石墨烯及改性超级电容器用活性炭项目可行性研究报告文档格式.docx
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建、构筑物一览表
序号
名称
数量
层数
单层面积
建筑面积（m2）
结构形式
1
联合生产车间
2
5
2000
20000
砖混
仓库
4000
3
综合办公楼
1250
6250
4
倒班宿舍及食堂
6
道路及路面规划
15000
7
绿化
10966
9
32466
62466
本第一期项目主要建构筑物包括联合生产车间、库房、综合办公楼、倒班宿舍等，单层平面建筑面积32466平方米，总建筑面积62466平方米。
1.1.5.项目核心技术
Ø
项目方拥有国际领先的石墨烯生产应用技术
1）自有的一种大量制备可干燥保存可溶液处理的单层石墨即石墨烯的制备方法，原料为常用的石墨和普通化学品，操作简便，易于放大。
作为原料供应保证质量和数量，为石墨烯的大规模应用提供了基础。
2）自有的石墨烯活性炭复合技术，利用液相法将石墨烯和活性炭复合到一起。
将石墨烯的比表面积和超强到电性发挥出来，大幅提高原有活性炭的性能，制备出石墨烯改性超级电容用活性炭材料。
项目方核心技术的优点
第一章本项目采用公司自有的大量制备可干燥保存、可溶液处理的单层石墨即石墨烯的制备方法。
原料为常用的石墨和普通化学品，操作简便，易于放大。
解决了石墨烯材料价格高昂，没有规模产量无法进入工业化应用领域的问题。
为石墨烯的的大规模应用提供了基础。
利用石墨烯的超级导电性和超大的比表面积解决了传统活性炭材料用在电极上不能再提高储电性能的问题。
成套设备除解决了石墨烯液相法复合到超级电容用活性炭材料的工业方法，并能在常温下对二次活化活性炭材料。
成套设备符合清洁生产要求。
第二章本项目制备的石墨烯品质有保障。
自制备的石墨烯拥有单层率高（单层率达到99%）、缺陷少，可以长期干燥保存。
可以配制成各种溶液利于与其他材料复合。
原材料是天然石墨来源广泛，是工业方法制备可以放大生产。
使石墨烯工业化应用成为可能，促进高新材料的推进，促进产业发展。
第三章石墨烯改性超级电容用活性炭材料有良好的技术性能：
●循环寿命长：
石墨烯改性超级电容由于其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，没有“记忆效应”，可以反复充放电数十万次，是锂离子电池的500倍，是镍氢和镍镉电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年；
●高效：
大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%。
●电荷容量大：
超级电容是从石墨烯改性的多孔碳基电极材料得到其储存电荷面积的，这种材料的多孔结构使它每克重量的表面积可达2000平方米。
而超级电容中的电荷分隔的距离是由电解质中离子的大小决定的，其值小于1纳米。
所以，巨大表面积加上电荷之间非常小的距离，使得同体积的超级电容可以有很大的储存电量，容量范围通常0.1F-1000F，而且超级电容可以串并联组成成超级电容模组，可耐压储存更高容量。
●功率密度高：
可达300W/KG-5000W/KG，相当于电池的5-10倍。
一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上；
●充电速度快：
充电10秒-10分钟可达到其额定容量的95%以上；
●工作温度宽泛：
范围为-40℃-+70℃，而一般电池是-20℃-60℃。
第四章石墨烯工业化生产的意义
随着石墨烯可以批量化工业化大规模生产解决了石墨烯材料价格高昂，没有规模产量无法进入工业化应用领域的问题。
它所具有的非凡属性，向世界展示了量子物理学的奇妙。
不仅带来了一场材料革命，而且将极大地促进如汽车、高分子材料和催化剂行业的发展。
5、石墨烯改性超级电容用活性炭材料生产的意义
石墨烯改性电容用活性炭规模化生产工艺，能够提供给现有的超级电容器生产厂商在不改变生产工艺和流程的情况下，大幅提高原有超级电容产品40%以上电容存储量，且价格大大低于同类产品。
具有划时代的意义，从而真正实现了节能环保、低碳经济。
1.2.可行性研究报告编制依据
1、原国家计委发布的《投资项目可行性研究指南（试用版）》。
