Что такое регенеративная энергия двигателя

Что такое регенеративная энергия двигателя

Рекуперативное торможение

Рекуперати́вное торможе́ние (от лат. recuperatio «обратное получение; возвращение») — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях, где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы, гидроаккумуляторы и другие устройства. [1]

Содержание

  • 1 Использование в автомобилестроении
    • 1.1 Использование на легковых и грузовых автомобилях
    • 1.2 Использование в автоспорте
  • 2 Использование на железных дорогах
  • 3 Использование в метрополитенах
  • 4 Использование на городском общественном транспорте
  • 5 Примечания
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки

Использование в автомобилестроении [ править | править код ]

Использование на легковых и грузовых автомобилях [ править | править код ]

С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде. Наиболее распространенными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt, Honda Insight, Tesla Model S,3,X,Y, Audi e-tron

Есть отдельные случаи применения системы рекуперации в автомобиле с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива. Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от отдельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.

Система рекуперации энергии при торможении для электромобилей и электровелосипедов подвергается критике. Тормозной путь автомобиля очень мал по сравнению с проезжаемым путём и составляет от нескольких метров до несколько десятков метров (водитель обычно относительно резко тормозит у самого светофора или места назначения, или вообще подъезжает к месту назначения накатом). За такое короткое время аккумуляторы не успевают сколь-нибудь значительно зарядиться рекуперативным током, даже в городском цикле при частых торможениях. Экономия энергии за счёт рекуперации в лучшем случае составляет доли процента, и поэтому система рекуперативного торможения электромобиля неэффективна и не оправдывает усложнения конструкции. К тому же рекуперативное торможение не освобождает от необходимости обычной колодочной тормозной системы, так как на малых оборотах двигателя в режиме генератора его противо-ЭДС мала и недостаточна для полной остановки автомобиля. Также рекуперативное торможение не решает проблему стояночного тормоза (за исключением искусственного динамического удержания ротора на месте, на что расходуется значительная энергия). В современных электромобилях имеется возможность настройки педали «газа» — при её отпускании электромобиль либо продолжает двигаться по инерции накатом, либо переходит в режим рекуперативного торможения.

Однако рекуперация эффективна для электротранспорта с его частыми участками разгона-торможения, где тормозной путь большой и соизмерим с расстоянием между станциями (метро, пригородные электропоезда).

Использование в автоспорте [ править | править код ]

В сезоне 2009 года в Формуле-1 на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у Формулы-1 с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что по результатам сезона-2009 оснащённые данной системой болиды не демонстрировали превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.

По состоянию на 2012 год на систему KERS налагаются следующие ограничения [2] : передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.

Техническим регламентом Формулы-1, утверждённым FIA на 2014 год, предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы со встроенной системой рекуперации (ERS). Применение двойной системы рекуперации (кинетической и тепловой) в сезонах 2014—2015 годов стало гораздо более актуально из-за введения жёстких регламентных ограничений на расход топлива — не более 100 кг на всю гонку (в прошлые годы 150 кг) и мгновенный расход не более 100 кг в час. Неоднократно можно было наблюдать, как во время гонки при выходе из строя системы рекуперации машина начинала быстро терять позиции.

Рекуперативное торможение используется также в гонках на выносливость. Такой системой оснащены спортпрототипы класса LMP1 заводских команд Audi R18 и Toyota TS050 Hybrid, Porsche 919 Hybrid [en] .

Использование на железных дорогах [ править | править код ]

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах и электропоездах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно некрутому уклону вниз, и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.

Читать еще:  Что такое рокер двигателя 2106

Рекуперативное торможение имеет следующие проблемы, которые требуют особого учета при разработке схемы электровоза для их решения:

а) тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от настройки системы управления электровоза и напряжения контактной сети. Так, при скорости ниже нейтрали ТЭДы будут тянуть, а не тормозить. Таким образом, при скорости вблизи нейтрали даже небольшие (в процентах) скачки напряжения сети сильно меняют упомянутую разность, а с ней и момент, и приводят к рывкам. Правильное проектирование схемы электровоза снижает этот фактор.

б) при параллельном включении якорей рекуперирующих ТЭД схема может получиться неустойчивой при боксовании и склонной к «сваливанию» в режим, когда один ТЭД работает в моторном режиме, питаясь от второго ТЭДа, работающего как генератор, что подавляет торможение. Решение: включение обмоток возбуждения крест-накрест от «чужого» ТЭД (см. схемы ВЛ8 и ВЛ10).

