【项目精选】359期：节能与新能源技术项目推荐（二）

项目一：基于过渡金属基化合物的高能量密度超级电容器研发

项目简介：

超级电容器是一种新型绿色储能器件，拥有比功率大、充放电效率高，寿命长等优点，在低碳经济时代展现出巨大应用前景，已经被广泛应用于电子产品、电动汽车、混合电动汽车、无线通讯设施、信号监控、太阳能及风力发电等领域。开发具有高能量、高循环性和低成本的超级电容器是该领域未来重要研究之一。电极材料作为超级电容器的核心组成部分，对其储能性能有着至关重要的影响，而具有高理论容量、低价格的过渡金属基化合物（Fe、Co、Ni）是实现高容量、低成本超级电容器首选的电极材料。以过渡金属基化合物为主要研究对象，对其组分及结构进行了调控，通过储能性能测试及储能机理分析，为开发高性能、低成本的活性电极材料提供实验依据。这一研究的开展，给组装超高能量密度的超级电容器并使其从实验室走向我们的日常生活带来了新的前景。

关键技术：

（1）电极材料的制备：超级电容器是介于电池和传统电容器之间的新型储能装置，虽然其具有很高的功率密度，但是相对于二次电池，超级电容器的能量密度较低，这对于其实际应用是一个很重要的限制因素，因此开发具有高比电容的正负极材料是这一新型储能器件能否进入人们实际生产生活的重要因素之一。

（2）端电压波动范围大：超级电容的端电压在充放电过程中会不断地上升或下降。因而，为了稳定电压，在工作中需要在超级电容与负载之间配置一个电压适配器，这将带来系统的结构复杂、成本上升和能量转化效率下降等问题。

（3）串并联问题：超级电容的能量密度较小，因此一般需要将超级电容器进行串并联组合后使用。由于器件参数的差异，会造成串联单体电容电压在工作过程中的不一致。因此，对于单体超级电容器的工艺参数的控制是该技术在实际应用时非常重要的一点。

创新点：

（1）采用水热和离子交换两步法，可控制备了镍钴基-ⅥA族化合物，并揭示了比容量和倍率性能之间的关系。

（2）首次组装了NiCo S 纳米片//FeOOH纳米棒超级电容器原型器件，证实了正负极不同储能机理和容量的合理匹配对器件功率密度和能量密度的影响。

（3）首次理论分析了水热硫化Co O 得到的CoS比电容更高的原因，并成功组装了具有超高能量密度（80 Wh kg ）的超级电容器（CoS//nanoporous carbon）。

项目二、相变蓄热水箱和相变蓄热太阳能通风系统

项目简介：

相变储能材料技术是近年来蓄能领域和新材料领域新兴的研究热点，该技术对建筑节能、解决能源紧张有着重要的应用价值。相变储能技术在建筑中有着广泛的应用，对于太阳能供热系统，由于太阳能具有间断性与能量密度低的特点，不能连续稳定的提供热量，限制了太阳能的大面积使用，为了蓄存不稳定的太阳能，常以蓄热水箱为蓄热设备，水为蓄热介质来维持系统稳定运行，从而使得蓄热水箱需要放置在一个特定的房间中，占用了宝贵的建筑面积。本成果所涉及的模块化相变箱及其构成的相变蓄能系统，其通过采用设置多个独立腔体的技术能同时实现蓄热和末端供热的目的，同时，在达到同样存储热量的情况下能减少传统蓄热水箱体积，还能增大蓄热水箱运行时长，减少辅助能源设备能耗；水箱中所用相变材料相变潜热大，在相变温度附近蓄放热温度稳定，采用封装成板片形式的技术放置于普通蓄热水箱中，将时间和空间上分布不均不稳定的太阳能转化成稳定的热能储存在相变材料中，可以有效增大太阳能能源利用率。

太阳能通风烟囱（Solar Chimney，SC）作为世界上最丰富、最具发展潜力的能源资源—太阳能的被动利用技术之一，因其具有降低建筑通风与空调能耗、改善室内空气品质及能源资源可再生等优点而广泛应用于生态建筑设计中，是生态与节能建筑研究中的一个热点。但是传统太阳能烟囱一直存在着蓄热能力差、工作不稳定的缺点，在没有太阳辐射的时段无法运行。本团队成果创新点在于将相变材料与传统太阳能烟囱相耦合，相变材料是替代传统蓄热介质的最佳选项，与显热蓄能相比，相变蓄热是种潜热蓄能模式，具有蓄能密度高，体积小，温度变化小，相变温度选择范围宽，易于控制等优点。相变材料耦合太阳能烟囱可以有效提高烟囱本身的蓄热能力，将多余的太阳能贮存起来，在没有太阳辐射时使用，从而有效延长了太阳能烟囱的工作时间。