2、国家发改委、建设部《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）。
3、国家、地方经济和社会发展规划及行业部门的发展规划。
4、项目承办单位提供的有关基础数据、资料。
1.3主要技术经济数据
本项目分两期：
一期项目总投资2亿元。
建设投资为19071元，占总投资的95.35%；
流动资金为990万元，占总投资的5.30%。
本项目财务部分仅对一期投资做出分析。
项目建设周期为1年半，2013年7月开始建设，2014年12月起投产。
项目建成达产后，年可实现销售收入100000万元，年均税后利润总额23530万元，年均税金9883万元。
经财务预测表明：
项目全部投资税后内部收益率为25.92%，税后动态回收期为4.74年（含建设期），税后财务净现值为45177万元，经济指标超过行业平均值，盈亏平衡点42%，具有较强的盈利能力和抗风险能力。
各项经济指标计算表明，项目有较好的经济效益，在财务上是可行的。
主要技术经济指标详见下表。
技术经济评价表单位：
万元
数值
单位
备注
项目总投资
20061
货币单位均为人民币，下同
1.1
固定资产投资
19071
1.2
流动资金
990
资金来源
2.1
自筹资金
20061
2.2
银行贷款
销售收入
100000
达产年
总成本费用
56592
销售税金及附加
2040
利润总额
31373
所得税
7843
8
税后利润
23530
投资利润率
156%
10
销售利润率
23.53%
11
投资利税率
49.27%
12
全部投资财务内部收益率
12.1
所得税后
25.92%
12.2
所得税前
34.07%
13
全部投资财务净现值
13.1
60236
13.2
45177
14
全部投资回收期
静态
14.1
4.74
年
含建设期
14.2
3.96
15
盈亏平衡点
41.92%
1.4结论及建议
结论
项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。
本项目符合国家产业政策，建成后将全面推进区域高新材料和新能源建设，有利于产业结构调整和优化。
符合行业发展规划及地方的发展需要，拟选工艺技术成熟、可靠，配套设备节能环保，社会和环境影响效益显著。
公司管理规范，资金实力和筹措能力较强，能够保证该项目的顺利实施。
所以，本项目技术上可行，经济上合理。
项目建设是必要的、可行的。
建议
1、建议公司加快项目的立项、报批工作，尽早进入项目建设阶段，早日建成投产。
2、超级电容器用活性炭目前处于国际上垄断，本项目建成投产可以打破国际上大公司的垄断，树立民族自有品牌。
复合国家新能源新材料建设低碳环保的产业要求。
2.
项目建设背景及必要性
2.1.项目建设背景
2.1.1.石墨烯售价高昂，产量微小工业化应用困难
由于石墨烯尚未形成真正的产业化，国际售价非常高（5000元/克以上），超过黄金价格的十几倍左右，造成了石墨烯在下游应用中的接受度受限，对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究使用。
但各国都在针对石墨烯的制备进行积极的探索，也不断的有新的制备方法出现。
据业务专家分析，虽然国内还没有一家真正实现石墨烯规模化生产的企业，但相关技术产品研发进度迅猛，如北京大学、清华大学、上海交通大学等院校以及中国科学院国家纳米科学中心等科研机构都在紧锣密鼓地进行着石墨烯制备技术的深入研究。
预计到2015年，我国将真正实现石墨烯产品的产业规模化。
2.1.2.国内国际超级电容器应用数量速度增长，超级电容器的的能量密度和使用寿命急需提高
据统计：
2010年，全球钮扣型超级电容器产业规模为10.2亿美元，卷绕型和大型超级电容器产业规模为34.8亿美元，超级电容器产业总规模为45亿美元，同比增长45%；
2012年全球钮扣型超级电容器产业规模为15.3亿美元，卷绕型和大型超级电容器产业规模为为52.2亿美元，超级电容器产业总规模为67.5亿美元，同比增长50%。
其中全部是碳基超级电容器的电极材料由碳材料构成。
其中超级电容用活性炭材料占成本的30%。
所有活性炭材料都是采用日本可乐利公司和韩国PCT公司生产的活性炭材料。
