項目一：基于過渡金屬基化合物的高能量密度超級電容器研發(fā)

項目簡介：

超級電容器是一種新型綠色儲能器件，擁有比功率大、充放電效率高，壽命長等優(yōu)點，在低碳經濟時代展現出巨大應用前景，已經被廣泛應用于電子產品、電動汽車、混合電動汽車、無線通訊設施、信號監(jiān)控、太陽能及風力發(fā)電等領域。開發(fā)具有高能量、高循環(huán)性和低成本的超級電容器是該領域未來重要研究之一。電極材料作為超級電容器的核心組成部分，對其儲能性能有著至關重要的影響，而具有高理論容量、低價格的過渡金屬基化合物（Fe、Co、Ni）是實現高容量、低成本超級電容器首選的電極材料。以過渡金屬基化合物為主要研究對象，對其組分及結構進行了調控，通過儲能性能測試及儲能機理分析，為開發(fā)高性能、低成本的活性電極材料提供實驗依據。這一研究的開展，給組裝超高能量密度的超級電容器并使其從實驗室走向我們的日常生活帶來了新的前景。

關鍵技術：

（1）電極材料的制備：超級電容器是介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能裝置，雖然其具有很高的功率密度，但是相對于二次電池，超級電容器的能量密度較低，這對于其實際應用是一個很重要的限制因素，因此開發(fā)具有高比電容的正負極材料是這一新型儲能器件能否進入人們實際生產生活的重要因素之一。

（2）端電壓波動范圍大：超級電容的端電壓在充放電過程中會不斷地上升或下降。因而，為了穩(wěn)定電壓，在工作中需要在超級電容與負載之間配置一個電壓適配器，這將帶來系統(tǒng)的結構復雜、成本上升和能量轉化效率下降等問題。

（3）串并聯問題：超級電容的能量密度較小，因此一般需要將超級電容器進行串并聯組合后使用。由于器件參數的差異，會造成串聯單體電容電壓在工作過程中的不一致。因此，對于單體超級電容器的工藝參數的控制是該技術在實際應用時非常重要的一點。

創(chuàng)新點：

（1）采用水熱和離子交換兩步法，可控制備了鎳鈷基-ⅥA族化合物，并揭示了比容量和倍率性能之間的關系。

（2）首次組裝了NiCo S 納米片//FeOOH納米棒超級電容器原型器件，證實了正負極不同儲能機理和容量的合理匹配對器件功率密度和能量密度的影響。

（3）首次理論分析了水熱硫化Co O 得到的CoS比電容更高的原因，并成功組裝了具有超高能量密度（80 Wh kg ）的超級電容器（CoS//nanoporous carbon）。

項目二、相變蓄熱水箱和相變蓄熱太陽能通風系統(tǒng)

項目簡介：

相變儲能材料技術是近年來蓄能領域和新材料領域新興的研究熱點，該技術對建筑節(jié)能、解決能源緊張有著重要的應用價值。相變儲能技術在建筑中有著廣泛的應用，對于太陽能供熱系統(tǒng)，由于太陽能具有間斷性與能量密度低的特點，不能連續(xù)穩(wěn)定的提供熱量，限制了太陽能的大面積使用，為了蓄存不穩(wěn)定的太陽能，常以蓄熱水箱為蓄熱設備，水為蓄熱介質來維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，從而使得蓄熱水箱需要放置在一個特定的房間中，占用了寶貴的建筑面積。本成果所涉及的模塊化相變箱及其構成的相變蓄能系統(tǒng)，其通過采用設置多個獨立腔體的技術能同時實現蓄熱和末端供熱的目的，同時，在達到同樣存儲熱量的情況下能減少傳統(tǒng)蓄熱水箱體積，還能增大蓄熱水箱運行時長，減少輔助能源設備能耗；水箱中所用相變材料相變潛熱大，在相變溫度附近蓄放熱溫度穩(wěn)定，采用封裝成板片形式的技術放置于普通蓄熱水箱中，將時間和空間上分布不均不穩(wěn)定的太陽能轉化成穩(wěn)定的熱能儲存在相變材料中，可以有效增大太陽能能源利用率。