项目三、变压器绕组材质鉴别仪

项目简介：

基于赛贝克效应对铜铝绕组材质进行无损鉴别，属国内首创。利用加热首端后铜、铝绕组热电势的差异实现绕组材质无损检测。无损检测仪集成测试、采集、判别功能，通过设计的加热模块对变压器低压侧一相导电杆或铜排加热，通过设计的测量夹及传感器对温度、热电势型号进行测量采集，通过信号处理模块对温度、热电势信号进行处理计算，得到绕组真实热电势，并与所设置的判断阈值进行比对，鉴别绕组材质。

市场及经济效益分析：

在配电变压器绕组材质鉴别应用领域，目前行业通用鉴别方法为吊罩、拆解检测，损坏变压器绕组绝缘，且操作复杂，成本较高。市场上暂无有效的配电变压器绕组无损检测设备。基于Seebeck效应的变压器绕组材质鉴别方法及无损鉴别仪均属国内首创，在重庆、云南、广州等多地对大量配电变压器进行检测，结果证明该检测仪能在不拆解变压器的情况下对变压器绕组材质进行快速鉴别。鉴于变压器绕组材质鉴别在出厂检查、质检等方面均有需求，该无损鉴别仪具有较好的产业化前景。

项目四、大功率风电机组健康状态监测与评估关键技术及应用

项目简介：

在国家、省部级科技项目支持下，研发团队历时8年攻克了前述难题，提出了2类关键部件特征参数提取方法，形成了3种状态监测与评估系统新产品，实现了3项重大突破与创新：①提出了机、电、热多耦合特征参数和动态阈值提取方法。研发了电流故障特征的叶轮不平衡状态监测技术，提出变流器功率模块热应力疲劳特征参数及关键传感器故障观测模型，形成了特征参数动态阈值确定方法。②研发了关键部件劣化度概率评估及寿命预测技术。基于数据挖掘手段，提出了机械关键部件劣化状态评估概率分析和实时寿命预测方法；基于功率模块疲劳失效机理，形成了变流器功率模块平均故障间隔时间评估体系，研发了多时间尺度累积效应的变流器运行可靠性评估技术。③研发了风电场整机多层次健康状态评估技术。形成了风电机组多层次评估指标体系，提出了风电机组监测参数异常识别方法，研发了风电机组整机健康状态评估技术。

项目五、大型电力变压器智能化关键技术及应用

项目简介：

电力变压器是电网能量传输的枢纽和核心，其安全运行是保障电网安全的第一道防御系统。本项目针对电力变压器运行安全持续开展变压器智能化关键技术及应用研究：

（1）深入研究并揭示了电力变压器运行故障机理及特征，创新性地提出了新的电力变压器故障智能检测及诊断方法，形成了电力变压器智能化系统架构，发明了变压器智能化系统核心的一体化智能监测技术及分布式诊断方法，研发出感知运行状态信息的变压器传感网络，解决了变压器信息感知、数据传输、信号处理、故障诊断等硬件的一体化设计技术难题。

（2）提出了变压器多种信息智能感知新方法，研制了局部放电超高频信号、油中溶解气体、绕组暂态电压与套管绝缘参数等多种状态参数的无线智能传感器。发明了变压器冷却与滤油系统的在线智能控制技术。

（3）提出了提高变压器状态信息可信度的方法，开发了融合状态信息、统计数据和老化程度等多源信息的电力变压器健康指数综合评估系统，如电气设备状态在线监测与故障诊断分析系统、电气设备绝缘综合在线监测系统、电力设备智能综合处理装置等，解决了多源信息无法进行关联分析和融合评估的技术难题，提高了运行变压器状态准确评估的可靠性、有效性及实用性。

项目六、高稳定性植物绝缘油关键技术及应用

项目简介：

植物绝缘油具有高燃点、可再生、可降解、无毒害的特点，是一种环保型液体电介质。欧美在上世纪90年代研制出植物绝缘油商业化产品，至2006年，美国Cooper电力的FR3植物绝缘产品已在上万台配电变压器中应用，处于市场垄断地位，但价格昂贵，国内难以普遍应用。

由于我国电力行业缺乏新型植物绝缘油的研究经验，面临着大量的难点问题亟待解决，主要涉及三个方面：（1）需要解决植物绝缘油击穿电压低、介质损耗与运动粘度高、抗氧化能力差的问题，研制出一种高稳定性的植物绝缘油；（2）需要揭示水分和杂质等因素对植物油纸绝缘击穿特性的影响规律，建立植物油纸绝缘在多因素下的寿命模型；（3）植物绝缘油与矿物绝缘油具有本质的差异，已有标准的油中溶解气体分析方法无法适用于植物绝缘油变压器的故障诊断，需要在大量的试验研究和理论分析基础上建立新的植物绝缘油中特征气体评估方法。本成果针对上述问题：

