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超级电容器储能在本质上是以电磁场来储存能量的，不存在能量形态的转换过程，具有效率高、响应速度快和循环使用寿命长等优点，适合在提高电能质量等场合应用。美国、日本、俄罗斯和韩国等国家凭借多年的超级电容器研究开发和技术积累，目前处于领先地位。具有代表性的单位包括美国Maxwell公司、日本NEC公司和俄罗斯的Econd公司等，这些公司目前占据着全球大部分市场。近年来，中国也逐渐开始重视超级电容器技术，上海交通大学、中国人民解放军总装备部防化研究院和成都电子科技大学等都开展了超级电容器的基础研究和器件研制工作。国内从事大容量超级电容器研发的厂家（如锦州锦荣公司、北京集星公司和上海奥威公司等）已具备一定的技术实力和产业化能力。
超级电容器分为双电层电容器和电化学电容器两大类。其中，双电层电容器的应用最为广泛，它采用高比表面积活性炭作为电极材料，通过炭电极与电解液的固液相界面上的电荷分离而产生双电层电容，其原理如图1-6所示。在充放电时发生的是电极/电解液界面的电荷吸附、脱附过程，而不是电化学反应。电化学电容器采用RuO 2 等贵金属氧化物作电极，在氧化物电极表面及体相发生氧化—还原反应而产生吸附电容，又称为法拉第准电容。由于法拉第准电容的产生机理与电池反应相似，在相同电极面积的情况下，其电容量是双电层电容的几倍，但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好。目前双电层超级电容器的成本较高，约为500～1500元/kW、1500～12000元/kW · h，循环寿命达到10万次以上，能量转换效率大于80%。
图1-6 双电层电容器原理图
近年来，中国在浙江舟山、南麓岛的微电网示范工程中分别采用了200kW、1000kW超级电容器作为其中一种储能方式，由于超级电容器能量密度低，所以在其中的作用仅限于平抑风光波动。目前亚洲最大的超级电容器应用项目是上海洋山深水港项目，洋山深水港的23台港口起重机的每次用电会让局部电网发生10～15s的电压波动，采用美国Maxwell公司的额定功率3MW的超级电容器模块，工作时间20s对电压波动起到缓冲作用，从而最大限度地降低对电网的影响。
超导磁储能（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）系统利用超导线圈通过变流器将电网能量以电磁能的形式储存起来，需要时再通过变流器馈送给电网或其他装置。超导混合磁体如图1-7所示。
图1-7 中国电力科学研究院研制的超导混合磁体
SMES系统直接存储电磁能，在超导状态下无焦耳热损耗，其电流密度比一般常规线圈高一二个数量级，因此具有响应速度快（约几毫秒至几十毫秒）、转换效率高（≥95%）、储能密度大（10 8 J/m 3 ）以及质量比能量（1～10W·h/kg）/质量比功率（10 4 ～10 5 kW/kg）高的优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿；而限制其广泛应用的缺点在于低温超导储能装置的低温系统技术难度大，冷却成本太高。
SMES不仅可用于解决电网瞬间断电对关键用电负荷的影响，而且可用于降低和消除电网低频功率振荡，改善电网电压和频率特性，调节功率因数，实现输配电系统动态管理和电能质量管理，提高电网暂态稳定性和紧急事故应变能力。表1-1列举了不同规模SMES系统的分类与主要用途。
表1-1 不同规模SMES系统的应用
20世纪90年代以来，低温超导储能在提高电能质量方面的功能被高度重视并得到积极开发，美国、德国、意大利和韩国等也都开展了兆焦级SMES系统的研发与示范运行。但低温超导储能装置由于其低温系统技术难度大、冷却成本高而发展受限。相对比而言，高温超导材料技术近年来取得很大进展。目前Bi系高温超导带材（也称第Ⅰ代带材）已实现商品化，其性能已基本达到电力应用要求，为高温超导电力技术应用研究奠定了基础。
在国内，中国科学院电工研究所、清华大学、华中科技大学和中国电力科学研究院等单位开展了SMES的研究工作。中国科学院电工研究所于1999年成功研制了国内第一台微型SMES样机；清华大学已研制出两台用于改善电能质量的低温超导储能装置；华中科技大学致力于高温超导SMES的研究工作，并在国家“863”计划资助下，联合西北有色金属研究院、等离子体物理研究所和浙江大学等单位于2005年成功研制了国内第一套全部采用国产高温超导带材的直接冷却HTc—SMES（35kJ/7kW）系统；中国电力科学研究院基于第Ⅱ代高温超导体YBCO超导线材，研究并构造出适于高温区运行、高质量比能量和高质量比功率的千焦级SMES储能单元，对YBCO超导线材SMES储能单元设计、构造、控制和保护、功率变换器以及SMES装置在电力系统的应用等关键科学和技术问题进行了研究和探索。