市轨道交通在运营过程中由于需要频繁启停，对于能量的快速释放及回收皆有较高需求。超级电容器兼具电容器的快速冲放及电池的储能功能，故适合应用于城市轨道交通。目前深圳、珠海、武汉等诸多城市皆有超级电容器储能式列车进行运营8,736.0 7,354.7 6,172.2 5,295.1 4,570.4 3,727.5 3,195.4 02,0004,0006,0008,00010,0002021202020192018201720162015中国轨道交通城市运营线路网长度，2015-2021年单位：公里超级电容器于轨道交通储能领域中的举例：储能式有轨列车 运行方式：储能式有轨列车在进展后由地面充电系统给车上储能电源充电，耗时约30秒，车辆离站后由储能电源共计车辆行驶所需电力，每次充电预期能够行驶两站路程，通过每站补给的行驶即可支持列车行驶完全部线路 优势：能够进行制动能量回收，再收能量效率可达85%相较于传统受电弓轨道车辆，降低牵引能耗逾30%取消接触网与第三轨供电线路，降低线路与供电系统的初期投资 储能电源可放电至0V，检修维护十分安全 使用寿命较长，能够循环使用百万次，保证十年的运行周期 在营城市：广州、淮安、武汉、深圳、东莞等中车新能源储能式有轨列车中车新能源储能式有轨列车动力系统储能系列行业研究|2023/400-072-558819中国超级电容企业推荐中车新能源宁波中车新能源是中国超级电容器领域内头部企业，拥有强大的科研体系及研发实力以及较为完善的超级电容产品矩阵，涵盖各类超级电容单体、超级电容模组产品及超级电容储能系统宁波中车新能源科技有限公司企业简介来源：储能科学与技术，产业基础年度发展报告（2021年），企业官网，头豹研究院 中车新能源拥有强大的科研体系及研发实力：中车新能源组建了由超级电容行业权威杨裕生原生牵头的院士工作站，承担了国家“863项目”、工信部“2016年工业强基工程”、国家科技重大专项等多数科研项目，拥有完全自主知识产权的超级电容制备技术。中车新能源轨道交通用动力性超级电容器已达到国际领先水平，产能逾150万支/年，于2020年底实现“亚太第一，世界第二”的目标。在超级电容器材料领域，中车新能源开发了石墨烯基多孔炭储能材料，首次实现了石墨烯在超级电容领域的规模化应用，可在诸多领域实现节能省电，提升产品使用效率，例如以该产品为主动力源的储能式有轨电车相较于有网运行节电约30%；搭载该产品的地铁制动能量回收装置电源可节能约20%；以该产品为内燃机启动的电源系统可在-40条件下频繁启动，减少空载待机时间，实现“熄火待命”。宁波中车新能源科技有限公司（以下简称“中车新能源”），成立于2012年2月，注册资本为1.86亿元，主要业务为超