в) необходимы меры защиты против короткого замыкания контактной сети или на самом электровозе. Для этого используются быстродействующие контакторы, срабатывание которых вызывает в схеме переходный процесс, перемагничивающий обмотки возбуждения ТЭД и ликвидирующий таким образом остаточную намагниченность статора (возбуждения генерации от которой может быть вполне достаточно для перегрева или пожара в случае КЗ в сети).

Ранее рекуперативным торможением оборудовались электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭДов в режим генератора (в СССР схема появилась ещё на сурамском поколении электровозов, например, ВЛ22 и с незначительными изменениями применялась до ВЛ11 включительно, в ней решены все три описанные выше проблемы). В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока, эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей [3] . Электровозы переменного тока, созданные до использования тиристорных инверторов (ВЛ60, ЧС4 и ЧС4Т, а также все поколения ВЛ80, кроме ВЛ80Р) не имели возможности рекуперативного торможения.

Рекуперативное торможение редко используется в пассажирском движении, по крайней мере на «классических» до-тиристорных электровозах вроде ВЛ10 и ВЛ11 из-за возникновение ощутимых рывков при переключении тормозной рукоятки локомотива со ступени на ступень, а также при скачках напряжения контактной сети. Большинство пассажирских локомотивов той поры вовсе не имели этой возможности.

Кроме того, рекуперативное торможение, как и реостатное, сжимает состав и создает удар от сжатия сцепных устройств.

Тем не менее рекуперативное торможение широко применяется на моторвагонном подвижном составе (МВПС) постоянного тока (ЭР2Р, ЭР2Т и более поздние электропоезда). В отличие от поездной работы, в МВПС обычно постоянен вес поезда (его почти никогда не переформируют), а также намного выше тяговооружённость. Это сильно упрощает создание автомата управления рекуперативным торможением. Применяется и в грузовых локомотивах, к примеру на 2ЭС6.

Рекуперативное торможение на постоянном токе требует переоборудования тяговых подстанций. Как минимум возможно рассеяние энергии на стационарных резисторах в случае изменения направления тока в фидерах ПС (при этом сохраняется возможность использования энергии рекуперации для тяги другого поезда на этом же участке, что важно при тяжелом профиле пути). Как максимум — необходима установка инверторов.

Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться также для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Ерал — Симская (Челябинская область) [4] [ неавторитетный источник? ] . Следует отметить, что штатное экстренное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются [5] [ нет в источнике ] .

Использование в метрополитенах [ править | править код ]

В метрополитенах, где поезда совершают частые остановки, использование рекуперативного торможения очень выгодно. Поэтому уже самые ранние метровагоны имели аппаратуру рекуперативного торможения (за исключением метровагонов, производимых в СССР). Наибольший эффект достигается при согласовании моментов торможения прибывающего на станцию поезда с отправлением другого от той же или со смежной станции. Такая схема движения закладывается в расписание движения поездов.

Использование на городском общественном транспорте [ править | править код ]

На современном городском электротранспорте системы управления обеспечивающие рекуперацию используются почти всегда.

Читать еще:  Функциональная схема теплового двигателя

У трамвайных вагонов моделей УКВЗ 71-619А и далее, вагонов ПТМЗ 71-134А и далее, вагонов Уралтрансмаш 71-405 и далее, а также МТТА и МТТА-2 имеется возможность рекуперативного торможения. Оно используется как основное. После замедления вагонов до скорости 1-2 км/ч электродинамический (реостатный) тормоз становится неэффективным и подключается стояночный.

Рекуперативное торможение: что это такое и как работает?

Если вы заинтересованы в покупке электрического или гибридного автомобиля, возможно, вы слышали о рекуперативном торможении. Но что означает этот термин и каково управлять автомобилем с подобной системой? Читайте дальше, чтобы узнать все о регенеративном (рекуперативном) торможении.

Что представляет собой рекуперативное торможение?

Когда вы нажимаете на педаль тормоза бензинового или дизельного автомобиля, гидравлическая жидкость прижимает тормозные колодки к тормозным дискам на каждом колесе (или барабанам на старых и более дешевых моделях). Возникающее в результате трение замедляет автомобиль, выделяя тепло и стирая материал на колодках и дисках.

