摘要：随着电梯的普及，建筑物的耗电量大幅度增加，故而给电力使用带来了负担。据调查，每年仅在电梯运行上消耗的电能达450亿千瓦时。电梯的使用给人们带来方便的同时，也给人们带来了负担。因此，节能电梯成为了电梯技术研究的新课题及主要的发展方向。
关键词：超级电容；电梯节能；应用探讨
Discussion on Application of supercapacitor in elevator energy saving
Gaoyu
Foshan flame mechanical & electrical equipment co., ltd.
Abstract: With the popularization of elevator, The power consumption of buildings has increased considerably, Therefore, the use of electricity has brought a burden. According to the survey,Only 45 billion kwh of electricity can be consumed each year in elevator operations. The use of elevators brings convenience to people at the same time, It also brings burdens to people. Therefore, Energy saving elevator has become a new subject of elevator technology research and the main direction of development.
Keywords: Ultracapacitor；Elevator energy saving；Application Discussion
前言
近年来，建筑技术不断的发展，电梯的应用越来越广泛。但是电梯使用次数的频繁，使电量消耗巨大。从而使我国电网承担巨大的压力。据统计，一个20层的居民楼的单厢电梯，如果速度是1.75m/s，入住率大于80%的情况下，一天要消耗27.5度左右的电，折合人民币约15元的电费。全国电梯总量200多万台，消耗的电量是非常可观的。因此，本文对超级电容在电梯节能关键技术应用探讨方面进行分析，旨在为电梯节能提供一定的参考。
1.超级电容在电梯节能系统的优点
超级电容因其循环寿命长、功率密度高、超低温特性好、充放电时间短等优点被广泛应用：一是，与传统的电梯系统相比，电梯系统在具有超级电容工作下更加节能，其能够对电梯电机产生的再生能源进行储存，并再次转换成电能用于电梯的启动和加速状态；二是，由于超级电容具有极高的功率，尤其是瞬时功率，将超级电容作为储能的装置可以减少再生能源的流失，提高能源的利用率；三是，超级电容储存的电能可以直接供给电梯使用，无需再通过固定的电网传送，这样可以减少不必要的电量损失，减少对电网的影响。
2.电梯和超级电容简介
2.1电梯的机件构成及原理
电梯有两种，一种是台阶式的，一种是厢式的[1]。台阶式的就是人们所说的自动扶梯，人们通常说的电梯都是厢式的。厢式电梯是一种垂直的升降机，主要由密闭轿厢、传动模块、安全模块、对重模块、信号控制系统、井道和机房构成。电梯的工作原理是，轿厢和对重模块通过曳引机相连，曳引电动机带动曳引轮实现轿厢在井道内的上下移动。信号控制系统可以控制制动器，失电情况下停止轿厢运动，保持静止以供进出。从消耗电量上来说，厢式电梯更加费电，因此，现在的节电技术主要应用于垂直升降电梯中。
2.2超级电容的工作原理及特点
超级电容是超级电容器的简称，这种电容器依靠极化电解质进行储能。但是它不是传统的化学电源，而是依靠双电层的假电荷和氧化还原的假电容储存电能，介于传统电容和电池之间的可以反复充放电的电容器。在性能上，它结合了电容和电池的优点，主要表现为以下几点。第一，充电速度快，10分钟充电率达95%以上；第二循环寿命长，循环使用50万次；第三放电能力强，功率相当于电池的10倍；第四，原材料从生产到拆解均无污染，绿色环保；第五，线路简单，温度低，剩余电量易检测。由此可见，超级电容是理想的电容。
2.3分析电梯耗能的主要部件
在电梯各部件整体耗电比例中，曳引机约占3/5，机房温控耗电3/10，内部照明占1/10[2]。在曳引机耗电过程中，还有1/3是以摩擦生热的方式散发的。相当于电梯20%的电能没有做功，而是浪费了。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时由于曳引机产生大量的热量，使机房温度升高，不利于电梯正常运行控制。
3.超级电容在电梯节能技术中的应用
3.1超级电容的节能工作原理
