Hoe gebruiken verschillende voertuigen regeneratieve remmen?
Artikel: Hoeveel energie besparen regeneratieve remmen? Dat hangt van het voertuig af. Grote en zware voertuigen die zich snel voortbewegen (zoals elektrische treinen) bouwen veel kinetische energie op, dus die leveren de grootste besparing op. Hoewel ze minder wegen en langzamer rijden, kunnen bestelwagens die veel stoppen en starten ook veel besparen. Bij auto’s varieert de besparing van ongeveer 8 tot 15% (afhankelijk van de auto en of deze in de stad of op de snelweg rijdt). Elektrische fietsen zijn licht en gaan vrij langzaam, dus regeneratieve remmen leveren weinig op. Gegevens: Ik heb typische gemiddelde cijfers uit verschillende bronnen gebruikt voor treinen (https://goo.gl/J3hZXL), vrachtwagens (https://goo.gl/6DRvY5), auto’s (https://goo.gl/UglXby), en fietsen (https://goo.gl/N0w7X3)-maar het is goed mogelijk dat je elders andere waarden vindt.
Verschillende voertuigen gebruiken regeneratief remmen op verschillende manieren.
Elektrische auto’s en treinen
In elektrische en hybride auto’s laden de regeneratieve remmen het hoofdaccupakket op, waardoor de actieradius tussen oplaadbeurten effectief wordt vergroot. Elektrische treinen, die worden aangedreven door bovenleidingen of stroom langs het spoor, werken op een iets andere manier. In plaats van remenergie naar de accu’s te sturen, wordt deze teruggevoerd naar de stroomleiding. Een doorsnee moderne elektrische trein kan ongeveer 15-20% van zijn energie besparen door op deze manier regeneratief te remmen. Sommige voertuigen gebruiken supercondensatoren om energie op te slaan in plaats van accu’s.
Elektrische fietsen
De meeste elektrische fietsen hebben geen regeneratief remsysteem en hebben er weinig of geen baat bij om het te gebruiken. Waarom? Een fiets is een voertuig met een lage massa en lage snelheid, dus verspilt hij veel minder kinetische energie bij het stoppen en optrekken dan een auto of een trein (een voertuig met een hoge massa en hoge snelheid). Niet alleen dat, maar fietsers leren snel om slimmer te zijn in de manier waarop ze stoppen en starten. De meeste fietsers gebruiken energie echt efficiënt door uit te rollen of te freewheelen om tot stilstand te komen in plaats van hard op de rem te trappen, wanneer ze maar kunnen. Tenzij je ontzettend veel stopt en optrekt en tegen relatief hoge snelheden fietst (als je bijvoorbeeld een bezorger bent), zal de energie die je bespaart met regeneratieve remmen op een elektrische fiets minimaal zijn.
Photo: Elektrische fietsen hebben over het algemeen geen regeneratieve remmen: tenzij je veel stopt en start, kun je niet genoeg energie besparen om ze de moeite waard te maken.
Inderdaad kunnen regeneratieve remmen op fietsen uiteindelijk meer energie verbruiken dan ze besparen. Om effectief te zijn, moeten voertuigen met regeneratieve remsystemen hun elektromotoren (meestal naafmotoren op elektrische fietsen) permanent ingeschakeld hebben en de hele tijd werken als motor of generator. Dat is prima voor een elektrische auto, maar een elektrische fiets heeft zijn motor maar een deel van de tijd nodig: een deel van de tijd kun je rustig doorrijden.Als de motor de hele tijd aanstaat, verbruikt de fiets over het geheel genomen veel meer energie, dus regeneratieve remmen kunnen uiteindelijk meer energie verbruiken dan ze besparen! Vaak worden regeneratieve remmen puur als marketingstunt aan elektrische fietsen toegevoegd.
Liften
Je zou misschien niet denken dat liften elektrische voertuigen zijn, maar dat zijn ze wel degelijk! Otis, een toonaangevende fabrikant, introduceerde in 2011 de eerste regeneratieve lift, ReGen™, en beweert tot 75% van de energie te besparen die normaal wordt gebruikt. Waar een gewone lift remenergie als warmte verspilt, voert ReGen die terug naar het energiesysteem van het gebouw.
Andere soorten energiebesparende remmen
Flywheels
Regeneratieve remmen lijken misschien erg hi-tech, maar het idee om “energiebesparende reservoirs” in machines te hebben is niets nieuws. Motoren maken al sinds hun uitvinding gebruik van energieopslagsystemen, vliegwielen genaamd.
Photo: Het zware metalen vliegwiel dat aan deze motor is bevestigd, houdt hem op een constant toerental draaiende. Merk op dat de meeste zware metalen massa van het vliegwiel rond de rand is geconcentreerd. Daardoor heeft het een hoog traagheidsmoment: het kost veel energie om het snel te laten draaien en weer af te remmen. Deze machine is te zien in de motorzaal van het Think Tank wetenschapsmuseum in Birmingham, Engeland.
