一、儲(chǔ)能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時(shí)點(diǎn)即將到來
一般而言，儲(chǔ)能主要是指電能的儲(chǔ)存。2014年發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020)》中，儲(chǔ)能首次被明確為“9個(gè)重點(diǎn)創(chuàng)新領(lǐng)域”和“20個(gè)重點(diǎn)創(chuàng)新方向”之一，但是從文字的表述也可以看出，這次國家對儲(chǔ)能的關(guān)注更傾向于技術(shù)和創(chuàng)新層面，在政策層面政府對儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尤其在電力領(lǐng)域的應(yīng)用方面，儲(chǔ)能通常只能作為新能源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車、配電網(wǎng)等系統(tǒng)中的附屬產(chǎn)品出現(xiàn)，其推進(jìn)速度較為遲緩。
2015年以來，我國連續(xù)出臺多項(xiàng)支持儲(chǔ)能發(fā)展的政策，2016年尤為密集。我們認(rèn)為，國家正高度重視儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展，儲(chǔ)能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時(shí)點(diǎn)即將到來。
我們有必要對儲(chǔ)能的方式進(jìn)行一下劃分，一般而言，儲(chǔ)能可以分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能。
物理儲(chǔ)能，主要是指抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等。
化學(xué)儲(chǔ)能，主要是指鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。
電磁儲(chǔ)能，主要是指超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能、超級電容器儲(chǔ)能等。
二、超級電容器簡介和基本原理
根據(jù)我們的研究和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，除了現(xiàn)在市場關(guān)注度較高的鋰電池之外，超級電容器作為一種儲(chǔ)能方式，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
超級電容器不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。按照原理進(jìn)行劃分，超級電容器分為雙電層電容器和贗電容器。目前來看，雙電層超級電容器的技術(shù)更為成熟，在市場上已經(jīng)逐步推廣，所以現(xiàn)在市場上所說的超級電容器一般指的就是雙電層電容器。
雙電層超級電容器主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲(chǔ)存電能，當(dāng)外加電壓添加到超級電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，極板的正電極開始存儲(chǔ)正電荷，同時(shí)負(fù)極板開始存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級電容器兩極板上電荷產(chǎn)生的電場的作用下，電解液與電極間的界面上就會(huì)形成相反的電荷，以平衡電解液內(nèi)部的電場，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，因此電容量非常大。
但是，在雙電層超級電容器儲(chǔ)能的過程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電數(shù)十萬次。
總結(jié)起來，超級電容器具有如下特點(diǎn)：
充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；
循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；
大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；
功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；
產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；
檢測方便，剩余電量可直接讀出；
也正是因?yàn)槌夒娙萜魉哂械纳鲜鎏攸c(diǎn)，超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
三、超級電容器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
在談超級電容器的應(yīng)用之前，我們應(yīng)該首先明確從目前來看，超級電容器的出現(xiàn)和推廣不是為了去取代電池，因?yàn)槌夒娙萜骱碗姵囟几髯跃哂歇?dú)立的特性：超級電容器充放電時(shí)間快，但是儲(chǔ)電量較少，電池充放電時(shí)間比較長，儲(chǔ)電量相對于超級電容器要多。舉個(gè)例子來講電池相當(dāng)于大象，超級電容器相當(dāng)于豹子。
超級電容器可以廣泛應(yīng)用于輔助峰值功率、備用電源、存儲(chǔ)再生能量、替代電源等不同的應(yīng)用場景，在交通運(yùn)輸、工業(yè)控制、風(fēng)光發(fā)電、智能三表、電動(dòng)工具、軍工等領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景。
3.1交通運(yùn)輸領(lǐng)域
交通運(yùn)輸用超級電容器將是支撐整個(gè)行業(yè)高速發(fā)展的最重要?jiǎng)恿?，超級電容器突出的特點(diǎn)使其可在許多領(lǐng)域包括新能源車中廣泛使用。
汽車
在汽車領(lǐng)域，超級電容器的應(yīng)用主要分為兩類：汽車的啟停系統(tǒng)和純超級電容器汽車。
汽車的啟停系統(tǒng)
在汽車工業(yè)中，超級電容器在智能啟?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用原理是：
①減速或短停車時(shí)，將制動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存在超級電容器里；
?、谇斑M(jìn)或加速時(shí)，電容器則將電能瞬間輸出給智能啟?？刂葡到y(tǒng)中的電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作。
這樣，在整個(gè)啟停過程，汽車沒有油耗，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。因此具備快速充放電的超級電容器成為最佳選擇，也是智能啟?？刂葡到y(tǒng)最重要的組成部分，為超級電容器在汽車工業(yè)上的應(yīng)用提供了廣闊的舞臺。并且，該應(yīng)用能使油耗降低25%-40%，可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
在此之前，汽車的啟停系統(tǒng)現(xiàn)在用的比較多的是蓄電池，在汽車整個(gè)生命周期中需要更換多次，而用了超級電容器，在汽車的全生命周期中將不需要在更換。
此類裝有超級電容器的混合動(dòng)力汽車，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)保有量已超過2萬輛，并且超級電容已被市場的主流車企接受，應(yīng)用于新能源客車乃大勢所趨。
全部使用超級電容器作為動(dòng)力源的超級電容器公交車
這種一般應(yīng)用于城市內(nèi)的公交車，因?yàn)橐话愣?，城市?nèi)公交車線路約為30-40公里，甚至更短，現(xiàn)在超級電容器的續(xù)航能力可以達(dá)到50-60公里，完全可以滿足城市內(nèi)公交車的正常運(yùn)行。
并且，超級電容器作為動(dòng)力源充電時(shí)間非常短，在幾分鐘之內(nèi)就可以完成充電。在這一點(diǎn)上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于電池作為動(dòng)力源的公交車，因?yàn)殡姵氐某潆姇r(shí)間往往為幾個(gè)小時(shí)。
目前，上海市已經(jīng)有純超級電容器公交車，其他城市，比如南通市也在積極推進(jìn)超級電容器公交車的運(yùn)營，預(yù)計(jì)明年將會(huì)通車。
2015年3月，我國交通部發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)新能源汽車在交通運(yùn)輸行業(yè)推廣應(yīng)用的實(shí)施意見》，提出重點(diǎn)推廣應(yīng)用插電式（含增程式）混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車，研究推廣應(yīng)用儲(chǔ)能式超級電容汽車等其他新能源汽車，到2020年我國新能源城市公交車將達(dá)到20萬輛。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，五年內(nèi)全國新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到500萬輛，并鼓勵(lì)城市公交和出租汽車使用新能源汽車，大力發(fā)展純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車。
所以我們預(yù)計(jì)，在汽車行業(yè)，超級電容器將有廣闊的發(fā)展空間。
軌道交通