超级电容的节能系统包括充电模块、放电模块、中央控制模块、变频器直流线、直流电源、辅助电源和超级电容器。电、放电模块一边连接超级电容，一边连接直流线。充电模块和放电模块各自连接中央控制器，超级电容器中至少有两个超级电容以串联、并联或者混联的方式进行组合。超级电容器可以通过控制系统，在电梯轻载向上运行或者重载向下运行时产生的电能进行储存。其工作的流程是，给超级电容设置两个临界电压，电压值到达第一临界值时，直流电源给线路供电的同时，给控制箱提供部分供电。电压达到第二临界值时，系统自动对电梯状态进行识别，控制设备将超级电容器中的电能供电给变频器直流线。关于第一和第二临界值的设定，要根据电梯速度、载重、高度等参数进行确定。故通过超级电容器对电梯电能的收集工作，可以达到节约电能的目的。
3.2超级电容在电梯节能技术中的使用实例
以我国某地区正在建设开发的超大会展展览馆为例，其总占地面积达86万平方米，总建筑面积为147万平方米，分为A、B、C、D四个展示场馆。室内展厅40万平方米，室外展厅10万平方米，周围还有商业中心15万平方米、办公楼18万平方米、五星高级酒店7万方米。场址位置与地铁站和机场紧密相连，周边有发达的高速公路网，交通十分便利。为方便人们上下楼层，预计安装垂直升降轿厢式电梯200部。由于一般电梯耗电量巨大，故对电梯采用带有超级电容器的电梯节能的关键技术。目前工程正处于建设中，预计垂直升降电梯和台阶式自动扶梯共计安装数量约为400部。对于垂直升降轿厢式电梯电梯全部使用第四代超级电容器，电梯核心节能技术使用“变频曳引设备节能系统”。
第四代超级电容器[3]的主要组成为：典型正极材料主要以碳和活性炭成分为主，典型负极材料除了碳和活性炭，还有Li4Ti5O12。电解质为含Li+的有机电解液。该超级电容为非对称性电容，正负电极的材料较原来的双层储电的功率密度和能量密度更加高。且非对称性的超级电容用金属氧化物和活性炭作正负极，具有优良的电化学性能，散热性良好不怕水。每部电梯最多可节电30%。仅3-5年节约电量100万度，由此可见节约的电费非常可观。同时，节约的电量在停电或者故障时，还可以进行该楼层的通信、通风、照明，直接变成应急电梯。
变频曳引设备节能系统则是将轻载上行和重在下行产生的自动能量储存在超级电容器内，输送到变频器直流线上，减少了电梯设备的使用电量，对电网的正常运行不造成影响。节电率相比较于传统的变频调速电梯，可增加约1/3。据统计，就我国现有的电梯量，如果其中一半采用这种电梯新技术，则所节约电能可以近似等于一座百万千瓦级水电站的一年发电量。目前，该工程的还处于建设阶段，电梯也正处于布设阶段，但是通过此工程，相信对于中国的电梯技术具有划时代里程碑式的重要意义。
3.3超级电容在节电技术需改进的部分
目前，超级电容在节电技术方面的研究炙手可热，但同时，在研究中也面临着新的问题。对于现有的调速变频电梯，加设超级电容进行改造，有两种节能方案。第一是将节约的电能在制动单元的电能进行释放，这样制动电能由于放电的原因产生发热，使电梯使用时环境温度升高，从而造成了电力的二度浪费。第二是通过逆变电路，将制动产生的多余电能转换为常规三相交流电，输送至电网进行再循环使用。但是在实际工作中，反馈电能存在谐波会干扰电网正常运转，因此无法对反馈电能进行计量，从而涉及到使用电梯的用户和电力企业二者产生电力费用之间的纠纷。因此，对于我国而言，下一步的发展方向是超级电容节约之后用不完的电量进行多方向多用途的转化，使电力应用更加合理，从而使超级电容不仅仅用于电梯节能系统，还能增加应用范围，实现超级电容作用的多元化和实用化。
4.结束语
通过超级电容在电梯节能关键技术中的应用，可以提高对电能的利用率。电梯作为人们生活中比不可少的工具，它的电力使用经常被人们所忽视，通过超级电容技术使人们更加注重节能环保。超级电容器经历了从第一代到第四代的变革，具有电池一样的超量电荷存储，同时具有像电容器一样的高放电功率。目前，第四代的超级电容器容量可达万法拉级，使用时间也较前几代超级电容更加持久。相信随着科学技术的发展，我国的电梯技术将会越来越经济环保，从而为我国电梯的更新换代和省电节电做出巨大的贡献。
参考文献：
[1]邓哲.带超级电容模块的馈能型电梯驱动系统若干关键技术研究[D].浙江大学,2013.
[2]曹智超,罗正卫,成亮等.电梯用超级电容器节能与应急平层装置的研究[J].建筑节能,2013,(9):57-60.
[3]曹智超,罗正卫,李钦轩等.电梯用超级电容器节能的研究与应用[J].建筑电气,2013,(7):30-33
论文作者:高育
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/13
标签：电梯论文; 电容论文; 电能论文; 电容器论文; 节能论文; 电量论文; 模块论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;