太陽能通風煙囪（Solar Chimney，SC）作為世界上最豐富、最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉促Y源—太陽能的被動利用技術之一，因其具有降低建筑通風與空調能耗、改善室內空氣品質及能源資源可再生等優(yōu)點而廣泛應用于生態(tài)建筑設計中，是生態(tài)與節(jié)能建筑研究中的一個熱點。但是傳統(tǒng)太陽能煙囪一直存在著蓄熱能力差、工作不穩(wěn)定的缺點，在沒有太陽輻射的時段無法運行。本團隊成果創(chuàng)新點在于將相變材料與傳統(tǒng)太陽能煙囪相耦合，相變材料是替代傳統(tǒng)蓄熱介質的最佳選項，與顯熱蓄能相比，相變蓄熱是種潛熱蓄能模式，具有蓄能密度高，體積小，溫度變化小，相變溫度選擇范圍寬，易于控制等優(yōu)點。相變材料耦合太陽能煙囪可以有效提高煙囪本身的蓄熱能力，將多余的太陽能貯存起來，在沒有太陽輻射時使用，從而有效延長了太陽能煙囪的工作時間。

項目三、變壓器繞組材質鑒別儀

項目簡介：

基于賽貝克效應對銅鋁繞組材質進行無損鑒別，屬國內首創(chuàng)。利用加熱首端后銅、鋁繞組熱電勢的差異實現繞組材質無損檢測。無損檢測儀集成測試、采集、判別功能，通過設計的加熱模塊對變壓器低壓側一相導電桿或銅排加熱，通過設計的測量夾及傳感器對溫度、熱電勢型號進行測量采集，通過信號處理模塊對溫度、熱電勢信號進行處理計算，得到繞組真實熱電勢，并與所設置的判斷閾值進行比對，鑒別繞組材質。

市場及經濟效益分析：

在配電變壓器繞組材質鑒別應用領域，目前行業(yè)通用鑒別方法為吊罩、拆解檢測，損壞變壓器繞組絕緣，且操作復雜，成本較高。市場上暫無有效的配電變壓器繞組無損檢測設備?；赟eebeck效應的變壓器繞組材質鑒別方法及無損鑒別儀均屬國內首創(chuàng)，在重慶、云南、廣州等多地對大量配電變壓器進行檢測，結果證明該檢測儀能在不拆解變壓器的情況下對變壓器繞組材質進行快速鑒別。鑒于變壓器繞組材質鑒別在出廠檢查、質檢等方面均有需求，該無損鑒別儀具有較好的產業(yè)化前景。

項目四、大功率風電機組健康狀態(tài)監(jiān)測與評估關鍵技術及應用

項目簡介：

在國家、省部級科技項目支持下，研發(fā)團隊歷時8年攻克了前述難題，提出了2類關鍵部件特征參數提取方法，形成了3種狀態(tài)監(jiān)測與評估系統(tǒng)新產品，實現了3項重大突破與創(chuàng)新：①提出了機、電、熱多耦合特征參數和動態(tài)閾值提取方法。研發(fā)了電流故障特征的葉輪不平衡狀態(tài)監(jiān)測技術，提出變流器功率模塊熱應力疲勞特征參數及關鍵傳感器故障觀測模型，形成了特征參數動態(tài)閾值確定方法。②研發(fā)了關鍵部件劣化度概率評估及壽命預測技術。基于數據挖掘手段，提出了機械關鍵部件劣化狀態(tài)評估概率分析和實時壽命預測方法；基于功率模塊疲勞失效機理，形成了變流器功率模塊平均故障間隔時間評估體系，研發(fā)了多時間尺度累積效應的變流器運行可靠性評估技術。③研發(fā)了風電場整機多層次健康狀態(tài)評估技術。形成了風電機組多層次評估指標體系，提出了風電機組監(jiān)測參數異常識別方法，研發(fā)了風電機組整機健康狀態(tài)評估技術。

