Cum folosesc diferite vehicule frânele regenerative?
Artwork: Câtă energie economisesc frânele regenerative? Depinde de vehicul. Vehiculele mari și grele care se deplasează rapid (cum ar fi trenurile electrice) acumulează multă energie cinetică, astfel încât acestea obțin cele mai bune economii. Deși cântăresc mai puțin și se deplasează mai încet, camioanele de livrare care opresc și pornesc mult pot, de asemenea, să facă economii mari. Autoturismele variază în ceea ce privește economiile pe care le pot realiza, de la aproximativ 8-15% (în funcție de mașină și de faptul că se circulă în traficul urban sau pe autostradă). Bicicletele electrice sunt ușoare și merg destul de încet, astfel încât frânele regenerative realizează puține lucruri. Date: Am folosit cifre medii tipice din diverse surse pentru trenuri (https://goo.gl/J3hZXL), camioane (https://goo.gl/6DRvY5), autoturisme (https://goo.gl/UglXby) și biciclete (https://goo.gl/N0w7X3) – dar este foarte posibil să găsiți valori diferite în altă parte.
Vehicule diferite folosesc frânarea regenerativă în moduri diferite.
Mașini și trenuri electrice
La mașinile electrice și hibride, frânele regenerative încarcă pachetul principal de baterii, extinzând efectiv autonomia vehiculului între încărcări. Trenurile electrice, care sunt alimentate de linii electrice aeriene sau de pe șine, funcționează într-un mod ușor diferit. În loc să trimită energia de frânare în baterii, ele o returnează la linia electrică. Un tren electric modern tipic poate economisi în jur de 15-20% din energie folosind frânele regenerative în acest mod. Unele vehicule folosesc bancuri de supercondensatori pentru stocarea energiei în locul bateriilor.
Biciclete electrice
Majoritatea bicicletelor electrice nu au frânare regenerativă și obțin puține sau niciun beneficiu din utilizarea acesteia. De ce? O bicicletă este un vehicul cu masă redusă și viteză mică, așa că risipește mult mai puțină energie cinetică la oprire și pornire decât o mașină sau un tren (un vehicul cu masă mare și viteză mare). Nu numai atât, dar bicicliștii învață rapid să fie mai inteligenți în modul în care opresc și pornesc.Majoritatea bicicliștilor folosesc energia foarte eficient prin mersul în coastă sau cu roata liberă până la oprireîn loc să apese puternic pe frâne, ori de câte ori pot. Cu excepția cazului în care faceți foarte multe opriri și porniri și pedalați la viteze relativ mari (dacă sunteți un curier, de exemplu), energia pe care o economisiți cu frânele regenerative pe o bicicletă electrică va fi minimă.
Foto: Bicicletele electrice nu au, în general, frâne regenerative:dacă nu faceți multe opriri și porniri, nu puteți economisi suficientă energie pentru a le face să merite.
De fapt, frânele regenerative pe biciclete pot sfârși prin a folosi mai multă energie decât economisesc. Pentru a funcționa în mod eficient, vehiculele cu sisteme de frânare regenerativă trebuie să aibă motoarele electrice (de obicei, motoarele de butuc la bicicletele electrice) permanent angajate și să funcționeze fie ca motoare, fie ca generatoare tot timpul.Acest lucru este în regulă pentru o mașină electrică, dar o bicicletă electrică are nevoie ca motorul său să fie pornit doar o parte din timp: o parte din timp puteți să vă plimbați fericit.Faptul că motorul este angajat tot timpul înseamnă că bicicleta poate sfârșește prin a consuma mult mai multă energie în general, astfel încât frânele regenerative pot ajunge să consume mai multă energie decât economisesc!Adesea, frânele regenerative sunt adăugate la bicicletele electrice doar ca un artificiu de marketing.
Elevatoare
Poate că nu vă gândiți că lifturile sunt vehicule electrice, dar cu siguranță sunt! Otis, un producător de frunte, a introdus primul ascensor regenerativ, ReGen™, în 2011, susținând că economisește până la75% din energia folosită în mod normal. În timp ce un ascensor obișnuit irosește energia de frânare sub formă de căldură, ReGen o reintroduce în sistemul de alimentare al clădirii.
Alte tipuri de frâne care economisesc energie
Flywheels
Frânele regenerative pot părea foarte hi-tech, dar ideea de a avea „rezervoare de economisire a energiei” în mașini nu este ceva nou. Motoarele au folosit dispozitive de stocare a energiei numite volane practic de când au fost inventate.
