【文章內(nèi)容簡介】 網(wǎng)電能質(zhì)量的影響最大，平抑該頻段的風(fēng)電波動對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響最大，平抑該頻段風(fēng)電波動采用較短時間的能量儲存就可以達(dá)到目的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)短時能量存儲的小容量儲能設(shè)備對風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用價值很高。 超級電容器因其具有數(shù)萬次以上的充放電循環(huán)壽命、大電流充放電特性，能夠適應(yīng)風(fēng)能、太陽能的大電流波動，它能在白天陽光充足或風(fēng)力強勁的條件下吸收能量， 在夜晚或風(fēng)力較弱時放電，從而能夠熨平風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電的波動，石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 15 實現(xiàn)更有效的并網(wǎng)。因此，在新能源供應(yīng)系統(tǒng)中采用超級電容器組將使其并網(wǎng)發(fā)電更具有可行性。 分布式儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，電能作為商品，電能質(zhì)量自然就成為其重要的特征參數(shù)。 IEEE 給出電能質(zhì)量問題的一般解釋為：在供電過程中導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)誤操作或故障損壞的任何異?，F(xiàn)象。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量，涉及到電壓、頻率、波形和三相平衡等方面的用電可靠性、連續(xù)性、可操作性等方面。 目前，美國西屋電氣公司、德國西門子公司、日本三菱電氣公司、 瑞典 ABB 公司等各大電力設(shè)備制造商都制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。 電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，影響電能質(zhì)量的電壓干擾，主要包括電壓偏移、三相不平衡、電壓波動與閃變、電壓的諧波分量、電壓跌落和瞬時斷電等。 在提高電能質(zhì)量的過程中，儲能系統(tǒng)正起著越來越大的作用。根據(jù)容量大小的區(qū)別，儲能系統(tǒng)的主要作用也各有不同。 （ 1）大型儲能系統(tǒng)：主要用作電力網(wǎng)的可調(diào)節(jié)發(fā)電電源，對電力網(wǎng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，如頻率控制、備用容量控制、動態(tài)快速響應(yīng)、削峰填谷調(diào)平負(fù)荷以及防止系統(tǒng)解列和瓦解等。 （ 2）中型儲能系統(tǒng)：主要用于大功率遠(yuǎn)距離輸變電系 統(tǒng)，其主要功能有提高輸電穩(wěn)定性、維持電壓穩(wěn)定、抑制諧波、調(diào)節(jié)負(fù)荷等。 （ 3）小型儲能系統(tǒng)：主要用于調(diào)節(jié)電能質(zhì)量和提高供電可靠性，其主要功能有電壓控制、抑制電壓波動與閃變、抑制電壓下跌、瞬時斷電供電等。 超級電容器的電容量很大；與普通電容器相比具有很高的能量密度，一般可達(dá) 2070MJ/立方米；漏電流很小，具有電壓記憶功能，電壓保持時間長；充放電性能好，且無需限流和充放電控制回路，不受充電電流的限制，可快速充電，通常十幾秒即可；使用溫度范圍廣，可達(dá) 4085℃，而電池僅為 040℃。 超級電容器的功率密度高 ，其儲能系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)將能量迅速釋放出來，而且使用壽命長、效率高，在這些方面的性能優(yōu)于其他幾種儲能系統(tǒng)。隨著超級電容器制造工藝的不斷發(fā)展，未來有望在配電網(wǎng)中維持電壓穩(wěn)定、抑制電壓波動與閃變、抑制電壓下跌和瞬時斷電供電等方面發(fā)揮重要作用。 超級電容器儲能系統(tǒng)的接入方式采用并聯(lián)的方式，即并聯(lián)在配電網(wǎng)系統(tǒng)和負(fù)荷之間。一旦出現(xiàn)電壓的異常變化，超級電容器可以通過迅速釋放能量和儲存能石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 16 量的方式來消除電壓異常變化對整個電網(wǎng)系統(tǒng)及負(fù)荷的影響。電網(wǎng)系統(tǒng)通過整流器和逆變器來實現(xiàn)與超級電容器儲能系統(tǒng)的連接。 綜合上述分析，超級 電容器儲能系統(tǒng)能大幅優(yōu)化電能的暫態(tài)響應(yīng)性能。 智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)理想的供電電壓應(yīng)該是純正弦波形，具有標(biāo)稱的幅值和頻率。