电梯节能中超级电容的应用前景探讨

梁峻平

摘要：建筑事业的高速发展，使建筑物的楼层不断升高，推动了电梯在建筑项目中的应用。因而电梯用电成为我国用电的重要组成部分。为了适应国家可持续发展战略要求，满足经济性要求，选择合理的电梯节能系统是很重要的。通过对电梯能耗的分析，提出以超级电容器为储能器件的电梯节能方案，分析它的节能原理。通过介绍电梯节能中超级电容的技术优势，预估该节能方案的节能效果，其应用前景十分广阔。

关键词：电梯节能 超级电容 现状 原理 应用 前景

中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0002-01

随着建筑事业的发展，建筑物的能耗越来越多，约占全国总能耗的1/3左右。其中，空调能耗最大，电梯能耗高居第二。电梯能耗应该引起业内人士的高度重视，积极探索出节能的最佳方案。曳引机驱动轿厢升降时所耗电能是电梯耗电的主要组成部分，电动机拖动负载消耗的电能占总耗电量的2/3以上。因此，研发高效能的电机拖动系统，是实现电梯节能的重要途径，超级电容在电梯节能中的应用，开辟了电梯节能的新时代。

1 超级电容的节能原理分析

一般来说，电梯向上运送和向下运动的总量是相同的，说明驱动电动机需要在“拖动用电工况”和“制动发电工况”之间进行反复的交替运行。回收利用电梯制动电能应当是电梯节能降耗的关键措施，应该成为技术人员的研究方向。目前广泛使用的变频调速电梯的处理制动电能的两种方案在很大程度上体现了其优越性。一种是设置制动单元把制动电能泻放，但是这会造成制动电能的浪费，而且会升高周围环境的温度；另一种是另设逆变电路，把制动电能再转变成为三相电流反馈至电网，虽然提高了电能的应用效率，却出现了谐波干扰电网的技术难题，影响了它的推广应用。

在电梯电力拖动系统中，增设超级电容储能模块，经充放电控制单元接入变频器。变频器在节能电梯的电气结构中占有重要的地位，在电梯驱动电动机处于制动发电工况时，制动电能反馈到变频器，经充放电控制单元向超级电容储能模块供电，储存电梯的制动电能。充放电控制单元控制电动机拖动用电工况，先由超级电容储存模块供电，当放电电压达到规定值时，再由交流电源整流的直流电供电。受超级定容储能模块的容量限制，必要情况下，需要对制动单元做过充电保护。由于电梯驱动电动机在“拖动用电工况”与“制动用电工况”之间交替工作的周期很短，对超级电容储能模块的容量要求也就很小，其生产成本不高，满足社会经济性的要求。

2 超级电容在电机发电状态中的应用

判断曳引机处于发电状态的标志是规则电机要求功率小于零，其控制规律是：在直流母线电压达到上限值和电容电量未达到最大值，这两种情况同时发生的条件下，超级电筒开始充电，充满后，直流母线开始放电。曳引机回馈功率决定充电电流的大小，要确保充电电流在额定范围内，才能确保电梯的正常运行。

近几年，行业内工程技术人员针对曳引机的运行状态，在不断探究电梯节能系统的具体控制策略，采用方法包括交直交通用变频器的Simulink仿真。

综上所述，曳引机处于电动状态时，如果电容电压超过135 V，双向DC-DC开始工作模式，控制方法包括两种：一种是超级电容有限放电，闭环控制双向DC-DC，使其电压保持恒定值，当超级电容器电压降至DC-DC时停止工作；另一种是超级电容横流放电，可以人为将这一数值设置为一个恒定值I，对双向DC-DC进行闭环电流控制，当超级电容器电压降至135 V时方可停止工作。对于恒定值I的确定需要采用电梯控制柜内的多个讯号，实施起来比较困难。可以通过实验取值简化操作过程，要保证I值一定的合理性，过大就会影响超级电容的放电效率，过小会导致放电时间太长，如果超级电容中存储的能量不能得到及时泻放，就会对回馈能量的再次吸收产生不利的影响。选取I值时就要综合考虑放电效率和放电时间两个重要的因素，选择常用的横流放电方式。

超级电能在我国已经逐步得到广泛应用。上海虹桥开发区的在建建筑-中国博览会会展综合体，将在其需要的400余部电梯中，安装200多部超级电容电梯。充分利用超级电容能源转化率高，散热性能好、不怕水的优势。据技术人员计算，依据超级电容高效节能的特点，其成本在3～5年内就可以用节省的电费收回。万一碰上停电或者故障，超级电梯中的存点仍然可以维持通风、通信和照明的要求，将节能点滴变身为应急电梯。

近年来，数名专家在对“超级电容节能电梯”进行多次鉴定，得出结论：超级电容凭借其较高水平的节能技术，将会取得很好的市场前景，受到更多人的好评与青睐。该技术通过有效减少电梯设备供电容量，实现节能的效果，并且不会对电网造成冲击和污染。与传统变频调速电梯相比，节能率可达30%。专家预测，如果越来越多的项目采用超级电容节能技术，我国用电浪费的现象将会得到有效的控制。太仓市特种设备学会组织专家对超级电容节能设备进行了一次应用型的测试，结果表明电梯节能中超级电容的节能效果明显，有很好的应用价值，值得被推广。

3 结语

超级电容作为一种新型电力储能器件，不仅继承了静电电容器较高放电功率的优势，又可以发挥电池一样储存大量电荷的功效。目前，在我国，单体的容量已经可以做到万法拉级。超级电容在电梯中具有良好的应用效果，具有循环使用寿命较长、功率密度大、充放电快而不至于使电机温度过高、耐高温、容量配置灵活等优点。超级电容性能的不断提升，将会使其在电梯节能中发挥更重要的作用。同时，超级电能在大量节省电能的同时，有助于实现我国对资源浪费的有效控制，符合“资源节约型，环境友好型社会”的发展要求。在世界范围内，呼吁在节能电梯中应用超级电容，具有很重要的现实意义。

参考文献

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[2] 姜季宏，刘鸿鹏，江振洲，等.储能电梯中超级电容选取和控制策略[J].浙江大学学报：工学版，2014，4：610-615.

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