Суперконденсаторы — технология, изменяющая автопром и энергетику

10.06.2021

Сегодня многие бизнесы переходят к концепции устойчивого развития и внедряют технологии, которые помогают достигать большей производительности при снижении издержек. Среди возможных решений — системы на основе суперконденсаторов. О пользе и эффектах технологии рассказывает Сергей Агеев, генеральный директор компании ТЭЭМП (входит в промышленный холдинг «РОТЕК») — разработчика и производителя решений в области накопителей энергии на базе суперконденсаторов.

Источники энергии часто подводят человека как в повседневной жизни, так и в бизнесе. Например, автомобилистам приходится искать теплое убежище для машины в мороз, чтобы завести ее с утра, так как аккумулятор может не заработать при низких температурах. Производства же страдают от скачков напряжения или аварийного прекращения подачи электроэнергии, что ведет к финансовым издержкам. Однако сегодня все эти проблемы можно решить с помощью систем, основанных на импульсном источнике тока, или суперконденсаторе.

В чем суть импульсного источника тока?

Суперконденсатор — это электрохимическое устройство, которое позволяет мгновенно отдавать большой объем энергии даже при экстремальных температурах.

Основное отличие суперконденсатора от его предшественника, конденсатора, в мощности: у последнего она намного меньше. При этом напряжение в суперконденсаторах постоянно увеличивается. Так, например, современные устройства заправляются органическим электролитом, что увеличивает напряжение в ячейке, которое в скором времени может достичь 3,2 В (стандартный показатель сейчас — 2,8–3 В), а значит, и увеличить объем хранимой энергии.

Суперконденсаторы отличаются рядом преимуществ перед другими источниками тока:
Большое количество циклов заряда-разряда: оно может превышать 1 миллион.
Высокие мощности: устройства работают там, где требуется мгновенно выдать пиковые токи без негативного влияния на источник энергии.
Широкий температурный диапазон: стандарт от -45 до +60 °C, но бывает и больше (например, суперконденсаторы ТЭЭМП работают в температурном диапазоне от -60 до +85 °C).

Зачем нужны суперконденсаторы?

Сегодня суперконденсаторы пользуются значительным спросом в мире и используются в целом ряде отраслей. Наибольшая степень внедрения приходится на транспорт и энергетику. Суперконденсаторы используются в двух целях.

Обеспечение бесперебойной работы

Суперконденсаторные системы способны дать необходимую мощность в нужный момент, например когда основные источники питания «барахлят» (посадки и провалы напряжения) или вышли из строя на короткий промежуток времени (срабатывание релейной защиты, бестоковая пауза при работе АВР и пр.). Несколько примеров:

На предприятиях. Сбои в подаче электроэнергии обходятся производителям дорого: оборудование требует перезагрузки или переподключения. Помимо временных издержек, есть еще и финансовые, к которым особенно чувствительны предприятия с непрерывным технологическим циклом. Производство моментально останавливается, а значит — все товары цикла идут в брак. С такой болевой точкой столкнулся производитель первичного алюминия и глинозема UC Rusal, который понес суммарный ущерб в размере 39 млн рублей из-за срабатывания релейной защиты и работе АВР (1–2 секунды токовой «тишины») на трех заводах.

Суперконденсатор способен спасти оборудование и от скачков напряжения. Последнее — актуальная проблема для современного оборудования, которое крайне чувствительно к перепадам электроэнергии. Несмотря на то что по ГОСТу отклонения могут колебаться до 10%, часто устройства «уходят в ошибку» уже при 5% волатильности.

В автомобилях. Любой владелец машины знает, что аккумулятор может подвести при отрицательных температурах. Рост внутреннего сопротивления просто не позволяет отдать необходимую энергию на запуск автомобиля — с этой задачей может справиться суперконденсатор, который работает при -40 и даже -50 °C. Аналогичная проблема существует и в экстремально жарких регионах и тоже решается суперконденсатором. Источник импульсного тока не боится высоких температур: более того, некоторые модели превышают стандартный диапазон +60 oC и доходят до +85 oC.

В целом, суперконденсаторы часто используются в автопроме как буфер энергии. Они страхуют аккумулятор, если вдруг последний не выдерживает большие нагрузки. Именно поэтому импульсный источник тока устанавливается в отечественных патрульных машинах с высоким энергопотреблением или мощных автомобилях, как Lamborghini.

Экономия более дорогих энергетических ресурсов

Суперконденсатор позволяет экономить энергетические ресурсы в транспортной промышленности за счет системы рекуперации. Ее суть в следующем: источник импульсного тока накапливает энергию торможения, а после использует ее для разгона. Таким образом, уменьшается расход топлива, а значит — и эмиссия парниковых газов. Экономия достигает почти 10 л топлива на 100 км.

Рекуперация энергии торможения применяется в различных видах транспорта, включая общественный. Например, Китай выпустил на улицы Шанхая гибридные автобусы, а в Хуайани ездит электрический трамвай, который утилизирует 85% энергии, вырабатываемой при торможении. Производители автомобилей для личного пользования, например Citroen и Peugeot, часто применяют импульсный источник тока для Stop-Start систем, которые глушат двигатель при полной остановке и потом быстро заводят его. В больших пробках технология позволяет экономить 8% топлива, согласно исследованию Society of Automotive Engineers.

Что ждет рынок суперконденсаторов в будущем?

Мировой рынок суперконденсаторов должен достичь $720 млн к 2025 году. Ожидается, что он будет расти в среднем на 12% ежегодно и увеличится практически на $300 млн по сравнению с 2019 годом. Зарождающийся российский рынок пока еще сравнительно небольшой и, по нашим оценкам, составляет примерно $13–14 млн, или порядка 3% от глобального. Именно поэтому ТЭЭМП нацелен на активный выход на международный рынок, в частности в июне этого года мы получили премию «Russian Business Guide. Экспортер года-2021» за поставки суперконденсаторных ячеек собственной конструкции в Южную Корею. В целом можно отметить, что рынок стран Юго-Восточной Азии — один из наиболее перспективных и быстрорастущих.

Если говорить об отраслях, то с распространением электромобилей именно автопром станет основным драйвером роста. Однако источник импульсного тока может активно применяться на предприятиях в химической, фармацевтической, пищевой и нефтегазовой промышленности.

Источник: Энергетика и промышленность России