Foto: Volantul de metal greu atașat la acest motor ajută la menținerea unei viteze constante. Observați că cea mai mare parte a masei metalice grele a volantului este concentrată în jurul jantei acestuia. Acest lucru îi conferă ceea ce se numește un moment de inerție ridicat: este nevoie de multă energie atât pentru a-l face să se rotească rapid, cât și pentru a-l face să încetinească. Această mașină este un exponat în sala motoarelor de la muzeul de știință Think Tank din Birmingham, Anglia.
Ideea de bază este că partea rotativă a motoruluiîncorporează o roată cu o jantă metalică foarte grea, iar aceasta acționează orice mașină sau dispozitiv la care este conectat motorul. Este nevoie de mult mai mult timppentru a pune în mișcare un motor cu volan, dar, odată ce a ajuns la viteză, volanul înmagazinează o cantitate uriașă de energie de rotație. Un volant greu care se învârte este un pic ca un camion care merge cu viteză: are un impuls uriaș, așa că trebuie să se oprească foarte mult, iar schimbarea vitezei necesită mult efort.Acest lucru poate părea un dezavantaj, dar este de fapt foarte util. În cazul în care un motor (poate un motor cu abur acționat de cilindri) furnizează energie în mod neregulat, volantul compensează, absorbind energia suplimentară și compensând momentele de acalmie temporare, astfel încât mașina sau echipamentul la care este conectat este condus mai ușor.
Este ușor de înțeles cum ar putea fi folosit un volant pentru frânarea regenerativă. În ceva de genul unui autobuz sau al unui camion, ați putea avea o volantă grea care ar putea fi cuplată sau decuplată de la transmisie în momente diferite.Ați putea cupla volanta de fiecare dată când doriți să frânați, astfel încât aceasta să absoarbă o parte din energia voastră cinetică și să vă oprească. Data viitoare când porneai la drum, foloseai volanta pentru a returna energia și a te pune din nou în mișcare, înainte de a o dezactiva în timpul conducerii normale.Principalul dezavantaj al utilizării volanților la vehiculele în mișcare este, bineînțeles, greutatea lor suplimentară.Aceștia îți economisesc energie prin stocarea energiei pe care altfel ai irosi-o în frâne, dar te costă, de asemenea, energie pentru că trebuie să îi cari tot timpul.
Transmisii avansate care încorporează volane de înaltă tehnologie sunt folosite acum ca sisteme regenerative în mașini de formula 1, unde sunt denumite de obicei sisteme de recuperare a energiei cinetice (KERS).
Foto: O volantă magnetică dezvoltată de NASA pentru aplicații spațiale. Observați, încă o dată,cum cea mai mare parte a masei este concentrată în jurul jantei pentru a obține un moment de inerție ridicat. Fotografie realizată prin amabilitatea NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Fluidele hidraulice și gazul comprimat
Alte tipuri de sisteme regenerative stochează energia prin comprimarea unui gaz de fiecare dată când un vehicul frânează – puțin asemănător cu modul în care un arc cu gaz dintr-un scaun de birou stochează energie atunci când vă așezați pe el. Energia poate fi eliberată și reutilizată lăsând gazul să se dilate (cam în același mod în care un scaun de birou eliberează energie atunci când vă îndepărtați greutatea de pe el, cu maneta de la lift deblocată). Alte sisteme (inclusiv HydraulicPower Assist sau HPA de la Ford) stochează energia de frânare prin pomparea lichidului hidraulic într-un rezervor.
Cine a inventat frânele regenerative?
Acum ar putea părea incredibil de avangardist ca mașinile și trenurile electrice să aibă frâne regenerative, dar un pic de cercetare dovedește contrariul. Cel mai vechi brevet american pentru un tren electric regenerativ pe care îl pot găsi, US Patent 714,196: Sistemul regenerativ al lui Martin Kubierschky din Berlin, Germania, a fost acordat în 1902 și urmărea să economisească un procent foarte optimist de 40% din consumul obișnuit de energie.Este posibil să fi existat și versiuni anterioare, dar nu atât de multe: tehnologia regenerativă pare să dateze de la începutul secolului XX. Se crede că prima frână regenerativă de pe o mașină a fost dezvoltată de francezul M.A. Darracq și demonstrată la Salonul de ciclism de la Paris în 1897.La fel ca un sistem regenerativ modern, acesta trimitea energia de frânare înapoi la baterie pentru a prelungi autonomia mașinii (care era de doar 48 km sau 30 de mile), dar pretindea o foarte surprinzătoare economie de energie de 30 la sută (de aproximativ trei ori mai mult decât echivalentul modern).
Ce rost are?
Îndiferent de modul în care funcționează, toate sistemele de frânare regenerativă au un lucru în comun – ne ajută să folosim energia mai înțelept. In a world where fuel is becoming ever morecostly, and environmental concerns are mountingby the day, that can only be a good thing!