近些年，随着新能源节能减排的要求国内超级电容应用迅猛发展，2011年，中国超级电容器产业总规模达到3.9亿元人民币，较2010年的2.48亿元增长57.2%，其中，纽扣型超级电容器为4千万元，卷绕型和大型超级电容器为3.5亿元。
20116年产业总规模达到5.7亿元人民币，增速高达46.2%。
其中，钮扣型超级电容器市场规模为9千万元，卷绕型和大型超级电容器为4.8亿元。
2007年产业总规模达到8.6亿元人民币，增速高达50%。
其中，钮扣型超级电容器市场规模为1.4亿元，卷绕型和大型超级电容器为7.2亿元。
2012年产业总规模可达13.3亿元人民币，增速可达55%。
其中，钮扣型超级电容器市场规模可达2.1亿元，卷绕型和大型超级电容器市场规模可达11.2亿元。
但是超级电容器依然无法在存储能量密度方面完全满足需要。
这样就无法用超级电容这种低污染大能量密度的器件完全替代现在有化学污染的电化学电池。
这里面主要问题就是超级电容器储能用活性炭性能不能满足超强电容器的要求。
2.1.3.石墨烯材料应用现状
石墨烯是一种单层的由碳原子构成的单层碳纳米材料，是一种基础材料尚未形成真正的产业化，国际售价非常高（5000元/克以上），超过黄金价格的十几倍左右，造成了石墨烯在下游应用中的接受度受限，对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究使用。
石墨烯作为基础材料无法满足真正的大工业生产的原料需求，虽然现在科研涉及了82个领域的应用但是对所有的下游产业化应用造成了诸多的限制。
2.1.4.超级电容器（超级活性炭）应用的现状
超级电容器（超级活性炭）可以用作消费电子产品的备用电源，超级电容储能的无线鼠标等电子产品已经大量走入市场，长期来看具有广阔的市场空间。
在新能源发电领域的应用通过附加储能设备，既可以调节无功功率、稳定风电场母线电压，又能在较宽范围内调节有功功率。
而风力发电研究表明位于0.01Hz-1Hz的波动功率对电网电能质量的影响最大，平抑该频段的风电波动对电网电能质量的影响最大，平抑该频段风电波动采用较短时间的能量储存就可以达到目的，因此能够实现短时能量存储的小容量储能设备对风力发电的应用价值很高。
超级电容器因其具有数万次以上的充放电循环寿命、大电流充放电特性，能够适应风能、太阳能的大电流波动，它能在白天阳光充足或风力强劲的条件下吸收能量，在夜晚或风力较弱时放电，从而能够熨平风电、太阳能光伏发电的波动，实现更有效的并网。
因此，在新能源供应系统中采用超级电容器组将使其并网发电更具有可行性。
分布式储能系统的应用，电能作为商品，电能质量自然就成为其重要的特征参数。
IEEE给出电能质量问题的一般解释为：
在供电过程中导致电气设备出现误操作或故障损坏的任何异常现象。
电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量，涉及到电压、频率、波形和三相平衡等方面的用电可靠性、连续性、可操作性等方面。
目前，美国西屋电气公司、德国西门子公司、日本三菱电气公司、瑞典ABB公司等各大电力设备制造商都制造出相应的产品。
电压是电能质量的重要指标之一，影响电能质量的电压干扰，主要包括电压偏移、三相不平衡、电压波动与闪变、电压的谐波分量、电压跌落和瞬时断电等。
在提高电能质量的过程中，储能系统正起着越来越大的作用。
根据容量大小的区别，储能系统的主要作用也各有不同。
（1）大型储能系统：
主要用作电力网的可调节发电电源，对电力网进行控制和调节，如频率控制、备用容量控制、动态快速响应、削峰填谷调平负荷以及防止系统解列和瓦解等。
（2）中型储能系统：
主要用于大功率远距离输变电系统，其主要功能有提高输电稳定性、维持电压稳定、抑制谐波、调节负荷等。
（3）小型储能系统：
主要用于调节电能质量和提高供电可靠性，其主要功能有电压控制、抑制电压波动与闪变、抑制电压下跌、瞬时断电供电等。
超级电容器的电容量很大；
与普通电容器相比具有很高的能量密度，一般可达20-70MJ/立方米；
漏电流很小，具有电压记忆功能，电压保持时间长；
充放电性能好，且无需限流和充放电控制回路，不受充电电流的限制，可快速充电，通常十几秒即可；
使用温度范围广，可达-40-85℃，而电池仅为0-40℃。
超级电容器的功率密度高，其储能系统可以在短时间内将能量迅速释放出来，而且使用寿命长、效率高，在这些方面的性能优于其他几种储能系统。