Het basisidee is dat in het draaiende gedeelte van de motor een wiel met een zeer zware metalen rand is opgenomen, en dit drijft de machine of het apparaat aan waaraan de motor is gekoppeld. Het kost veel meer tijd om een vliegwiel-motor aan het draaien te krijgen, maar als hij eenmaal op snelheid is, slaat het vliegwiel een enorme hoeveelheid rotatie-energie op. Een zwaar draaiend vliegwiel is een beetje als een vrachtwagen die op snelheid gaat: het heeft een enorm momentum dus het kost veel tijd om te stoppen en het kost veel moeite om de snelheid te veranderen.Dat klinkt misschien als een nadeel, maar het is eigenlijk heel nuttig. Als een motor (misschien een door cilinders aangedreven stoommachine) onregelmatig vermogen levert, compenseert het vliegwiel dat door extra vermogen op te nemen en tijdelijke onderbrekingen goed te maken, zodat de machine of apparatuur waaraan het is gekoppeld soepeler wordt aangedreven.
Het is gemakkelijk te zien hoe een vliegwiel zou kunnen worden gebruikt voor regeneratief remmen. In iets als een bus of een vrachtwagen zou je een zwaar vliegwiel kunnen hebben dat op verschillende momenten in of uit de transmissie kan worden geschakeld. Je zou het vliegwiel kunnen inschakelen telkens als je wilt remmen, zodat het wat van je kinetische energie opneemt en je tot stilstand brengt. De volgende keer dat je wegrijdt, gebruik je het vliegwiel om de energie terug te geven en je weer in beweging te krijgen, voordat je het tijdens het normale rijden weer loskoppelt.Het grootste nadeel van het gebruik van vliegwielen in rijdende voertuigen is natuurlijk hun extra gewicht.Ze besparen je energie door energie op te slaan die je anders in remmen zou verspillen, maar ze kosten je ook energie omdat je ze de hele tijd mee moet nemen.
Geavanceerde transmissies met hi-tech vliegwielen worden nu gebruikt als regeneratieve systemen in bijvoorbeeld formule-1 auto’s, waar ze meestal worden aangeduid als kinetische energie-terugwinningssystemen (KERS).
Photo: Een magnetisch vliegwiel ontwikkeld door de NASA voor ruimtevaarttoepassingen. Ook hier is te zien hoe de meeste massa rond de rand is geconcentreerd om een hoog traagheidsmoment te verkrijgen. Foto met dank aan NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Hydraulische vloeistoffen en samengeperst gas
Andere soorten regeneratieve systemen slaan energie op door een gas samen te persen telkens als een voertuig remt – een beetje zoals een gasveer in een bureaustoel energie opslaat als je erop gaat zitten. De energie kan worden vrijgegeven en hergebruikt door het gas te laten uitzetten (ongeveer zoals een bureaustoel energie vrijgeeft wanneer u uw gewicht van de stoel neemt terwijl de hefboom ontgrendeld is). Andere systemen (waaronder de Hydraulic Power Assist of HPA van Ford) slaan remenergie op door hydraulische vloeistof in een reservoir te pompen.
Wie heeft regeneratieve remmen uitgevonden?
Nu klinkt het misschien ongelooflijk modern voor elektrische auto’s en treinen om regeneratieve remmen te hebben, maar een beetje onderzoek bewijst het tegendeel. Het oudste Amerikaanse patent voor een regeneratieve elektrische trein dat ik kan vinden, US Patent 714,196: Regeneratief systeem van Martin Kubierschky uit Berlijn, Duitsland, werd verleend in 1902 en beoogde een zeer optimistische besparing van 40% op het gebruikelijke stroomverbruik. Er zijn misschien wel eerdere versies geweest, maar niet zo veel: de regeneratieve technologie lijkt te dateren van rond het begin van de 20e eeuw. De eerste regeneratieve rem op een auto is vermoedelijk ontwikkeld door de Fransman M.A. Darracq en gedemonstreerd op de Salon du Cycle Show in Parijs in 1897.Net als een modern regeneratief systeem voerde het remenergie terug naar de accu om de actieradius van de auto te vergroten (die slechts 48 km of 30 mijl bedroeg), maar het leverde een zeer verrassende energiebesparing van 30 procent op (ongeveer drie keer zoveel als het moderne equivalent).
Wat is het nut?
Hoe ze ook werken, alle regeneratieve remsystemen hebben één ding gemeen: ze helpen ons energie verstandiger te gebruiken. In a world where fuel is becoming ever morecostly, and environmental concerns are mountingby the day, that can only be a good thing!
