Jak různá vozidla používají regenerativní brzdy?
Art: Kolik energie ušetří rekuperační brzdy? To záleží na konkrétním vozidle. Velká a těžká vozidla, která se pohybují rychle (např. elektrické vlaky), akumulují velké množství kinetické energie, takže u nich dochází k největším úsporám. Přestože váží méně a jezdí pomaleji, velkých úspor mohou dosáhnout i dodávkové vozy, které často zastavují a rozjíždějí se. U osobních automobilů se výše úspory pohybuje v rozmezí 8-15 % (v závislosti na typu vozu a na tom, zda jede v městském provozu nebo po otevřené dálnici). Elektrokola jsou lehká a jezdí poměrně pomalu, takže rekuperační brzdy dosahují jen málo. Údaje: Použil jsem typické střední hodnoty z různých zdrojů pro vlaky (https://goo.gl/J3hZXL), nákladní automobily (https://goo.gl/6DRvY5), osobní automobily (https://goo.gl/UglXby) a jízdní kola (https://goo.gl/N0w7X3) – ale jinde můžete najít jiné hodnoty.
Různá vozidla využívají rekuperační brzdění různými způsoby.
Elektromobily a vlaky
U elektromobilů a hybridních automobilů rekuperační brzdy nabíjejí hlavní akumulátor, čímž účinně prodlužují dojezd vozidla mezi jednotlivými nabitími. Elektrické vlaky, které jsou napájeny z nadzemního nebo traťového elektrického vedení, fungují poněkud odlišným způsobem. Místo aby brzdnou energii posílaly do baterií, vracejí ji zpět do elektrického vedení. Typický moderní elektrický vlak může tímto způsobem ušetřit asi 15-20 procent energie při použití rekuperačních brzd. Některá vozidla používají k ukládání energie místo baterií banky superkondenzátorů.
Elektrická jízdní kola
Většina elektrických jízdních kol nemá rekuperační brzdy a jejich používání přináší jen malý nebo žádný užitek. Proč? Jízdní kolo je vozidlo s nízkou hmotností a nízkou rychlostí, takže při zastavování a rozjíždění ztrácí mnohem méně kinetické energie než automobil (vozidlo s vysokou hmotností a vysokou rychlostí). Nejen to, ale cyklisté se rychle naučí chytřejšímu způsobu zastavování a rozjíždění.Většina cyklistů využívá energii opravdu efektivně tím, že místo prudkého brzdění, kdykoli to jde, vyjíždí nebo volným tempem zastavuje. Pokud nezastavujete a nerozjíždíte příliš často a nejezdíte relativně vysokou rychlostí (například pokud jste doručovatel), bude úspora energie díky rekuperačním brzdám na elektrokole minimální.
Foto: Pokud nebudete hodně zastavovat a rozjíždět, neušetříte tolik energie, aby se vám to vyplatilo.
Vskutku, rekuperační brzdy na jízdních kolech mohou ve výsledku spotřebovat více energie, než kolik jí ušetří. Aby vozidla s rekuperačními brzdovými systémy fungovala efektivně, musí být jejich elektromotory (typicky nábojové motory u elektrokol) trvale zapnuté a po celou dobu pracovat buď jako motory, nebo generátory.To je v pořádku u elektromobilu, ale elektrokolo potřebuje motor zapnutý jen po část času: po část času můžete vesele jezdit.Neustálé zapínání motoru znamená, že jízdní kolo může nakonec spotřebovat mnohem více energie, takže rekuperační brzdy mohou ve skutečnosti spotřebovat více energie, než kolik jí ušetří!Často se rekuperační brzdy přidávají do elektrokol pouze jako marketingový trik.
Výtahy
Možná si nemyslíte, že výtahy jsou elektromobily, ale rozhodně jimi jsou! Společnost Otis, přední výrobce, představila v roce 2011 první regenerativní výtah ReGen™ a tvrdí, že ušetří až75 % běžně spotřebovávané energie. Tam, kde běžný výtah plýtvá brzdnou energií jako teplem, ji ReGen vrací zpět do energetického systému budovy.
Další typy energeticky úsporných brzd
Létací kola
Regenerativní brzdy se mohou zdát velmi hi-tech, ale myšlenka mít ve strojích „úsporné zásobníky“ není nic nového. Motory používají zařízení pro ukládání energie nazývaná setrvačníky prakticky od doby, kdy byly vynalezeny.