随着超级电容器制造工艺的不断发展，未来有望在配电网中维持电压稳定、抑制电压波动与闪变、抑制电压下跌和瞬时断电供电等方面发挥重要作用。
超级电容器储能系统的接入方式采用并联的方式，即并联在配电网系统和负荷之间。
一旦出现电压的异常变化，超级电容器可以通过迅速释放能量和储存能量的方式来消除电压异常变化对整个电网系统及负荷的影响。
电网系统通过整流器和逆变器来实现与超级电容器储能系统的连接。
综合上述分析，超级电容器储能系统能大幅优化电能的暂态响应性能。
智能分布式电网系统理想的供电电压应该是纯正弦波形，具有标称的幅值和频率。
然而，由于供电电压的非理想性、线路的阻抗、供电系统所承受的各种扰动、负荷的时变性与非线性等，供电电压常常呈现各种各样的电能质量问题。
电压型电能质量问题通常表现为幅值或波形的异常：
电压暂降、三相不平衡、电压波动与闪变、谐波及频率变动等。
在所有的这些电能质量问题中，电压暂降和电压短时中断对用电设备所造成的危害尤其严重，短短几个周期的电压暂降都可能严重影响设备的正常工作。
在能源产生过程不稳定的情况下，需要一个缓冲器来存储能量。
在能源产生的过程是稳定的而需求是不断变化的情况下，也需要使用储能装置。
燃料电池与风能或太阳能不同，只要有燃料，它就能够持续输出稳定的电能。
然而，负荷需求随着时间的变化有很大的不同。
如果没有储能装置，燃料电池就要做得很大以满足峰值能量需求，成本显得过高。
通过将过剩的能量存储在储能装置中，就可以在短时间内通过储能装置提供所需的峰值能量。
在分布式电网系统中，电力系统的暂态冲击在所难免，而超级电容器的优越性能，使其可以降低暂态冲击对整个系统性能的影响。
因此，在未来的智能分布式电网系统中，超级电容器组储能系统必不可少。
过去主要是生产再生胶。
由于我国废旧轮胎中斜交胶胎占有相当大的比例，废旧斜交胎主要用来生产再生胶。
最近国内也能用全钢子午胎制造再生胶，国内再生胶的年产能已达100万吨左右。
新能源汽车中的应用
电动汽车对动力电池的性能指标要求如下：
（1）体积小、重量轻、贮存能量密度高，使电动汽车的一次充电续驶里程长；
（2）功率密度高，使电动汽车的加速性能和爬坡性能好；
（3）能够快速启动和运行，可靠性高；
（4）循环次数高，使用寿命长；
（5）环境适应性强，能在一定湿度下正常工作，抗振动冲击性能好；
（6）环保性能好，无二次污染，并有可再生利用性；
（7）维修方便，保养费用低；
（8）安全性好，能够有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸；
（9）价格低，经济性好；
（10）燃料储存、处理和输送方便，能够利用现有的燃油加油系统。
传统混合动力汽车需具有适当能量的高功率电池或超高功率电池，相对而言，对容量的要求却不高。
因此，传统混合动力汽车采用镍氢电池即可满足其性能要求。
超级电容器与磷酸铁锂电池具有互补性，两者组合成复合能源是中短期内的首选。
通过2009年8月颁布的《德国国家电动汽车发展计划》，我们发现德国政府将超级电容器与锂离子电池的研发放在同等重要的地位。
只有当锂离子电池的技术已经能够达到较高的能量密度、较高的功率密度和较高的循环寿命的情况下，才可能单独采用锂离子电池作为电动汽车的动力源。
运动控制领域在现代高层建筑中，电梯的耗能仅次于空调。
以往的电梯采用机械制动的方法，将这部分能量以热的形式散发掉，这不但浪费，而且多余热量使机房温度升高，增加散热的负担和成本。
如果能够回收多余的动能及势能，电梯系统真正消耗的能量就只限于电能转换中的损耗和机械损耗，其中主要包括变频器、牵引电机及其机械损耗。
因此，在电梯设计、配置中最迫切需要解决的问题是要全面考虑节能措施。
采用节能环保型电梯是未来节能建筑领域的必然趋势。
通过分析电梯系统的运动特性，我们可以发现节能的方向：
电梯在升降过程结束时，经常会有制动刹车，产生巨大的制动电流，这是可以回收的；
另外，在建筑高层，电梯和电梯使用者都具有很大的势能，也可以进行回收。
由于超级电容器具有大电流充放电等优良的特性，可在电梯系统中作为能量回收装置回收能量。
超级电容器还可以应用于建筑领域的通风、空调、给排水系统中，作为启动装置。
另外，超级电容器还可以应用于电站、变流以及铁路系统中，包括电磁阀门控制系统、配电屏分合闸、铁路的岔道控制装置等。