Регенеративное торможение — это способ использования энергии, потерянной в процессе замедления автомобиля, для подзарядки автомобильных аккумуляторов. На обычном автомобиле при торможении просто тратится энергия, но при рекуперативном торможении часть энергии можно использовать повторно.

Системами рекуперативного торможения оснащаются многие современные автомобили. На бензиновых и дизельных моделях они используются для зарядки аккумулятора, который запускает различные вспомогательные системы в авто, что означает уменьшение работы для двигателя и экономию сжигаемого топлива. система практически незаметна для водителя, но в гибридных и чисто электрических автомобилях рекуперативное торможение играет более активную и очевидную роль. В таких моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, которые напрямую управляют автомобилем.

Как работает рекуперативное торможение?

Электродвигатель в гибриде или электромобиле предназначен для работы в двух направлениях: вращение колес и движение автомобиля, а также подзарядка аккумулятора. Когда вы снимаете ногу с педали акселератора и нажимаете на тормоз, электродвигатель меняет свою направленность и начинает возвращать энергию в аккумулятор.

Когда запускается данный процесс, вы можете почувствовать, как авто начинает тормозить. В каждом автомобиле с подобной функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать мощность рекуперативного торможения при отпускании педали.

Все автомобили по-прежнему оснащаются обычными тормозами, поэтому, если вы нажмете на педаль достаточно сильно, гидравлическая система мгновенно сработает и быстро остановить вас (в зависимости от изначальной скорости). Опять же, разные авто будут предполагать разную степень усилия на педаль, необходимую для срабатывания тормозов.

На что похоже регенеративное торможение?

Есть много автомобилей с рекуперативным торможением, и все они немного отличаются в использовании. Фактически, в большинстве электромобилей вы даже можете настроить их по своему вкусу.

Если вы хотите собрать как можно больше потерянной энергии, то следует установить регенеративное торможение на максимальное значение. Если же вам не понравятся ощущения от подобного торможения, вы можете выключить его. В некоторых современных моделях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий регенерацию тормозов. Автомобиль впереди контролируется датчиками, и регенерация тормоза используется системой для соответствия скорости автомобиля на дороге.

Во многих электромобилях, когда вы полностью отпускаете педаль, кажется, что вы твердо держите ногу на тормозе. Это часто называют вождением с одной педалью, так как вам нужно управлять правой ногой, чтобы ускоряться и замедляться, а не переключать ее между педалями тормоза и акселератора.

Эту так называемую электронную педаль можно включать и выключать с помощью кнопки на приборной панели. Кроме того, за рулевым колесом обычно расположены подрулевые рычаги, обеспечивающие различные уровни регенерации.

Однако в некоторых моделях регенеративная сила не очень велика. У них регенеративное торможение больше похоже на включение высокой передачи и торможение двигателем для замедления в бензиновом или дизельном авто.

Регенеративное торможение обычно пагубно сказывается на ощущении педали тормоза, поэтому к нему нужно привыкнуть, особенно когда вы пытаетесь определить точку перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой.

Что такое регенеративная энергия двигателя

Двигатели энергетического поворота: Дорин Рашеманн помогала Фельдхайму стать первым энергонезависимым населенным пунктом в Германии.

В бранденбургской деревне Фельдхайм под Потсдамом проживают лишь 135 человек. А гостей сюда приезжает каждый год больше 3500 человек! Это и школьные классы, и международные делегации, вплоть до глав государств (недавно приезжал глава Мьянмы). Что же так привлекает в Фельдхайме? А привлекает их первый энергонезависимый населенный пункт в Германии, который сам вырабатывает электроэнергию и тепло с помощью ветряков и биогазовых установок. Зимой к ним добавляется еще котельная, работающая на дровах, которые заготавливают из мертвых деревьев, найденных в местном лесу. Цена электроэнергии получается низкой, а теплоснабжение — надежным.

Дорин Рашеманн (45 лет) участвовала в работе по переходу деревни на автономное энергоснабжение с самого начала. Она приехала сюда в 2008 г., а в 2010 г. жителей подключили к первой собственной электросети. «Фельдхайм продемонстрировал, что стопроцентное снабжение за счет регенеративных источников энергии возможно», – говорит председательница объединения «Neue Energien Forum Feldheim» (NEF). Этот форум был создан с целью хоть как-то разгрузить деревню от притока посетителей. В старом газгольдере был основан информационный центр для посетителей, где регулярно проходят выставки и доклады, а школьники могут ставить практические эксперименты с использованием энергии солнца и ветра.