超級電容器應(yīng)用在軌道車輛制動(dòng)的時(shí)候，回收制動(dòng)能量，存儲(chǔ)于超級電容器中，當(dāng)車輛再加速時(shí)，超級電容器將這些能量釋放出來，起到節(jié)能的作用。
在城市軌道交通，特別是有軌電車也出現(xiàn)了快速增長，截至到今年有5條線路采用超級電容作為主供電的運(yùn)營。特別的，2016年8月1日，中國首列完全自主化全線無接觸網(wǎng)“超級電容”現(xiàn)代有軌電車在中車株洲電力機(jī)車有限公司下線。該車以9500法拉“超級電容”儲(chǔ)能供電，車輛在制動(dòng)時(shí)能將85％以上的制動(dòng)能量回收反饋至超級電容形成電能儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)利用。
AGV物流搬運(yùn)車
AGV物流搬運(yùn)車可以使用超級電容器作為能源裝置，據(jù)我們調(diào)研了解到，東風(fēng)二汽內(nèi)部有1000-1500輛這種AGV物流搬運(yùn)車，像這種AGV物流搬運(yùn)車之前用的一般都是鉛酸電池，所以普遍存在的一個(gè)問題就是充電時(shí)間比較長，并且安全性也不好，而且充電過程會(huì)占用很大的場地。
而AGV物流搬運(yùn)車運(yùn)用了超級電容器作為能源裝置后，充電不到1分鐘，大概在裝卸貨物的時(shí)候就可以完成充電，不會(huì)發(fā)生因?yàn)榧谐潆妼?dǎo)致的安全性問題和占據(jù)較大空間問題。
目前，蘇寧也在嘗試這方面的應(yīng)用，我們認(rèn)為，物流中心、倉儲(chǔ)中心的車都會(huì)比較多的用到AGV物流搬運(yùn)車，所以未來這塊市場比較大，值得期待。
高爾夫球車、機(jī)場擺渡車等
此外，像高爾夫球車、機(jī)場擺渡車這樣的在特定區(qū)域內(nèi)行駛的車輛，因?yàn)檫\(yùn)行距離較短，也完全可以使用超級電容器作為能源供應(yīng)器件。
軍用交通工具及重型卡車
軍事用途的載重卡車、裝甲車輛、電動(dòng)車輛在惡劣條件下，如啟動(dòng)、爬坡、剎車等過程，也可以使用電池與超極電容器組合的動(dòng)力裝置，即混合動(dòng)力系統(tǒng)。
目前已經(jīng)有超級電容器的公司在進(jìn)行將超級電容器應(yīng)用到軍用交通工具及重型卡車上的認(rèn)定。
3.2新能源領(lǐng)域
風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中電力供給與需求在時(shí)間和空間上存在差異，在風(fēng)速較低的時(shí)候，發(fā)出的有功功率不足，在風(fēng)速較大的時(shí)候，又存在過多富余能量，波動(dòng)較大。采用儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以補(bǔ)充風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，存儲(chǔ)過多富余的能量，通過電力的控制、調(diào)節(jié)、分配，可以實(shí)現(xiàn)對能源的合理、高效利用。
相較于其他儲(chǔ)能方式，作為儲(chǔ)能裝置的超級電容器具有快充快放的特性，可以在幾十秒到數(shù)分鐘內(nèi)完成充電過程，非常適應(yīng)風(fēng)力儲(chǔ)能的大電流波動(dòng)，能在風(fēng)力強(qiáng)勁的條件下吸收能量，在風(fēng)力較弱時(shí)補(bǔ)充功率的不足放電，從而能夠熨平風(fēng)電的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更有效的并網(wǎng)。
風(fēng)力發(fā)電變槳用超級電容器儲(chǔ)能的基本工作原理為:平時(shí)，由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能輸入充電機(jī)，充電機(jī)為超級電容器儲(chǔ)能電源充電，直至超級電容器儲(chǔ)能電源達(dá)到額定電壓。當(dāng)需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，超級電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作。
據(jù)我們了解，湖南的湘電集團(tuán)中的風(fēng)能發(fā)電就已經(jīng)在使用超級電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)，我們認(rèn)為，未來會(huì)有更多的風(fēng)電企業(yè)會(huì)用到超級電容器。
光伏發(fā)電
跟風(fēng)力發(fā)電一樣，光伏發(fā)電過程中也會(huì)受天氣影響的輸出波動(dòng)會(huì)影響并網(wǎng)電能質(zhì)量，而超級電容器儲(chǔ)能技術(shù)具有瞬時(shí)大功率充放電的特性，能有效平抑波動(dòng)，穩(wěn)定其對電網(wǎng)的輸出。
3.3電梯
像電梯這種需要快速制動(dòng)的設(shè)備，電機(jī)都不可避免地存在再生發(fā)電過程，原來處理這部分多余能量的方法有兩種：
