基于电梯节能的可再生能量系统

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摘 要 当前我国的电梯年产量和电梯的保有量已居世界第一，电梯巨大的能耗已经引起社会各界的密切关注。现在电梯所需能量相当部分都是化石燃料提供的，给环境带来了严重的污染。本文把可再生能源如太阳能、燃料电池用于电梯中，同时收集电梯自身产生的能量，提出一个电梯可再生能量系统，为电梯节能的研究提供一种新方法。

关键词 节能；可再生能源；超级电容；能量控制

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-040-01

1 研究背景

目前，国内外关于电梯节能方面的相关研究主要包括：

1）世界最大的电梯和自动扶梯供应商之一芬兰通力电梯有限公司（KONE）在“2006年中国国际电梯展览会”上首次公开展示了其最新研究成果“SuperEco太阳能电梯”。太阳能电梯是“一种不需要供能的电梯”。目前，在意大利已建成但仍处于试验阶段的通力太阳能电梯每年可发电2100余度。

2）为了节约电梯机房的空间和提高电梯的效率，奥的斯公司对电梯的电机及其传动系统进行了创新的设计，提出了“Gen2”系统。这种系统采用一个紧凑的永磁无齿轮电机，同时用一种聚氨酯扁平复合钢带来替代传统的钢丝绳。根据制造商的数据，采用这种结构的电梯与采用传统的齿轮曳引系统的电梯相比要节能35%。

3）采用电梯的协调调度，要根据轿箱内的人数，上、下方面的停站次数，层站及轿箱内的呼梯信号及轿厢所在的位置等因素来分析实时客流的变化情况，自动选择最适合于客流情况的输送方式。实践证明，在大型高层建筑中采用先进的控制技术一般能使输送能力提高15%-25%，采用这些先进的控制系统的电梯要节能5%以上。

4）介绍了一种在电梯运行过程中，利用电池储存再生的能量，储存的再生能量能够在需要的时候释放出来供电梯使用，这样就提高了电梯的能量利用效率。除了能减少能耗水平，还可以保持负载平衡，电力高峰期和电力故障时不停梯。

2 可再生能量系统

2.1 系统的提出

上述国内外电梯节能的研究大致分为四类：一是采用太阳能等可再生能源驱动电梯；二是电梯曳引系统的节能；三是电梯控制系统的节能；四是能量回馈系统的节能。本文提出太阳能电池、燃料电池和超级电容的混合能量控制和超级电容的能量回馈方案，保证电梯的稳定运行的同时也为电梯节能提供一条新的思路。电梯可再生能量系统的结构如图1。

2.2 系统的组成

1）太阳能电池和燃料电池。

太阳能电池的输出功率受到太阳辐射、天气状况和温度变化的影响。采用太阳能电池和燃料电池一起给电梯提供能量，并通过超级电容充放电调节功率的变化，保证给负载提供稳定的功率。

2） 系统的控制。

采用太阳能电池和燃料电池为电梯提供能量，为了合理的分配功率，采用超级电容作为能量存储调节装置。超级电容具有较快的动态响应，可以弥补可再生能源较慢的功率输出从而满足负载的性能需要。系统中的能量通过直流总线调节达到平衡，超级电容通过充放电来调节直流总线的能量以确保给负载提供稳定的能量。能量控制采用一种基于微分平滑的非线性算法，以确保系统的可靠性和鲁棒性。

3） 能量回馈系统。

电梯在运行的过程中，在重载下降和轻载上升时，电梯就会产生多余的机械能，通过曳引机和变频器转换成电能储存在变频器直流回路的电容中。电容电压逐渐升高，储存在电容里面的电能如不及时释放，就会造成过压故障，造成变频器停止运行，电梯无法正常工作。目前，国内绝大多数变频调速电梯普遍采用电阻消耗电容中储存电能的方法以防止电容过压。可是电阻耗能降低了系统的效率，同时电阻产生的大量热量还导致电梯控制柜周边的温度升高。本文提出采用超级电容储存电梯产生的回馈能量，通过控制电路对此控制，在经过DC/AC转换，逆变后供电梯再次使用。

4） 逆变控制系统。

太阳能电池和燃料电池输出的都是直流电，同时电梯运行过程中回收到的能量也是直流电。为了给电梯提供能量并保证电梯的安全稳定的运行，就需要逆变输出高质量的交流电。电梯控制柜是个复杂的设备，有很多非线性原件，就会带来很多谐波干扰，致使逆变质量受到很大影响。基于这种情况，本文采用PID和重复控制组成的复合控制方法来解决谐波干扰的问题，保证交流电的质量。

参考文献

[1]陈铭.变频回馈节能技术在电梯中的应用[J].襄樊学院学报，2010（11）.

[2]赵彬，姚宽亮.电梯节能及能源再生技术探讨[J].价值工程，2011（20）.