作为能源最大消耗者之一的港口机械设备，港口机械如场桥、岸桥中的吊具载运货物上升时需要很大的能量，而下降时自动产生的势能很大，这部分势能在传统机械设备中没有得到合理利用。
除了在固定港口机械设备中，在流动机械中也同样存在上述问题。
通过采用超级电容器，能够实现上升过程中的制动能量回收，下降过程中的势能回收。
现代轨道车辆一般在直流电网中运行，因此可以将再生制动能量反馈回电网，即机车在制动时将牵引电机变为发电机，将列车的动能转化为电能回馈到供电系统直流电网中去，其中很小的一部分用于自身供能，其余能量会被电网间的其他车辆所吸收，但是前提是附近有其他车辆的存在，并需要相应的能量值。
直流电网是无法完全容纳制动所产生的能量的，所以当电阻制动时，电网电压会升高，当抬升到一定程度时，机车采用电阻制动，使其剩余的能量变为热能逸散掉。
特别是在电网电压较低、电流较高、无再生变电所的直流电网中，通常只有30%-50%的制动能量能被利用。
采用超级电容器组，可以实现上述制动能量的有效回收利用，大幅提高牵引机车的总体能量效力。
超级电容器能用作飞机上柴油机启动系统工作电源的辅助电源，能提供飞机发动机瞬间所需的冲击大电流，另外还可以解决422系列电源车启动飞机瞬间功率不足的问题，从而在启动瞬间对直流电源车发电系统尤其是内燃机具有很大的保护作用。
总之，超级电容器能用于优化人类主要的运动控制系统的暂态响应性能，实现节能的目标。
超级电容器在军用设备中的应用在移动通信基站、卫星通信系统、无线电通信系统中，都需要有较大的脉冲放电功率，而超级电容器所具有的高功率输出特性，可以满足这些系统对功率的要求。
另外，激光武器也需要大功率脉冲电源，若为移动式的，就必须有大功率的发电机组或大容量的蓄电池，其重量和体积会使激光武器的机动性大大降低。
超级电容器可以高功率输出并可在很短时间内充足电，是用于激光武器的最佳电源。
另外，超级电容器还可以用于战术性武器（电磁炸弹）中，作为炸弹发电机（FCC）的核心部件。
2.2.项目建设必要性
2.2.1.新型材料的应用，促进科技发展，改善人民生活。
石墨烯的低成本大产量的工业工业化生产能够完成，将极大的促进下游产业的发展。
运用石墨烯非凡的物理化学性质电子穿过石墨烯的速度与硅相比要快得多，能制作出更敏感的传感器，电子组件，显示器，太阳能电池和氢储存设备。
美国西北太平洋国家实验室和普林斯顿大学正与一家私人公司合作研发一种高容量和能快速充电的电池。
秘诀就是在锂离子电池中添加石墨烯，提高功率和循环稳定性。
斯坦福大学研究人员表示：
基于石墨烯的照明设备将会廉价而且环保。
用石墨烯做的LECs（光电化学电池）可以取代基于金属的OLEDs（有机发光二极管），还可以取代灯具的传统金属石墨电极使之更便宜且更易回收。
中国的科研人员发现细菌的细胞在石墨烯的纸上无法生长，而人类细胞则不会受损。
利用这一点可以利用它来做绷带、食品包装甚至抗菌T恤衫。
科学界都在关注石墨烯的研究进展，这种神奇的材料一旦投入实际应用将会给人类社会带来革命性的变化。
2.2.2.新材料新能源建设符合我国国情，前景看好
石墨烯的低成本大产量的工业工业化生产能够完成将预示着我国在新材料领域处于领先地位。
带动下游周边的产业发展，运用石墨烯这种突破性的材料与原有的活性炭材料进行复合大幅提高现有超级电容器用活性炭的储能水平，以实现节约能源，绿色环保的社会发展要求。
进入21世纪后，国际国内对新型能源的需求与日俱增。
超级电容器在诸多领域如消费电子产品领域、新能源发电系统、分布式储能系统、智能分布式电网系统、新能源汽车、军用领域都有巨大的应用前景。
同时利用好超级电容器的快速充放电能力可以大幅利用在生产生活中浪费掉的能源。
就对现有的超级电容器的储能能力提出了更高的要求，能量密度要求更高。
超级电容器在很多的应用领域有巨大的应用前景，但是应用发展还受到很大的制约就是因为传统的活性炭储能材料无论是传统的木基体活性炭还是石油焦基体活性炭均不能满足超级电容器现在的储能要求，形成了产业瓶颈。
没有新材料的加入很难提升现在超级电容器的储能水平。
这个就是要求超级电容器用活性炭的储能能力更高，抗衰减能力更强。
那么随着石墨烯改性超级电容用活
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