然而，由于供電電壓的非理想性、線路的阻抗、供電系統(tǒng)所承受的各種擾動、負(fù)荷的時變性與非線性等，供電電壓常常呈現(xiàn)各種各樣的電能質(zhì)量問題。電壓型電能質(zhì)量問題通常表現(xiàn)為幅值或波形的異常：電壓暫降、三相不平衡、電壓波動與閃變、諧波及頻率變動等。在所有的這些電能質(zhì)量問題中，電壓暫降和電壓短時中斷對用電設(shè)備所造成的危害尤其嚴(yán)重，短短幾個周期的電壓暫降都可能嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作。 在能源產(chǎn)生過程不穩(wěn)定的情 況下，需要一個緩沖器來存儲能量。在能源產(chǎn)生的過程是穩(wěn)定的而需求是不斷變化的情況下，也需要使用儲能裝置。燃料電池與風(fēng)能或太陽能不同，只要有燃料，它就能夠持續(xù)輸出穩(wěn)定的電能。然而，負(fù)荷需求隨著時間的變化有很大的不同。如果沒有儲能裝置，燃料電池就要做得很大以滿足峰值能量需求，成本顯得過高。通過將過剩的能量存儲在儲能裝置中，就可以在短時間內(nèi)通過儲能裝置提供所需的峰值能量。 在分布式電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的暫態(tài)沖擊在所難免，而超級電容器的優(yōu)越性能，使其可以降低暫態(tài)沖擊對整個系統(tǒng)性能的影響。因此，在未來的智能分布式電網(wǎng)系 統(tǒng)中，超級電容器組儲能系統(tǒng)必不可少。 過去主要是生產(chǎn)再生膠。由于我國廢舊輪胎中斜交膠胎占有相當(dāng)大的比例，廢舊斜交胎主要用來生產(chǎn)再生膠。最近國內(nèi)也能用全鋼子午胎制造再生膠，國內(nèi)再生膠的年產(chǎn)能已達(dá) 100 萬噸左右。 新能源汽車中的應(yīng)用 電動汽車對動力電池的性能指標(biāo)要求如下： （ 1）體積小、重量輕、貯存能量密度高，使電動汽車的一次充電續(xù)駛里程長； （ 2）功率密度高，使電動汽車的加速性能和爬坡性能好； （ 3）能夠快速啟動和運行，可靠性高； （ 4）循環(huán)次數(shù)高，使用壽命長； 石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 17 （ 5）環(huán)境適應(yīng)性強，能在一定濕度下正常工作， 抗振動沖擊性能好； （ 6）環(huán)保性能好，無二次污染，并有可再生利用性； （ 7）維修方便，保養(yǎng)費用低； （ 8）安全性好，能夠有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸； （ 9）價格低，經(jīng)濟性好； （ 10）燃料儲存、處理和輸送方便，能夠利用現(xiàn)有的燃油加油系統(tǒng)。 傳統(tǒng)混合動力汽車需具有適當(dāng)能量的高功率電池或超高功率電池，相對而言，對容量的要求卻不高。因此，傳統(tǒng)混合動力汽車采用鎳氫電池即可滿足其性能要求。 超級電容器與磷酸鐵鋰電池具有互補性，兩者組合成復(fù)合能源是中短期內(nèi)的首選。通過 2021 年 8 月頒布的《德國國家電動汽車 發(fā)展計劃》，我們發(fā)現(xiàn)德國政府將超級電容器與鋰離子電池的研發(fā)放在同等重要的地位。只有當(dāng)鋰離子電池的技術(shù)已經(jīng)能夠達(dá)到較高的能量密度、較高的功率密度和較高的循環(huán)壽命的情況下，才可能單獨采用鋰離子電池作為電動汽車的動力源。 運動控制領(lǐng)域在現(xiàn)代高層建筑中，電梯的耗能僅次于空調(diào)。以往的電梯采用機械制動的方法，將這部分能量以熱的形式散發(fā)掉，這不但浪費，而且多余熱量使機房溫度升高，增加散熱的負(fù)擔(dān)和成本。如果能夠回收多余的動能及勢能，電梯系統(tǒng)真正消耗的能量就只限于電能轉(zhuǎn)換中的損耗和機械損耗，其中主要包括變頻器、牽引電機及其機 械損耗。 因此，在電梯設(shè)計、配置中最迫切需要解決的問題是要全面考慮節(jié)能措施。采用節(jié)能環(huán)保型電梯是未來節(jié)能建筑領(lǐng)域的必然趨勢。通過分析電梯系統(tǒng)的運動特性，我們可以發(fā)現(xiàn)節(jié)能的方向：電梯在升降過程結(jié)束時，經(jīng)常會有制動剎車，產(chǎn)生巨大的制動電流，這是可以回收的；另外，在建筑高層，電梯和電梯使用者都具有很大的勢能，也可以進(jìn)行回收。由于超級電容器具有大電流充放電等優(yōu)良的特性，可在電梯系統(tǒng)中作為能量回收裝置回收能量。 超級電容器還可以應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的通風(fēng)、空調(diào)、給排水系統(tǒng)中，作為啟動裝置。另外，超級電容器還可以應(yīng)用于電站、 變流以及鐵路系統(tǒng)中，包括電磁閥門控制系統(tǒng)、配電屏分合閘、鐵路的岔道控制裝置等。作為能源最大消耗者之一的港口機械設(shè)備，港口機械如場橋、岸橋中的吊具載運貨物上升時需要很大的能量，而下降時自動產(chǎn)生的勢能很大，這部分勢能在傳統(tǒng)機械設(shè)備中沒有得到合理石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 18 利用。