1.主要技术的创新点体现在以下4个方面：

（1）在植物绝缘油批量制备工艺和方法上取得突破，发明了我国首套植物绝缘油批量生产成套设备。在实验室研究成果的基础上，发明了植物绝缘油批量多次碱炼和深度吸附工艺及方法，研制出我国首套年产300吨植物绝缘油的中试生产线和年产1500吨植物绝缘油成套设备，并投入产业化批量生产，油品各项指标达到预期要求。

（2）发明了高稳定性植物绝缘油性能调控技术和制备工艺方法，发明了高稳定性山茶籽、菜籽绝缘油，在提高植物绝缘油氧化安定性、降低油品介质损耗与凝点方面取得突破，技术指标显著优于国外产品先进水平。

（3）高稳定性植物绝缘油制备工艺方法及复合抗氧化剂：发现了植物绝缘油中脂肪酸、酚类抗氧化剂、金属减活剂等含量对油品氧化稳定性的影响规律，发明了植物绝缘油制备工艺方法以及基于多种酚类抗氧化剂和金属减活剂的抗氧化剂复配技术，发明了高稳定性山茶籽和菜籽植物绝缘油，新油主要理化与介电性能指标与国外同类产品先进水平，其中击穿电压（85kV/2.5mm）、介质损耗（1.48%/90℃）、起始氧化温度（210℃）等三个主要指标显著优于国外同类产品水平。

（4）高稳定性植物绝缘油单分散纳米添加剂：发现了纳米粒径与表面活性剂对纳米液体电介质陷阱深度的影响规律，在此基础上调控纳米四氧化三铁粒径与表面活性剂厚度，发明了具有分散性且性能稳定的四氧化三铁改性纳米植物绝缘油，解决了纳米粒子在液体电介质中难以分散稳定的问题。

2.关键技术体现在以下4个方面：

（1）发明了植物绝缘油量产的多次碱炼和深度吸附技术，解决了量产油品脱酸和介质损耗难以降低的问题，研制出我国首套具有全部自主知识产权的年产1500吨植物绝缘油量产成套设备。

（2）发明了抗老化的混合绝缘油，设计了植物绝缘油变压器内部结构。

本成果建立了植物油浸纸电、热老化的寿命模型，提出一种抗老化混合绝缘油的制备方法，调整变压器内部绝缘结构增加变压器散热性能和使用寿命，取得的创新性成果有：

（a）提出了植物绝缘油浸纸热老化寿命模型，揭示了植物油浸纸比矿物油浸纸具有更高的电、热老化特性；建立了植物油浸纸电、热老化的寿命模型与水解动力学模型，揭示了绝缘纸剩余寿命随水解老化程度变化的规律；发明了一种矿物油-天然酯混合绝缘油，发现自然酯分子与纤维素发生酯化反应生成的酯基、水分向植物油中迁移是延缓绝缘纸纤维素老化根本因素。

（b）发现植物绝缘油-纸绝缘中热稳定纸聚合度明显高于普通纸，采用热稳定纸、增大油道及调整铁轭绝缘等技术优化植物绝缘油变压器绝缘结构，有效提高了变压器的综合性能。

（3）植物油变压器油中溶解气体分析技术及油品现场运行维护技术，解决了传统油中溶解气体分析方法误判率高和缺乏植物绝缘油现场处理手段的问题，提高了植物油变压器的运行可靠性。

（a）植物油变压器油中溶解气体分析技术：发现植物油变压器电热故障特征气体含量与矿物绝缘油变压器的具有显著差异，导致已有的变压器油中溶解气体分析方法不适用于植物油变压器故障诊断，发明了适用于植物绝缘油故障诊断的改进杜威三角形分析技术，建立了以H 、CH 和CH 及H 、CH 和CH 为特征量的电、热故障诊断模型，并定义了新的故障边界条件，改进杜威三角形技术诊断正确率从59%提高到87%。

（b）植物油变压器运维技术：通过大量油品劣化特性的试验研究，发明了以酸值、粘度、水分和介质损耗为关键指标的植物绝缘油劣化程度评估技术，发明了以复合过滤微分净化滤芯为关键技术的吸滤一体化植物绝缘油离线及在线处理技术和成套设备，填补了植物油变压器现场运维技术的空白。

（c）基于以上关键技术发明，开发出10kV、35kV两个电压等级绿色高效植物油配电变压器系列新产品，发明了2套植物绝缘油批量生产线和1套植物油纸绝缘及部件电热老化试验平台，为植物油变压器绝缘系统设计和安全运行提供了基础数据。