坐電梯能發電?長沙研發的這套系統節能效果驚人

電梯能發電?

都知道電梯升降執行需要耗電,而電梯發電是不是頭一回聽說?電梯除了上上下下的載物載客,科技人員還讓它有了第二職業——發電。這並非只是一個構想,而是一項已經成熟應用到現實中的技術。近日,記者走進中南大學材料科學與工程學院,探訪電梯發電的奧祕。

讓電梯發電,絕不是說可以把辦公樓的外接電源都切斷,指望電梯間成為大廈的電力供給中心,而是藉助一個電能回收系統,將電梯執行中產生的電能利用起來。
“電梯啟動執行上升到最高樓層後具有最大的機械勢能,在下行過程中能產生能量。把這些能量收集起來再利用,就是電能回收。”李薦博士是中南大學材料科學與工程學院副教授,他組建的技術團隊研發出了這套“自給式電能回收系統”。

它的基本原理其實並不複雜。電梯是依靠曳引機的轉動來上、下執行的。曳引機是一種電動機,通常我們認為的電動機都是耗電的,但它也能工作在發電狀態,實際上成為一臺發電機了。

電梯約有一半的時間處於重物向下運動的過程中,這時候重力勢能轉換成為動能,並通過曳引機轉換成電能,這時候電梯的曳引機是處於發電的狀態,特別是電梯減速制動的過程中,發電量會更大。這有點類似於常見的自行車車燈原理——利用車輪的轉動,帶動一個小型發電機,產生的電量足以點亮照明燈。
當較重一方向上執行時,電梯處於耗電狀態。相反,當較重的一方向下執行時,重力就拖動曳引機旋轉使機械勢能轉變為電能。以往傳統電梯無法回收曳引機產生的電能,電能反饋到變頻器的直流母線端並通過一個大功率發熱電阻進行消耗。這套自給式電能回收系統能有效地將下降過程中發出的電能儲存於儲能器件中,並在電梯下次上升用電時優先使用,達到了節約電能的目的。

(加裝電能回收系統的電梯電能回收效率達到37.9%,全國若能全部採用節能電梯,等同於多建一個核電站。 IC圖)

李薦博士介紹,這套能量回收系統,在安裝使用過程中無需改動電梯原有任何安全設計、引數、線路、裝置,其原有各種安全裝置依然有效,因此不會降低電梯的原有安全效能。
電能回收系統可以分為饋網式電能回收系統及自給式電能回收系統。饋網式電能回收系統是利用併網技術將回收的電能直接反饋到電網。自給式電能回收系統是將回收的電能先儲存在儲能器件中,待積累到一定的量時供給本裝置使用(或本單位其他裝置使用)。自給式電能回收系統不需要併網,與饋網式系統相比電路較為簡單,可靠性更高。

“一邊在耗電,一邊能發電,電梯執行需要的能量雖然不能通過這樣的方式達到自身的能耗平衡,但節電效果比較明顯。”李薦說。在湖南海諾電梯公司的電梯實驗場,一場測試展示了這套系統的節能效果:一部可載重800kg電梯,以1.7m/s的速度,在八個樓層上下,實驗過程詳細對比了電能回收系統安裝前後電梯的能耗,並由此計算出回收效率。由測試資料可以看出,加裝了自給式電能回收系統後,電梯的電能回收效率達到37.9%。
2007年的統計資料表明,全國電梯的總耗電量相當於一個大亞灣核電站的總髮電量,而且每年還在以20%以上的速度遞增。全國若能全部採用節能電梯,等同於多建了一個核電站。
汽車、地鐵等剎車時產生的電能也可回收
除了電梯,所有具有上上下下、起起停停、快快慢慢工況的裝置或裝置,都可以應用這套能量回收系統。
比如汽車剎車制動時、天車重物下降時、
軌道交通工具(地鐵、火車等)剎車時都能電能回收,甚至健身器械產生的能量也可回收。
長沙巨力電子科技股份有限公司採用這套電能回收系統技術,已經在不少工業裝置方面得到了應用。該公司提供的資料顯示,電能回收系統應用於
電動汽車,能提高20%~30%的行駛里程,緩衝大電流對電池的衝擊,延長電池壽命20%~30%,提高電動汽車的爬坡能力,改善車輛啟動效能,避免類似傳統制動器的抱死及噪音。(圖片來源於長沙晚報)

又比如地鐵在運營過程中,列車頻繁制動產生的大量再生電能普遍通過制動電阻發熱消耗,導致大量電能白白浪費。“地鐵製動產生的再生電能,佔到車輛牽引供電電能的30%~50%;而地鐵製動又非常頻繁,以前制動產生的大量再生電能,都轉化為熱能而白白浪費掉了。”裝置如何回收地鐵製動時消耗的電能?李薦介紹,當列車制動引起直流牽引網電壓上升到設定值後,裝置會自動判斷並把再生制動電能通過逆變方式直接回饋到中壓環網供給牽引、動力、照明等其他地鐵負荷使用。

●吊車:節油率達60%

在港口領域有大量以柴油驅動的輪胎吊車,其為了滿足集裝箱上升時的最大功率,需配備500千瓦的大型柴油機。

只要加裝一套高效大功率電能儲存系統,可將500千瓦的大柴油機換成50千瓦的柴油機;當集裝箱下降時,通過電路切換,將發出的電能存於電能儲存系統中,而當需將集裝箱加速吊起時由電能儲存系統提供大功率。

在上海外高橋碼頭近3年的使用表明,改造後輪胎吊車的節油率達到60%,一臺輪胎吊車每年可節省5萬升柴油,減少二氧化碳排放150噸。

●挖掘機:節能達20%以上

日本的小松挖掘機在節能方面一直處於國際領先地位,其通過挖掘機在頻繁動作過程中,收集能量,再自饋於挖掘機使用。長沙巨力電子科技股份有限公司在某款挖掘機上進行了節能改造,經過一年的試用,節能達到20%以上。(來源:長沙晚報)

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