項目五、大型電力變壓器智能化關鍵技術及應用

項目簡介：

電力變壓器是電網能量傳輸的樞紐和核心，其安全運行是保障電網安全的第一道防御系統(tǒng)。本項目針對電力變壓器運行安全持續(xù)開展變壓器智能化關鍵技術及應用研究：

（1）深入研究并揭示了電力變壓器運行故障機理及特征，創(chuàng)新性地提出了新的電力變壓器故障智能檢測及診斷方法，形成了電力變壓器智能化系統(tǒng)架構，發(fā)明了變壓器智能化系統(tǒng)核心的一體化智能監(jiān)測技術及分布式診斷方法，研發(fā)出感知運行狀態(tài)信息的變壓器傳感網絡，解決了變壓器信息感知、數據傳輸、信號處理、故障診斷等硬件的一體化設計技術難題。

（2）提出了變壓器多種信息智能感知新方法，研制了局部放電超高頻信號、油中溶解氣體、繞組暫態(tài)電壓與套管絕緣參數等多種狀態(tài)參數的無線智能傳感器。發(fā)明了變壓器冷卻與濾油系統(tǒng)的在線智能控制技術。

（3）提出了提高變壓器狀態(tài)信息可信度的方法，開發(fā)了融合狀態(tài)信息、統(tǒng)計數據和老化程度等多源信息的電力變壓器健康指數綜合評估系統(tǒng)，如電氣設備狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷分析系統(tǒng)、電氣設備絕緣綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)、電力設備智能綜合處理裝置等，解決了多源信息無法進行關聯分析和融合評估的技術難題，提高了運行變壓器狀態(tài)準確評估的可靠性、有效性及實用性。

項目六、高穩(wěn)定性植物絕緣油關鍵技術及應用

項目簡介：

植物絕緣油具有高燃點、可再生、可降解、無毒害的特點，是一種環(huán)保型液體電介質。歐美在上世紀90年代研制出植物絕緣油商業(yè)化產品，至2006年，美國Cooper電力的FR3植物絕緣產品已在上萬臺配電變壓器中應用，處于市場壟斷地位，但價格昂貴，國內難以普遍應用。

由于我國電力行業(yè)缺乏新型植物絕緣油的研究經驗，面臨著大量的難點問題亟待解決，主要涉及三個方面：（1）需要解決植物絕緣油擊穿電壓低、介質損耗與運動粘度高、抗氧化能力差的問題，研制出一種高穩(wěn)定性的植物絕緣油；（2）需要揭示水分和雜質等因素對植物油紙絕緣擊穿特性的影響規(guī)律，建立植物油紙絕緣在多因素下的壽命模型；（3）植物絕緣油與礦物絕緣油具有本質的差異，已有標準的油中溶解氣體分析方法無法適用于植物絕緣油變壓器的故障診斷，需要在大量的試驗研究和理論分析基礎上建立新的植物絕緣油中特征氣體評估方法。本成果針對上述問題：

1.主要技術的創(chuàng)新點體現在以下4個方面：

（1）在植物絕緣油批量制備工藝和方法上取得突破，發(fā)明了我國首套植物絕緣油批量生產成套設備。在實驗室研究成果的基礎上，發(fā)明了植物絕緣油批量多次堿煉和深度吸附工藝及方法，研制出我國首套年產300噸植物絕緣油的中試生產線和年產1500噸植物絕緣油成套設備，并投入產業(yè)化批量生產，油品各項指標達到預期要求。

（2）發(fā)明了高穩(wěn)定性植物絕緣油性能調控技術和制備工藝方法，發(fā)明了高穩(wěn)定性山茶籽、菜籽絕緣油，在提高植物絕緣油氧化安定性、降低油品介質損耗與凝點方面取得突破，技術指標顯著優(yōu)于國外產品先進水平。