1、增加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻將這部分電能消耗在電阻上，變成熱能浪費(fèi)掉；
2、采用能量回饋裝置將電能反饋至電網(wǎng)，但此方法存在一定諧波干擾，且用戶不能直接享受節(jié)電收益。
將超級電容器應(yīng)用至電梯后，原本消耗在發(fā)熱電阻上的電能儲(chǔ)存起來，當(dāng)設(shè)備負(fù)重運(yùn)行時(shí)反饋至變頻器直流母線，供設(shè)備優(yōu)先利用，從而達(dá)到綠色、環(huán)保、節(jié)能的目的。
超級電容器與電梯的結(jié)合有如下特點(diǎn)：
高功率、長壽命、免維護(hù)，傳統(tǒng)電梯用的是電池，這種一般兩三年就需要換一次
節(jié)電率達(dá)到30%左右，在需要頻繁制動(dòng)的場合，節(jié)電效果更明顯
據(jù)我們調(diào)研了解，三菱電梯、國內(nèi)電梯廠商奧迪斯都正嘗試使用鋰離子超級電容器作為備用電源，預(yù)計(jì)未來超級電容器將成為電梯的標(biāo)配。2014年底，全國在運(yùn)行的電梯大概有360萬臺，而且每年還保持20%的增長，中國已經(jīng)成為全球電梯最多的國家，所以應(yīng)用在電梯的超級電容器的市場規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)很大。
3.4港口機(jī)械
現(xiàn)在已經(jīng)有利用超級電容器的港口集裝箱牽引車，它的主要工作機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)和大車機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)在起升時(shí)耗電，由柴油發(fā)電機(jī)組供給，下降時(shí)其勢能轉(zhuǎn)換成電能反饋給輪胎式龍門集裝箱起重機(jī)，小車機(jī)構(gòu)和大車機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)和運(yùn)行時(shí)耗電，在制動(dòng)時(shí)反饋電能給輪胎式龍門集裝箱起重機(jī)。
這種港口集裝箱牽引車的特征在于，由柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出的三相交流電源經(jīng)過交流變頻器的整流裝置，轉(zhuǎn)換成直流電源DC，DC電源通過交流變頻器中的變頻裝置，將DC電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可控的交流電源AC，用于驅(qū)動(dòng)起升、大車或者小車機(jī)構(gòu)；將超級電容并聯(lián)在DC電源總線上，利用DC總線監(jiān)測電壓變化范圍，在電壓上升時(shí)充電，在電壓下降時(shí)放電，隨著超級電容不斷放電，其端電壓下降，DC總線電壓跟著下降，當(dāng)檢測到此電壓低于柴油發(fā)電機(jī)組的電源整流電壓時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組開始參與供電，在制動(dòng)時(shí)反饋電能給超級電容，超級電容不斷得到反饋的能量充電，又不斷地釋放電能；當(dāng)輪胎式龍門集裝箱起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)處于再生反饋狀態(tài)時(shí)，機(jī)構(gòu)將能量反饋到DC總線上，DC總線電壓在電壓變化范圍內(nèi)逐步上升，使超級電容不斷吸收電能；當(dāng)DC電壓由工作機(jī)構(gòu)電機(jī)再生反饋電能引起上升時(shí)，超級電容進(jìn)入充電狀態(tài)，隨著超級電容不斷充電，其端電壓上升，DC總線電壓跟著上升，所有機(jī)構(gòu)的反饋能量都被超級電容吸收。利用大容量超級電容器，可以短周期大電流充電和放電，在起動(dòng)時(shí)能迅速大電流放電，下降時(shí)能迅速大電流充電，將能量吸收，起到節(jié)能環(huán)保的作用。
據(jù)我們調(diào)研所知，振華港機(jī)生產(chǎn)的港口機(jī)械現(xiàn)在用的主要是鉛酸電池，因?yàn)殂U酸電池的特性，需要一年多就更換一次，現(xiàn)在正在試驗(yàn)運(yùn)用超級電容器來代替鉛酸電池，我們認(rèn)為，未來超級電容器在港口機(jī)械上的應(yīng)用會(huì)推廣起來。
3.5數(shù)據(jù)中心
數(shù)據(jù)中心場地非常龐大，并且運(yùn)行過程伴隨著大量的用電，通過使用超級電容器，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的快速啟動(dòng)，可以將啟動(dòng)時(shí)間提高至17-18秒。并且，如果發(fā)生斷電，也可以有效防止數(shù)據(jù)的丟失。數(shù)據(jù)中心與超級電容器的組合對于大數(shù)據(jù)的發(fā)展，特別是對于軍方而言，意義重大。
根據(jù)我們的調(diào)研，有生產(chǎn)超級電容器的廠家正在跟大數(shù)據(jù)公司進(jìn)行協(xié)商。
3.6其他消費(fèi)電子領(lǐng)域
目前一些超級電容器在一些如數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦和無線電話等消費(fèi)電子商得到了廣泛的應(yīng)用。下面列舉了幾個(gè)簡單的用途：
四、政策積極推動(dòng)、技術(shù)逐步完善
4.1我國積極推動(dòng)超級電容器的發(fā)展
一直以來，我國也在積極推動(dòng)超級電容器的發(fā)展，2006年、2007年從技術(shù)上強(qiáng)調(diào)了重視超級電容器的發(fā)展，之后出臺了要對超級電容器應(yīng)用進(jìn)行補(bǔ)貼的政策，并且首個(gè)超級電容器基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和材料方面的首個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺。
4.2技術(shù)層面不斷實(shí)現(xiàn)突破
在技術(shù)層面，也不斷取得突破，這些突破一方面是在超級電容器的利用效率上的提高，另一方面是在商業(yè)化方面普及的推進(jìn)。
政策的支持和技術(shù)的進(jìn)步，將極大的推動(dòng)中國超級電容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
五、市場規(guī)模激增，進(jìn)口替代空間較大
5.1市場規(guī)模激增，發(fā)展?jié)摿薮?/strong>
從全球來看，2015年全球超級電容器市場規(guī)模達(dá)到173億美元。據(jù)Navigant預(yù)計(jì)，2014年到2023年超級電容器市場將增長約20倍，年均復(fù)合增長率達(dá)到39%，可見超級電容器市場的潛力巨大。
從國內(nèi)來看，國內(nèi)超級電容器的市場規(guī)模逐年提升，可以看到2012-2015年間，國內(nèi)超級電容器的市場規(guī)模從19.4億元增長到超過70億元，發(fā)展速度很快，但是也應(yīng)該看到國內(nèi)電容器的市場規(guī)模只占到全球市場規(guī)模的7%左右。
5.2國內(nèi)后來居上，存進(jìn)口替代空間
國外生產(chǎn)超級電容器廠商基本情況
國外研究超級電容器起步較早，技術(shù)相對比較成熟。在超級電容器的產(chǎn)業(yè)化方面，美國、日本、俄羅斯、瑞士、韓國、法國的一些公司憑借多年的研究開發(fā)和技術(shù)積累，目前處于領(lǐng)先地位。國外主要的生產(chǎn)企業(yè)有：美國的Maxwell公司，俄羅斯的Econd公司、Elit公司，日本的Elna公司、Panasonic公司、Nec-Tokin公司，韓國的Ness公司、Korchip公司、Nuintek公司等。
2014年Maxwell總營收中有48%來自于中國市場，主要是城市混合動(dòng)力客車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，Maxwell在中國超容混合動(dòng)力客車的保有量已超過一萬輛，宇通，金龍、金旅、海格、南車等國內(nèi)知名的十多家車企都已將超級電容成功應(yīng)用于新能源汽車上。并且，目前國內(nèi)對超級電容的新能源汽車主流應(yīng)用在客車領(lǐng)域，供應(yīng)商除了Maxwell還包括國外超級電容廠商N(yùn)esscap，Korchip，VinaTech。
國內(nèi)有望發(fā)力，存進(jìn)口替代空間
從2015年的情況來看，國內(nèi)從事大容量超級電容器研發(fā)的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產(chǎn)并達(dá)到實(shí)用化水平的廠家只有10多家，例如上海奧威科技、哈爾濱巨容新能源、遼寧百納電氣、北京合眾匯能、北京集星科技、錦州凱美能源、深圳今朝時(shí)代等公司。其中，上海奧威科技開發(fā)有限公司開發(fā)的“車用超級電容器”，在技術(shù)水平上已經(jīng)可以與國外同類產(chǎn)品相媲美，甚至在一些特性上超過了國外同類產(chǎn)品，達(dá)到了同類產(chǎn)品的國際領(lǐng)先水平。
就目前來看，國產(chǎn)超級電容器占有中國市場60%-70%的份額，剩余30%-40%的市場被國外的超級電容器生產(chǎn)廠商占據(jù)。我們相信，隨著國內(nèi)生產(chǎn)廠商技術(shù)的完善提高和規(guī)?；?yīng)的逐步體現(xiàn)，將會(huì)越來越多的替代對超級電容器的進(jìn)口。
六、風(fēng)險(xiǎn)提示
超級電容器推廣不達(dá)預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)、國家政策風(fēng)險(xiǎn)、市場系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。
