邵永青

（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 寧波 315000）

一、前言

電梯為我們生活帶來巨大便利的同時，也帶來了相當(dāng)大的負(fù)面影響，其中最重要的就是能耗問題。在現(xiàn)代高層建筑中電梯已經(jīng)成為僅次于空調(diào)的第二能耗大戶，2010年年末，全國每年電梯耗電總量將達(dá)到430億千瓦時以上，耗電量十分巨大。而且電梯的能耗無法回收會造成大量熱量的流失，增加機(jī)房的溫度，給散熱帶來很大的麻煩，為了散熱，還需要裝空調(diào)等散熱設(shè)備，這會導(dǎo)致能量的二次浪費(fèi)。因此，如何將電梯運(yùn)行中的能量進(jìn)行回收、節(jié)約能源已經(jīng)不僅僅是設(shè)計(jì)師們需要關(guān)注的話題，也是全社會急需關(guān)心和了解的。有人估算過，如果每年可節(jié)約近80億度電，按每度0.5元價格計(jì)算，每年可節(jié)約近40億元，節(jié)能效益十分可觀。對電梯制動能量的回收利用需要進(jìn)行能量存儲，現(xiàn)有的儲能裝置由于各種缺陷一直難以滿足要求，這時一種新型的儲能裝置—超級電容，開始進(jìn)入我們視野。

二、超級電容的涵義與特點(diǎn)

超級電容器，也叫功率電容器、雙電層電容器，具有許多蓄電池所不具備的優(yōu)點(diǎn)，是近年來發(fā)展起來的一種新型儲能裝置，正在逐步進(jìn)入到社會各個領(lǐng)域。具有能量密度高、功率密度高、無污染、循環(huán)使用壽命長、工作溫度范圍寬等特點(diǎn)，在重用電源、電動汽車等領(lǐng)域己經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。

表1 傳統(tǒng)電容器、超級電容器和傳統(tǒng)蓄電池的性能參數(shù)表

從表1可以看出，超級電容器兼具蓄電池能量密度大和普通電容器功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，具體而言：（1）循環(huán)使用壽命長，超級電容器深度充放電時的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)50萬次以上，比其他儲能裝置壽命長很多。（2）功率密度高。超級電容器具有很高的功率密度，約為鉛酸蓄電池的二十多倍。特別適用于各種需要大功率放電的場合。（3）充放電速率快。由于超級電容器內(nèi)阻不大，因此充放電速度快、時間短，有時可以在數(shù)十秒時間甚至更短時間內(nèi)就完成整個充放電過程。（4）高低溫性能佳。與其他儲能裝置相比，超級電容器在工作運(yùn)行過程中，并不像充電蓄電池那樣產(chǎn)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，繼而對環(huán)境溫度的要求甚高。相反超級電容具有良好的高低溫性能，即便在-40℃—+70℃溫度的范圍內(nèi)工作，也不會出現(xiàn)性能降低等現(xiàn)象。（5）環(huán)保。超級電容器所用材料環(huán)保、無毒，主要是碳元素，不像其他儲能裝置使用鉛等重金屬，因此無論是對人體還是環(huán)境都不會造成傷害。

三、超級電容在電梯節(jié)能中的具體應(yīng)用

1、超級電容應(yīng)用于電梯節(jié)能裝置的工作原理

圖1 基于超級電容的電梯節(jié)能裝置的方案圖

如圖1所示，超級電容的電梯節(jié)能技術(shù)的原理是當(dāng)電梯電機(jī)釋放再生能量時，將電梯電機(jī)再生能量存儲到超級電容，實(shí)現(xiàn)對超級電容充電，達(dá)到節(jié)省電能的目的。當(dāng)超級電容充滿的時候，停止對超級電容充電，這種技術(shù)不引起電網(wǎng)的諧波干擾，保護(hù)電梯元件，提高了電梯電機(jī)的可靠性。

2、超級電容放電時間的確定

電梯系統(tǒng)在運(yùn)行起始階段，超級電容切換外部交流電網(wǎng)為電梯系統(tǒng)運(yùn)行供電，電梯運(yùn)行上升從起始階段到達(dá)到勻速狀態(tài)之前，超級電容處于放電狀態(tài)。在超級電容的放電時間選擇上，可以通過分析電梯運(yùn)行過程速度變化的時間來得到。表2為某建筑電梯運(yùn)行實(shí)際測試數(shù)據(jù):根據(jù)表中的實(shí)測數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可以得出電梯系統(tǒng)運(yùn)行的加速上升的過程為4-5s，系統(tǒng)中需要的啟動加速時間(超級電容的放電時間)平均為4.6255，。放電時間是超級電容選型的一個重要參數(shù)，實(shí)際使用過程中可以根據(jù)系統(tǒng)需要結(jié)合超級電容器的價格水平選擇放電時間，選擇的放電時間越長，對于超級電容的容量水平要求越高，價格也就越昂貴。

表2 電梯系統(tǒng)上升時間實(shí)測表

3、超級電容工作選擇

為了避免在變換器上產(chǎn)生過大的能量損耗，超級電容的電壓不應(yīng)與曳引機(jī)機(jī)構(gòu)電機(jī)電壓存在過大差距，在工作電壓的選擇上，需要考慮電梯的使用頻率以及超級電容的使用次數(shù)。一般情況下，電梯每年運(yùn)行大概18萬次，壽命為12年，電梯總運(yùn)行次數(shù)為260萬次，在這個過程中超級電容的充電次數(shù)和放電次數(shù)各占到一半，按照目前的技術(shù)，超級電容的壽命為65萬次左右，為了滿足其壽命的要求，需要將超級電容的工作電壓應(yīng)在額定電壓的一半到額定電壓之間進(jìn)行選擇設(shè)定。

4、超級電容器組均壓裝置

在超級電容制作的過程中由于工藝等問題的限制，很難將每一個超級電容單體做到完全一致，在內(nèi)阻等方面會存在一定的差異，這種差異會導(dǎo)致單體進(jìn)行串并聯(lián)使用的過程分壓不均，超級電容器組中壓的單體使用壽命會降低，而工作在額定電壓以下的單體效率會大幅度降低。為了保證每一個超級電容單體都能發(fā)揮自身最大效能，需要增加均壓裝置。這里提倡超級電容器實(shí)用均壓裝置，超級電容器組均壓電路的基本要求為:當(dāng)超級電容單體端電壓達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值之后，單體端電壓的極小變化都會導(dǎo)致很大的單體端電流的變化，即穩(wěn)壓二極管的反向特性。如圖2：

圖2 超級電容器組實(shí)用均壓裝置電路原理圖

總之，超級電容本身的諸多特點(diǎn)使得其受到了越來越多的關(guān)注，對超級電容在電梯節(jié)能中的應(yīng)用方興未艾，還需要更多的專家、工程師做進(jìn)一步的研究和探討。

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