（3）高穩(wěn)定性植物絕緣油制備工藝方法及復合抗氧化劑：發(fā)現了植物絕緣油中脂肪酸、酚類抗氧化劑、金屬減活劑等含量對油品氧化穩(wěn)定性的影響規(guī)律，發(fā)明了植物絕緣油制備工藝方法以及基于多種酚類抗氧化劑和金屬減活劑的抗氧化劑復配技術，發(fā)明了高穩(wěn)定性山茶籽和菜籽植物絕緣油，新油主要理化與介電性能指標與國外同類產品先進水平，其中擊穿電壓（85kV/2.5mm）、介質損耗（1.48%/90℃）、起始氧化溫度（210℃）等三個主要指標顯著優(yōu)于國外同類產品水平。

（4）高穩(wěn)定性植物絕緣油單分散納米添加劑：發(fā)現了納米粒徑與表面活性劑對納米液體電介質陷阱深度的影響規(guī)律，在此基礎上調控納米四氧化三鐵粒徑與表面活性劑厚度，發(fā)明了具有分散性且性能穩(wěn)定的四氧化三鐵改性納米植物絕緣油，解決了納米粒子在液體電介質中難以分散穩(wěn)定的問題。

2.關鍵技術體現在以下4個方面：

（1）發(fā)明了植物絕緣油量產的多次堿煉和深度吸附技術，解決了量產油品脫酸和介質損耗難以降低的問題，研制出我國首套具有全部自主知識產權的年產1500噸植物絕緣油量產成套設備。

（2）發(fā)明了抗老化的混合絕緣油，設計了植物絕緣油變壓器內部結構。

本成果建立了植物油浸紙電、熱老化的壽命模型，提出一種抗老化混合絕緣油的制備方法，調整變壓器內部絕緣結構增加變壓器散熱性能和使用壽命，取得的創(chuàng)新性成果有：

（a）提出了植物絕緣油浸紙熱老化壽命模型，揭示了植物油浸紙比礦物油浸紙具有更高的電、熱老化特性；建立了植物油浸紙電、熱老化的壽命模型與水解動力學模型，揭示了絕緣紙剩余壽命隨水解老化程度變化的規(guī)律；發(fā)明了一種礦物油-天然酯混合絕緣油，發(fā)現自然酯分子與纖維素發(fā)生酯化反應生成的酯基、水分向植物油中遷移是延緩絕緣紙纖維素老化根本因素。

（b）發(fā)現植物絕緣油-紙絕緣中熱穩(wěn)定紙聚合度明顯高于普通紙，采用熱穩(wěn)定紙、增大油道及調整鐵軛絕緣等技術優(yōu)化植物絕緣油變壓器絕緣結構，有效提高了變壓器的綜合性能。

（3）植物油變壓器油中溶解氣體分析技術及油品現場運行維護技術，解決了傳統(tǒng)油中溶解氣體分析方法誤判率高和缺乏植物絕緣油現場處理手段的問題，提高了植物油變壓器的運行可靠性。

（a）植物油變壓器油中溶解氣體分析技術：發(fā)現植物油變壓器電熱故障特征氣體含量與礦物絕緣油變壓器的具有顯著差異，導致已有的變壓器油中溶解氣體分析方法不適用于植物油變壓器故障診斷，發(fā)明了適用于植物絕緣油故障診斷的改進杜威三角形分析技術，建立了以H 、CH 和CH 及H 、CH 和CH 為特征量的電、熱故障診斷模型，并定義了新的故障邊界條件，改進杜威三角形技術診斷正確率從59%提高到87%。

（b）植物油變壓器運維技術：通過大量油品劣化特性的試驗研究，發(fā)明了以酸值、粘度、水分和介質損耗為關鍵指標的植物絕緣油劣化程度評估技術，發(fā)明了以復合過濾微分凈化濾芯為關鍵技術的吸濾一體化植物絕緣油離線及在線處理技術和成套設備，填補了植物油變壓器現場運維技術的空白。

（c）基于以上關鍵技術發(fā)明，開發(fā)出10kV、35kV兩個電壓等級綠色高效植物油配電變壓器系列新產品，發(fā)明了2套植物絕緣油批量生產線和1套植物油紙絕緣及部件電熱老化試驗平臺，為植物油變壓器絕緣系統(tǒng)設計和安全運行提供了基礎數據。