Hogyan használják a különböző járművek a regeneratív fékeket?
Artwork: Mennyi energiát takarítanak meg a regeneratív fékek? Ez a járműtől függ. A nagy és nehéz járművek, amelyek gyorsan mozognak (például az elektromos vonatok) sok mozgási energiát építenek fel, így náluk a legnagyobb a megtakarítás. Bár kisebb a súlyuk és lassabban haladnak, a sokat megálló és induló áruszállító teherautók is nagy megtakarítást érhetnek el. A személygépkocsik körülbelül 8-15 százalékos megtakarítást érhetnek el (az autótól és attól függően, hogy városi forgalomban vagy nyílt autópályán közlekedik-e). Az elektromos kerékpárok könnyűek és meglehetősen lassan haladnak, így a regeneratív fékek keveset érnek el. Adatok: A vonatokra (https://goo.gl/J3hZXL), teherautókra (https://goo.gl/6DRvY5), személygépkocsikra (https://goo.gl/UglXby) és kerékpárokra (https://goo.gl/N0w7X3) vonatkozó tipikus középértékeket használtam különböző forrásokból – de könnyen lehet, hogy máshol más értékeket talál.
A különböző járművek különböző módon használják a regeneratív fékezést.
Elektromos autók és vonatok
Az elektromos és hibrid autókban a regeneratív fékezés feltölti a fő akkumulátorcsomagot, hatékonyan megnövelve a jármű két töltés közötti hatótávolságát. Az elektromos vonatok, amelyek felsővezetékről vagy a pálya melletti villanyvezetékekről kapnak áramot, kissé másképp működnek. Ahelyett, hogy a fékezési energiát az akkumulátorokba küldenék, visszavezetik azt a villanyvezetékbe. Egy tipikus modern elektromos vonat a regeneratív fékezéssel az energia 15-20 százalékát tudja megtakarítani. Egyes járművek akkumulátorok helyett szuperkondenzátorokat használnak energiatárolásra.
Elektromos kerékpárok
A legtöbb elektromos kerékpár nem rendelkezik regeneratív fékezéssel, és nem vagy csak kevés hasznot húznak belőle. Miért? A kerékpár egy kis tömegű, kis sebességű jármű, így sokkal kevesebb mozgási energiát pazarol el a megállás és elindulás során, mint egy autó vagy egy vonat (nagy tömegű, nagy sebességű jármű). Nem csak ez, de a kerékpárosok gyorsan megtanulják, hogy okosabban álljanak meg és induljanak el: a legtöbb kerékpáros nagyon hatékonyan használja fel az energiát azzal, hogy amikor csak teheti, ahelyett, hogy keményen a fékre taposna, gurulva vagy szabadonfutóval áll meg. Hacsak nem kell nagyon sokat megállni és elindulni és viszonylag nagy sebességgel kerékpározni (ha például futár vagy), akkor a regeneratív fékekkel megtakarított energia az elektromos kerékpárokon minimális lesz.
Fotó: Az elektromos kerékpárok általában nem rendelkeznek regeneratív fékkel:hacsak nem állsz meg és indulsz el sokat, nem tudsz elég energiát megtakarítani ahhoz, hogy megérje.
Az elektromos kerékpárok regeneratív fékjei valójában több energiát használnak, mint amennyit megtakarítanak. Ahhoz, hogy hatékonyan működjenek, a regeneratív fékrendszerrel ellátott járművek elektromos motorjainak (az elektromos kerékpároknál jellemzően a kerékagymotoroknak) állandóan bekapcsolva kell lenniük, és egész idő alatt vagy motorként, vagy generátorként kell működniük.Ez egy elektromos autó esetében rendben van, de egy elektromos kerékpárnak csak az idő egy részében van szüksége a motorra: az idő egy részében boldogan gurulhatsz.Mivel a motor állandóan bekapcsolva van, a kerékpár összességében sokkal több energiát használhat, így a regeneratív fékek végül több energiát használhatnak, mint amennyit megtakarítanak!Gyakran a regeneratív fékeket pusztán marketingfogásként adják az elektromos kerékpárokhoz.
Felvonók
A liftekről talán nem gondolná, hogy elektromos járművek, pedig azok! Az Otis, az egyik vezető gyártó 2011-ben mutatta be az első regeneratív felvonót, a ReGen™-t, azt állítva, hogy a normál esetben felhasznált energia akár75%-át is megtakarítja. Míg egy hagyományos lift a fékezési energiát hő formájában elpazarolja, a ReGen visszatáplálja azt az épület energiarendszerébe.
Az energiatakarékos fékek egyéb típusai
Légkerekek
A regeneratív fékek nagyon high-technek tűnhetnek, de a gépekben lévő “energiatakarékos tárolók” ötlete nem új keletű. A motorok gyakorlatilag feltalálásuk óta használnak lendkeréknek nevezett energiatároló eszközöket.