Читать еще:  Chery very какой двигатель

Электричество из ветра для 65.000 домохозяйств

Дорин Рашеманн вспоминает о том, что здесь поначалу стояли лишь четыре ветряка, и была построена небольшая биогазовая станция. Сегодня электроэнергию вырабатывают 55 ветроэнергетических установок, и ее достаточно для снабжения 65.000 домохозяйств в округе (колебания в сети сглаживаются благодаря работе обычной электростанции). В случае необходимости – например, если стоит безветренная погода – подключается накопитель энергии мощностью 10 МВт. Недалеко от города, на территории бывшей военной части, также расположен солярный парк. Гости из Кении приезжали с целью внимательно изучить устройство фотовольтаики, поскольку одного такого модуля хватило бы на снабжение электричеством целой деревни.

Шанс для сельских областей

«Здесь у нас нет безработицы», – говорит Рашеманн. Эта тема тоже не оставляет ее равнодушной как доверенное лицо разработчика проекта «Energiequelle» («Источник энергии»). Для фермеров, занимающихся производством молока, использование биоэнергии в этой сельской местности – финансовый буфер в ситуации падающих цен на молоко. «Это позволяет сохранить производство на местах, и деньги, которые мы зарабатываем благодаря энергии, тоже остаются здесь. У нас получается замкнутый цикл», – говорит Рашеманн. Сейчас ветряной парк достиг грандиозных размеров, его эксплуатирует целый ряд энергетических компаний. Но одна управление одной ветроэнергетической установкой принадлежит самими гражданами Фельдхайма в форме коммандитного товарищества. Сама Дорин Рашеманн ездит на автомобиле с гибридным мотором и заряжает его на электрозаправке рядом с NEF, поскольку для передвижения на короткие расстояния ей хватает электродвигателя. А электричество поступает сюда, естественно, из соседнего парка ветряков.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)

Возобновляемая энергия (Зеленая энергия ) — энергия из постоянных источников

Возобновляемая или регенеративная энергия (Зеленая энергия) — Renewable energy — энергия из источников, которые по человеческим понятиям являются неисчерпаемыми.
Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.

Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов — таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота , которые пополняются естественным путем.
Ориентировочно, около 18 % мирового потребления энергии было удовлетворяется из возобновляемых источников энергии, причем 13 % из традиционной биомассы, таких, как сжигание древесины.

Гидроэлектроэнергия является очередным крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3 % мирового потребления энергии и 15 % мировой генерации электроэнергии.
Использование энергии ветра растет примерно на 30 %/ год, по всему миру с установленной мощностью 196600 МВт в 2010 г и широко используется в странах Европы и США.
Ежегодное производство в фотоэлектрической промышленности достигло 6900 МВт в 2008 году.

Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании.
Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт.
Крупнейшей в мире геотермальной установкой, является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт.
Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством топливного этанола из сахарного тростника.
Этиловый спирт в настоящее время покрывает 18 % потребности страны в автомобильном топливе.
Топливный этанол также широко распространен в США.

Ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию воздушных масс в атмосфере в электрическую, тепловую и любую другую форму энергии.
Гидроэнергетика специализируется на использовании потенциальной энергии водного потока рек, формируемых осадками, выпавшими на возвышенности.
Приливная энергетика использует энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли.
Энергетика морских волн использует потенциальную энергию волн переносимую на поверхности океана.

Мощность волнения оценивается в кВт/м.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает большей удельной мощностью.

Несмотря на схожую природу с энергией приливов, отливов и океанских течений волновая энергия представляет собой отличный от них источник возобновляемой энергии.

Перекрыв плотиной залив, пролив, устье впадающей в море реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (более 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины.

При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 час с перерывами соответственно 2-1 час 4 раза/ сутки (такая ПЭС называется 1-бассейновой 2-стороннего действия).
Солнечная энергетика преобразует электромагнитное солнечное излучение в электрическую или тепловую энергию.

Геотермическая энергия использует в качестве теплоносителя воду из горячих геотермальных источников. В связи с отсутствием необходимости нагрева воды ГеоТЭС являются в значительной степени более экологически чистыми, нежели ТЭС.

Биоэнергетика специализируется на производстве энергии из биологического сырья.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector