電梯節(jié)能中超級電容的應(yīng)用前景探討

梁峻平

摘要：建筑事業(yè)的高速發(fā)展，使建筑物的樓層不斷升高，推動了電梯在建筑項目中的應(yīng)用。因而電梯用電成為我國用電的重要組成部分。為了適應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，滿足經(jīng)濟性要求，選擇合理的電梯節(jié)能系統(tǒng)是很重要的。通過對電梯能耗的分析，提出以超級電容器為儲能器件的電梯節(jié)能方案，分析它的節(jié)能原理。通過介紹電梯節(jié)能中超級電容的技術(shù)優(yōu)勢，預(yù)估該節(jié)能方案的節(jié)能效果，其應(yīng)用前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：電梯節(jié)能 超級電容 現(xiàn)狀 原理 應(yīng)用 前景

中圖分類號：TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0002-01

隨著建筑事業(yè)的發(fā)展，建筑物的能耗越來越多，約占全國總能耗的1/3左右。其中，空調(diào)能耗最大，電梯能耗高居第二。電梯能耗應(yīng)該引起業(yè)內(nèi)人士的高度重視，積極探索出節(jié)能的最佳方案。曳引機驅(qū)動轎廂升降時所耗電能是電梯耗電的主要組成部分，電動機拖動負(fù)載消耗的電能占總耗電量的2/3以上。因此，研發(fā)高效能的電機拖動系統(tǒng)，是實現(xiàn)電梯節(jié)能的重要途徑，超級電容在電梯節(jié)能中的應(yīng)用，開辟了電梯節(jié)能的新時代。

1 超級電容的節(jié)能原理分析

一般來說，電梯向上運送和向下運動的總量是相同的，說明驅(qū)動電動機需要在“拖動用電工況”和“制動發(fā)電工況”之間進(jìn)行反復(fù)的交替運行。回收利用電梯制動電能應(yīng)當(dāng)是電梯節(jié)能降耗的關(guān)鍵措施，應(yīng)該成為技術(shù)人員的研究方向。目前廣泛使用的變頻調(diào)速電梯的處理制動電能的兩種方案在很大程度上體現(xiàn)了其優(yōu)越性。一種是設(shè)置制動單元把制動電能瀉放，但是這會造成制動電能的浪費，而且會升高周圍環(huán)境的溫度；另一種是另設(shè)逆變電路，把制動電能再轉(zhuǎn)變成為三相電流反饋至電網(wǎng)，雖然提高了電能的應(yīng)用效率，卻出現(xiàn)了諧波干擾電網(wǎng)的技術(shù)難題，影響了它的推廣應(yīng)用。

在電梯電力拖動系統(tǒng)中，增設(shè)超級電容儲能模塊，經(jīng)充放電控制單元接入變頻器。變頻器在節(jié)能電梯的電氣結(jié)構(gòu)中占有重要的地位，在電梯驅(qū)動電動機處于制動發(fā)電工況時，制動電能反饋到變頻器，經(jīng)充放電控制單元向超級電容儲能模塊供電，儲存電梯的制動電能。充放電控制單元控制電動機拖動用電工況，先由超級電容儲存模塊供電，當(dāng)放電電壓達(dá)到規(guī)定值時，再由交流電源整流的直流電供電。受超級定容儲能模塊的容量限制，必要情況下，需要對制動單元做過充電保護。由于電梯驅(qū)動電動機在“拖動用電工況”與“制動用電工況”之間交替工作的周期很短，對超級電容儲能模塊的容量要求也就很小，其生產(chǎn)成本不高，滿足社會經(jīng)濟性的要求。

2 超級電容在電機發(fā)電狀態(tài)中的應(yīng)用

判斷曳引機處于發(fā)電狀態(tài)的標(biāo)志是規(guī)則電機要求功率小于零，其控制規(guī)律是：在直流母線電壓達(dá)到上限值和電容電量未達(dá)到最大值，這兩種情況同時發(fā)生的條件下，超級電筒開始充電，充滿后，直流母線開始放電。曳引機回饋功率決定充電電流的大小，要確保充電電流在額定范圍內(nèi)，才能確保電梯的正常運行。