Fotó: Az ehhez a motorhoz rögzített nehéz fém lendkerék segít egyenletes fordulatszámon tartani a motort. Figyeljük meg, hogy a lendkerék nehézfémtömegének nagy része a pereme körül összpontosul. Ez adja az úgynevezett nagy tehetetlenségi nyomatékot: sok energiára van szüksége ahhoz, hogy gyorsan pörögjön és lassuljon. Ez a gép az angliai Birminghamben található Think Tank tudományos múzeum motortermében található kiállítási tárgy.
Az alapötlet az, hogy a motor forgó része egy nagyon nehéz fémfelnijű kereket foglal magába, és ez hajtja meg azt a gépet vagy eszközt, amelyhez a motor csatlakozik. Sokkal több időbe telik, amíg a lendkerék-motor megfordul, de ha már felpörgött, a lendkerék hatalmas mennyiségű forgási energiát tárol. Egy nehezen forgó lendkerék egy kicsit olyan, mint egy száguldó teherautó: hatalmas lendülete van, így nagyon sokáig kell megállnia, és a sebesség megváltoztatása nagy erőfeszítést igényel.Ez hátránynak tűnhet, de valójában nagyon hasznos. Ha egy motor (esetleg egy hengerekkel hajtott gőzgép) rendszertelenül szolgáltat energiát, a lendkerék kompenzál, elnyeli a többletenergiát és pótolja az átmeneti szüneteket, így a gép vagy berendezés, amelyhez csatlakozik, egyenletesebben mozog.
Egyszerűen elképzelhető, hogy a lendkerék regeneratív fékezésre is használható. Például egy buszban vagy teherautóban lehetne egy nehéz lendkerék, amelyet különböző időpontokban lehetne bekapcsolni vagy kikapcsolni a sebességváltóból.A lendkereket minden alkalommal bekapcsolhatnánk, amikor fékezni akarunk, így az felszívná a mozgási energia egy részét, és megállíthatná a járművet. A következő alkalommal, amikor elindultál, a lendkerékkel visszaadhatod az energiát, és újra mozgásba lendülhetsz, mielőtt normál vezetés közben kikapcsolnád.A lendkerék mozgó járművekben való használatának fő hátránya természetesen a plusz súlya.Energiát takarít meg azáltal, hogy energiát tárol, amelyet egyébként a fékekre pazarolnál, de energiába is kerül, mert állandóan magaddal kell cipelned.
A csúcstechnológiás lendkereket tartalmazó fejlett sebességváltókat ma már regeneratív rendszerként használják például a Forma-1-es autókban, ahol jellemzően kinetikus energia-visszanyerő rendszereknek (KERS) nevezik őket.
Fotó: A NASA által űrbeli alkalmazásokhoz kifejlesztett mágneses lendkerék. Ismételjük meg,hogy a tömeg nagy része a perem körül összpontosul a nagy tehetetlenségi nyomaték elérése érdekében. A fotó a NASA Glenn Kutatóközpont (NASA-GRC) jóvoltából készült.
Hidraulikus folyadékok és sűrített gáz
A regeneratív rendszerek más fajtái úgy tárolják az energiát, hogy minden egyes alkalommal, amikor a jármű fékez, egy gázt nyomnak össze – kicsit olyan módon, mint ahogy a gázrugó az irodai székben tárolja az energiát, amikor ráülünk. Az energia felszabadítható és újrahasznosítható, ha hagyjuk a gázt kitágulni (hasonlóan ahhoz, ahogyan egy irodai szék is energiát szabadít fel, amikor a súlyt levesszük róla, miközben a liftkar ki van nyitva). Más rendszerek (köztük a Ford HydraulicPower Assist vagy HPA) úgy tárolják a fékezési energiát, hogy hidraulikus folyadékot pumpálnak egy tartályba.
Ki találta fel a regeneratív fékeket?
Most talán hihetetlenül korszerűnek hangzik, hogy az elektromos autók és vonatok regeneratív fékekkel rendelkeznek, de egy kis kutatás mást bizonyít. A legrégebbi amerikai szabadalom, amelyet egy regeneratív elektromos vonatra találtam, az US Patent 714,196: A berlini Martin Kubierschky által 1902-ben kiadott, regeneratív rendszerre vonatkozó szabadalom célja a szokásos energiafogyasztás igen optimista 40 százalékának megtakarítása volt.Lehet, hogy léteztek korábbi változatok is, de nem olyan sok: a regeneratív technológia a 20. század fordulója körülre tehető. Az első regeneratív autóféket a feltételezések szerint a francia M.A. Darracq fejlesztette ki és mutatta be a párizsi Salon du Cycle Show-n 1897-ben.A modern regeneratív rendszerhez hasonlóan a fékezési energiát visszatáplálta az akkumulátorba, hogy meghosszabbítsa az autó hatótávolságát (ami mindössze 48 km vagy 30 mérföld volt), de meglepő módon 30 százalékos energiamegtakarítást jelentett (körülbelül háromszor annyit, mint a mai megfelelője).
Mi a lényeg?
Hogyan is működnek, egy dolog közös minden regeneratív fékrendszerben: segítenek bölcsebben használni az energiát. In a world where fuel is becoming ever morecostly, and environmental concerns are mountingby the day, that can only be a good thing!