除了在固定港口機械設(shè)備中，在流動機械中也同樣存在上述問題。通過采用超級電容器，能夠?qū)崿F(xiàn)上升過程中的制動能量回收，下降過程中的勢能回收。 現(xiàn)代軌道車輛一般在直流電網(wǎng)中運行，因此可以將再生制動能量反饋回電網(wǎng)，即機車在制動時將牽引電機變?yōu)榘l(fā)電機，將列車的動能轉(zhuǎn)化為電能回饋 到供電系統(tǒng)直流電網(wǎng)中去，其中很小的一部分用于自身供能，其余能量會被電網(wǎng)間的其他車輛所吸收，但是前提是附近有其他車輛的存在，并需要相應(yīng)的能量值。直流電網(wǎng)是無法完全容納制動所產(chǎn)生的能量的，所以當(dāng)電阻制動時，電網(wǎng)電壓會升高，當(dāng)抬升到一定程度時，機車采用電阻制動，使其剩余的能量變?yōu)闊崮芤萆⒌?。特別是在電網(wǎng)電壓較低、電流較高、無再生變電所的直流電網(wǎng)中，通常只有30%50%的制動能量能被利用。采用超級電容器組，可以實現(xiàn)上述制動能量的有效回收利用，大幅提高牽引機車的總體能量效力。 超級電容器能用作飛機上柴油機啟動系統(tǒng)工 作電源的輔助電源，能提供飛機發(fā)動機瞬間所需的沖擊大電流，另外還可以解決 422 系列電源車啟動飛機瞬間功率不足的問題，從而在啟動瞬間對直流電源車發(fā)電系統(tǒng)尤其是內(nèi)燃機具有很大的保護作用。 總之，超級電容器能用于優(yōu)化人類主要的運動控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能，實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。 超級電容器在軍用設(shè)備中的應(yīng)用在移動通信基站、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線電通信系統(tǒng)中，都需要有較大的脈沖放電功率，而超級電容器所具有的高功率輸出特性，可以滿足這些系統(tǒng)對功率的要求。 另外，激光武器也需要大功率脈沖電源，若為移動式的，就必須有大功率的發(fā)電機 組或大容量的蓄電池，其重量和體積會使激光武器的機動性大大降低。超級電容器可以高功率輸出并可在很短時間內(nèi)充足電，是用于激光武器的最佳電源。另外，超級電容器還可以用于戰(zhàn)術(shù)性武器（電磁炸彈）中，作為炸彈發(fā)電機（ FCC）的核心部件。 石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 19 . 項目建設(shè)必要性 . 新型材料的應(yīng)用，促進(jìn)科技發(fā)展，改善人民生活。 石墨烯的低成本大產(chǎn)量的工業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)能夠完成，將極大的促進(jìn)下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。運用石墨烯非凡的物理化學(xué)性質(zhì)電子穿過石墨烯的速度與硅相比要快得多，能制作出更敏感的傳感器，電子組件，顯示器，太陽能電池和氫儲存設(shè)備。美國西北太平洋國 家實驗室和普林斯頓大學(xué)正與一家私人公司合作研發(fā)一種高容量和能快速充電的電池。秘訣就是在鋰離子電池中添加石墨烯，提高功率和循環(huán)穩(wěn)定性。斯坦福大學(xué)研究人員表示：基于石墨烯的照明設(shè)備將會廉價而且環(huán)保。用石墨烯做的 LECs(光電化學(xué)電池 )可以取代基于金屬的 OLEDs(有機發(fā)光二極管 )，還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極使之更便宜且更易回收。中國的科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯的紙上無法生長，而人類細(xì)胞則不會受損。利用這一點可以利用它來做繃帶、食品包裝甚至抗菌 T 恤衫?？茖W(xué)界都在關(guān)注石墨烯的研究進(jìn)展，這種神奇的材料一 旦投入實際應(yīng)用將會給人類社會帶來革命性的變化。 . 新材料新能源建設(shè)符合我國國情，前景看好 石墨烯的低成本大產(chǎn)量的工業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)能夠完成將預(yù)示著我國在新材料領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。帶動下游周邊的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，運用石墨烯這種突破性的材料與原有的活性炭材料進(jìn)行復(fù)合大幅提高現(xiàn)有超級電容器用活性炭的儲能水平，以實現(xiàn)節(jié)約能源，綠色環(huán)保的社會發(fā)展要求。 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，國際國內(nèi)對新型能源的需求與日俱增。