近幾年，行業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員針對曳引機的運行狀態(tài)，在不斷探究電梯節(jié)能系統(tǒng)的具體控制策略，采用方法包括交直交通用變頻器的Simulink仿真。

綜上所述，曳引機處于電動狀態(tài)時，如果電容電壓超過135 V，雙向DC-DC開始工作模式，控制方法包括兩種：一種是超級電容有限放電，閉環(huán)控制雙向DC-DC，使其電壓保持恒定值，當(dāng)超級電容器電壓降至DC-DC時停止工作；另一種是超級電容橫流放電，可以人為將這一數(shù)值設(shè)置為一個恒定值I，對雙向DC-DC進(jìn)行閉環(huán)電流控制，當(dāng)超級電容器電壓降至135 V時方可停止工作。對于恒定值I的確定需要采用電梯控制柜內(nèi)的多個訊號，實施起來比較困難。可以通過實驗取值簡化操作過程，要保證I值一定的合理性，過大就會影響超級電容的放電效率，過小會導(dǎo)致放電時間太長，如果超級電容中存儲的能量不能得到及時瀉放，就會對回饋能量的再次吸收產(chǎn)生不利的影響。選取I值時就要綜合考慮放電效率和放電時間兩個重要的因素，選擇常用的橫流放電方式。

超級電能在我國已經(jīng)逐步得到廣泛應(yīng)用。上海虹橋開發(fā)區(qū)的在建建筑-中國博覽會會展綜合體，將在其需要的400余部電梯中，安裝200多部超級電容電梯。充分利用超級電容能源轉(zhuǎn)化率高，散熱性能好、不怕水的優(yōu)勢。據(jù)技術(shù)人員計算，依據(jù)超級電容高效節(jié)能的特點，其成本在3～5年內(nèi)就可以用節(jié)省的電費收回。萬一碰上停電或者故障，超級電梯中的存點仍然可以維持通風(fēng)、通信和照明的要求，將節(jié)能點滴變身為應(yīng)急電梯。

近年來，數(shù)名專家在對“超級電容節(jié)能電梯”進(jìn)行多次鑒定，得出結(jié)論：超級電容憑借其較高水平的節(jié)能技術(shù)，將會取得很好的市場前景，受到更多人的好評與青睞。該技術(shù)通過有效減少電梯設(shè)備供電容量，實現(xiàn)節(jié)能的效果，并且不會對電網(wǎng)造成沖擊和污染。與傳統(tǒng)變頻調(diào)速電梯相比，節(jié)能率可達(dá)30%。專家預(yù)測，如果越來越多的項目采用超級電容節(jié)能技術(shù)，我國用電浪費的現(xiàn)象將會得到有效的控制。太倉市特種設(shè)備學(xué)會組織專家對超級電容節(jié)能設(shè)備進(jìn)行了一次應(yīng)用型的測試，結(jié)果表明電梯節(jié)能中超級電容的節(jié)能效果明顯，有很好的應(yīng)用價值，值得被推廣。

3 結(jié)語

超級電容作為一種新型電力儲能器件，不僅繼承了靜電電容器較高放電功率的優(yōu)勢，又可以發(fā)揮電池一樣儲存大量電荷的功效。目前，在我國，單體的容量已經(jīng)可以做到萬法拉級。超級電容在電梯中具有良好的應(yīng)用效果，具有循環(huán)使用壽命較長、功率密度大、充放電快而不至于使電機溫度過高、耐高溫、容量配置靈活等優(yōu)點。超級電容性能的不斷提升，將會使其在電梯節(jié)能中發(fā)揮更重要的作用。同時，超級電能在大量節(jié)省電能的同時，有助于實現(xiàn)我國對資源浪費的有效控制，符合“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會”的發(fā)展要求。在世界范圍內(nèi)，呼吁在節(jié)能電梯中應(yīng)用超級電容，具有很重要的現(xiàn)實意義。

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