Foto: Těžký kovový setrvačník připojený k tomuto motoru pomáhá udržovat jeho stabilní otáčky. Všimněte si, že většina těžké kovové hmoty setrvačníkuje soustředěna kolem jeho okraje. To mu dává tzv. vysoký moment setrvačnosti: je potřeba hodně energie jak k jeho rychlému roztočení, tak ke zpomalení. Tento stroj je exponátem v motorové hale vědeckého muzea Think Tank v anglickém Birminghamu.
Základní myšlenka spočívá v tom, že rotující část motoruzahrnuje kolo s velmi těžkým kovovým věncem a to pohání jakýkoli stroj nebo zařízení, ke kterému je motor připojen. Roztočení motoru se setrvačníkem trvá mnohem déle, ale jakmile se roztočí, setrvačník uchovává obrovské množství rotační energie. Těžký otáčející se setrvačník je trochu jako nákladní auto jedoucí velkou rychlostí: má obrovskou hybnost, takže se musí hodně zastavovat a změna jeho rychlosti vyžaduje velké úsilí. to může znít jako nevýhoda, ale ve skutečnosti je to velmi užitečné. Pokud motor (třeba parní motor poháněný válci) dodává výkon nepravidelně, setrvačník to kompenzuje, absorbuje dodatečný výkon a vyrovnává dočasné výpadky, takže stroj nebo zařízení, ke kterému je připojen, jede plynuleji.
Je snadné si představit, jak by se setrvačník dal použít pro rekuperační brzdění. V něčem, jako je autobus nebo nákladní automobil, byste mohli mít těžký setrvačník, který by se mohl v různých časech zapojovat nebo odpojovat od převodovky. setrvačník byste mohli zapojit pokaždé, když chcete brzdit, aby nasál část vaší kinetické energie a zastavil vás. Při dalším rozjezdu byste setrvačník použili k vrácení energie a znovu se rozjeli, než byste ho při běžné jízdě odpojili. hlavní nevýhodou používání setrvačníků v jedoucích vozidlech je samozřejmě jejich vyšší hmotnost. šetří vám energii tím, že ukládají energii, kterou byste jinak vyplýtvali v brzdách, ale také vás stojí energii, protože je musíte neustále přenášet.
Pokročilé převodovky, které obsahují hi-tech setrvačníky, se nyní používají jako rekuperační systémy například ve vozech formule 1, kde se obvykle označují jako systémy rekuperace kinetické energie (KERS).
Foto: Magnetický setrvačník vyvinutý NASA pro vesmírné aplikace. Opět si všimněte, jak je většina hmotnosti soustředěna kolem ráfku, aby bylo dosaženo vysokého momentu setrvačnosti. Foto s laskavým svolením NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Hydraulické kapaliny a stlačený plyn
Jiné druhy rekuperačních systémů ukládají energii stlačováním plynu při každém brzdění vozidla – trochu podobně jako plynová pružina v kancelářské židli ukládá energii, když si na ni sednete. Tuto energii lze uvolnit a znovu využít tím, že se plyn rozpíná (podobně jako kancelářská židle uvolňuje energii, když ji odlehčíte s odjištěnou pákou výtahu). Jiné systémy (včetně hydraulického asistenta Ford HydraulicPower Assist neboli HPA) ukládají brzdnou energii čerpáním hydraulické kapaliny do zásobníku.
Kdo vynalezl rekuperační brzdy?
Nyní to může znít neuvěřitelně pokrokově, že elektromobily a vlaky mají rekuperační brzdy, ale trocha výzkumu dokazuje opak. Nejstarší americký patent na rekuperační elektrický vlak, který jsem našel, je US Patent 714 196: Regenerativní systém Martina Kubierschkyho z Berlína v Německu byl udělen v roce 1902 a jeho cílem bylo ušetřit velmi optimistických 40 procent obvyklé spotřeby energie.Je možné, že existovaly i dřívější verze, ale není jich mnoho: zdá se, že regenerativní technologie pochází z přelomu 19. a 20. století. Předpokládá se, že první rekuperační brzdu u automobilu vyvinul Francouz M. A. Darracq a předvedl ji na pařížském Salon du Cycle Show v roce 1897.Stejně jako moderní rekuperační systém vracel brzdnou energii zpět do baterie, aby prodloužil dojezd vozu (který činil pouhých 48 km nebo 30 mil), ale vykazoval velmi překvapivou 30procentní úsporu energie (přibližně třikrát více než moderní ekvivalent).
V čem je smysl?
Ať už fungují jakkoli, všechny rekuperační brzdové systémy mají jedno společné – pomáhají nám rozumněji využívat energii. In a world where fuel is becoming ever morecostly, and environmental concerns are mountingby the day, that can only be a good thing!
