مروری بر سیستم های ابرخازنی ذخیره‏ ساز انرژی و کاربردهای آن‏ها

استفاده از باتری‌ها بطور گسترده در صنعت در حال افزایش است اما دارای معایب مختلفی هستند و در برخی از کاربردها، نیاز به وزن یا حجم کمتر، چگالی توان بیشتر و یا پاسخ بهتر به اتفاقات گذرا احساس می‌شود. با توجه به مشکلات کاربردی باتری و با پیشرفت تکنولوژی، علی الخصوص در علم مواد، ابرخازن‌ها معرفی شدند. ابرخازن‌ها دستگاه‌های ذخیره‏سازی انرژی الکتریکی پیشرفته با ظرفیت بسیار بالا در حجم‌های نسبتاً کوچک هستند. ابرخازن از دو الکترود (صفحه) نازک با سطح بالا تشکیل شده است که توسط یک دی‏الکتریک از یکدیگر جدا شده‏اند و چگالی ذخیره انرژی بالایی را فراهم می‏سازد. افزون بر آن، ابرخازن‏ها در مقایسه با سایر تکنولوژی‏های ذخیره‏سازی انرژی دارای مزایایی چون ردپای کربن کمتر و همچنین هزینه مالکیت و نگهداشت کمتر هستند. از جمله کاربردهای ابرخازن‏ها می‏توان به تامین موقت بار تا زمان برخط شدن کامل ژنراتور پشتیبان و در نتیجه کاهش نیاز به ژنراتورهای سوخت فسیلی، نوسان‏گیری و تثبیت تغییرات فرکانس در سیستم‏های قدرت، هموارسازی انرژی خورشیدی و باد، پشتیبانی کوتاه مدت و کاهش خطر خرابی در تاسیسات مهم و در نتیجه بهبود کیفیت تامین برق اشاره نمود. ابرخازن‏ها در طیف وسیعی از کاربردها از شبکه برق گرفته تا بخش حمل و نقل استفاده می‏شوند. این مقاله مروری مطالبی در خصوص ابرخازن‌ها از جمله مفهوم، کاربردها، ویژگی‌ها، مزیت‌ها و محدودیت‌ها ارائه می‌کند. در ابتدا به معرفی ساختار ابرخازن و تشریح تفاوت انواع آن پرداخته خواهد شد. سپس به کاربردهای آن در بخش‌های مختلف صنعت از جمله استفاده در شبکه قدرت و ریزشبکه، علی الخصوص مزایای آن‌ها در کنار سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر و سیستم‌های حمل و نقل پرداخته می‌شود. همچنین چند نمونه پیاده‌سازی در دنیا و مزایای به‌‌دست آمده تشریح خواهد شد.

an overview of energy storage supercapacitor systems and their applications

the use of batteries is widespread in the industry, but they have various disadvantages, and in some applications, the need for less weight or volume, higher power density or a better response to transient events is felt. due to the practical problems of batteries and with the advancement of technology, especially in materials science, supercapacitors were introduced. supercapacitors are advanced high-capacity electrical energy storage devices in relatively small volumes. a supercapacitor consists of two thin, high-level electrodes (plates) separated by a dielectric, providing a high energy storage density. in addition, supercapacitors have advantages over other energy storage technologies such as less carbon footprint as well as lower cost of ownership and maintenance. applications of supercapacitors can be to provide temporary load until the backup generator is fully offline and thus reduce the need for fossil fuel generators, oscillation and stabilization of frequency changes in power systems, smoothing solar and wind energy, support short-term and reduce the risk of breakdown in important facilities and thus improve the quality of electricity supply. supercapacitors are used in a wide range of applications, from the power grid to the transportation sector. this article provides an overview of supercapacitors, including concepts, applications, features, advantages, and limitations. then, their applications in different sectors of the industry, including use in the power grid and microgrid, especially their benefits in combination with renewable energy and transportation systems, are discussed. moreover, some examples of universal implementation of supercapacitors and the benefits obtained will be explained.