超級電容器在諸多領(lǐng)域如消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域、新能源發(fā)電系統(tǒng)、分布式儲能系統(tǒng)、智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)、新能源汽車、軍用領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景。 同時利用好超級電容器的快速充放電能力可以大幅利用在生產(chǎn)生活中浪費掉的能源。就對現(xiàn)有的超級電容器的儲能能力提出了更高的要求，能量密度要求更高。超級電容器在很多的應(yīng)用領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景，但是應(yīng)用發(fā)展還受到很大的制約就是因為傳統(tǒng)的活性炭儲能材料無論是傳統(tǒng)的木基體活性炭還是石油焦基體活性炭均不能滿足超級電容石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 20 器現(xiàn)在的儲能要求，形成了產(chǎn)業(yè)瓶頸。沒有新材料的加入很難提升現(xiàn)在超級電容器的儲能水平。這個就是要求超級電容器用活性炭的儲能能力更高，抗衰減能力更強。那么隨著石墨烯改性超級電容用活性炭項目的投產(chǎn)可以將超級電容器的應(yīng)用推倒一個新的高度。 對于促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展和實現(xiàn)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)化具有重要意義，項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策，其建設(shè)是非常有意義的。 . 項目建設(shè)產(chǎn)業(yè)政策準(zhǔn)入 . 項目符合國家“十二五”規(guī)劃的要求 《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃的建議》明確提出，堅持把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要著力點。深入貫徹節(jié)約資源和保護環(huán)境基本國策，節(jié)約能源，降低溫室氣體排放強度，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，推廣低碳技術(shù)，積極應(yīng)對氣候變化，促進(jìn)經(jīng)濟社會發(fā)展與人口資源環(huán)境相協(xié)調(diào)，走可持續(xù)發(fā)展之路。 . 項目符合《中國資源 綜合利用技術(shù)政策大綱》 2021 年 7 月 1 日，國家發(fā)展和改革委員會、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布了《中國資源綜合利用技術(shù)政策大綱》，大綱中指出： “ 十二五 ” 時期，我國仍將處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加快發(fā)展階段，面臨的資源和環(huán)境形勢將更加嚴(yán)峻。開展資源綜合利用，推動循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，是我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，走新型工業(yè)化道路，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要措施。推廣非金屬礦資源的礦物深加工技術(shù)，推廣石墨資源綜合利用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，形成資源綜合利用產(chǎn)業(yè)集群，對臺所和完善循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展 模式意義重大。 . 項目符合國家《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（ 2021 年本）》 在 2021 年 3 月 27 日國家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（ 2021 年石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告 21 本）》中，明確將高新技術(shù)領(lǐng)域需求的高純、超細(xì)、改性等精細(xì)加工的石墨等非金屬礦深加工材料生產(chǎn)及其技術(shù)裝備開發(fā)與制造列為鼓勵發(fā)展類產(chǎn)業(yè)。 . 項目符合《 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20212020） 》 《 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20212020） 》將新物質(zhì)創(chuàng)造與轉(zhuǎn)化的化學(xué)過程列入基礎(chǔ)研究的科學(xué)前沿問題