6. Рекуперация – это накопление энергии упругой деформации связок и сухожилий, которая характеризуется их растяжением.
Количество накапливаемой энергии зависит от многих параметров и в первую очередь от работы мышц, связок и сухожилий.
Рекуперация энергии в движениях человека осуществляется двумя способами.
Во-первых, кинетическая энергия движения может переходить в потенциальную энергию гравитации (сил тяжести), Например, в обычной ходьбе наивысшему положению ЦМ тела (максимуму потенциальной энергии) соответствует минимум кинетической энергии, и наоборот, кинетическая энергия тела самая большая, когда его ОЦМ находится в самом низком положении. Образно можно себе представить, что ОЦМ движется как шарик, катящийся по неровной поверхности: на подъемах кинетическая энергия переходит в потенциальную, а на спусках – наоборот. Благодаря этому полная механическая энергия тела (т. е. сумма его кинетической и потенциальной энергии) сохраняется. Разумеется, это сохранение не стопроцентное — значительная часть энергии рассеивается. Но все, же благодаря описанному явлению экономичность ходьбы значительно повышается.
Во-вторых, кинетическая энергия движения превращается в потенциальную энергию упругой деформации мышц, а накопленная потенциальная энергия частично снова превращается в работу – идет на сообщение скорости телу и его подъём. В модельных опытах (прыжки на месте) показано, что рациональное использование упругих сил мышц может повысить экономичность работы более чем в 2 раза.
7. Выносливость — это способность человека преодолевать утомление и эффективно действовать при этом.
Если человек длительное время выполняет какое-то двигательное задание, то его движения можно классифицировать:
— по интенсивности (скорость, сила и т.д.);
— по объему (метры, работа и т.д.);
— по времени выполнения (секунда).
Выделяют 3 способа определение выносливости:
1. задается время выполнения работы
измеряется объем работы (расстояние)
определяется скорость выполнения
2. объем работы постоянен
измеряется время выполнения
определяется скорость выполнения движения
3. скорость выполнения постоянная
измеряется время выполнения
определяется объем работы
Для оценки выносливости используют термин утомление, что означает временное снижение работоспособности. Различают умственное, эмоциональное и физическое утомление. Биомеханика рассматривает только физическое утомление.
При мышечной работе утомление проходит через 2 фазы:
1. Фаза компенсированного утомление — когда спортсмен сохраняет интенсивность движения на прежнем уровне (например, скорость бега).
2. Фаза декомпенсированного утомления — когда, несмотря на все старания, спортсмен не может сохранить необходимую интенсивность (например, турист, отставший от группы)
8. Проблема экономизации спорт техники: Если у разных спортсменов при выполнении одного и того же двигательного задания измерить энергозапрос, то его величины могут оказаться резко различными: одна и та же работа будет для разных спортсменов связана с неодинаковым расходом энергии.
Экономичность работы нередко оценивают с помощью коэффициентов, связывающих величины выполненной работы, с величинами затраченной при этом энергии.
Использование указанных коэффициентов, во-первых, позволяет анализировать лишь внешние результаты двигательных заданий (но не процессы, лежащие в их основе); во- вторых, приемлемо лишь при анализе двигательных заданий сходного типа. Можно, например, сравнивать величины этих коэффициентов в одном и том же движении (например, в беге), и нельзя – в движениях далеких друг от друга (например, в плавании и прыжках в воду).
В циклических локомоциях для характеристики экономичности техники обычно используют не указанные выше коэффициенты, а так называемую константу пути – величину энергозатрат, приходящуюся на 1 метр пути.
При сравнении разных локомоций значения константы пути и коэффициентов экономичности работы могут не совпадать, поскольку в разных локомоциях для того, чтобы преодолеть одно и то же расстояние, надо выполнить разную механическую работу.
Экономичность техники зависит от двух групп факторов: 1) физиологических и биохимических (в частности от того, аэробными или анаэробными процессами обеспечивается поставка энергии) и 2) биомеханических.
Коэффициенты: 1. Валовый коэффициент (брутто-коэффициент) экономичности работы:
K1=A/E где А — выполненная механическая работа (в джоулях), Е— затраченная энергия (в джоулях).
2. Нетто-коэффициент; в данном случае из величины энергозатрат при выполнении работы вычитают величину энерготрат в состоянии покоя (в условиях основного обмена или в рабочей позе):
K2=A/(E-En) где А — величины работы (в джоулях), En —энерготраты (в джоулях).
3 Дельта коэффициент сравнивают величины выполненной работы в двух двигательных заданиях разной интенсивности
K3=(A2-A1)/(E2-E2) где A 1 и А 2 величины работы в джоулях, Е1 и Е2 энерготраты в джоулях.
Особенности спортивной техники в упражнениях, требующих большой выносливости:
1.устранением ненужных движений, 2.устранением ненужных сокращений мышц. (У квалифицированных спортсменов суммарное время активности мышц меньше, время расслабленного состояния больше, чем у новичков. Это достигается за счет так называемой концентрации активности мышц.), 3.уменьшением внешнего сопротивления (уменьшением сопротивления воды в плавании за счет выбора более обтекаемого положения тела); 4.уменьшением внутрицикловых колебаний скорости. (Повышение скорости (после ее падения) требует затрат энергии. По возможности такие колебания надо уменьшать); 5.выбором оптимального соотношения между силой действия и скоростью рабочих движений, 6.выбором оптимального соотношения между длиной и частотой шагов.
10. Различают простые и сложные двигательные реакции. Простая реакция — это ответ заранее известным движением на заранее известный (внезапно появляющийся) сигнал. Примером может быть скоростная стрельба из пистолета по силуэтам, старт в беге и т. п. Все остальные типы реакций — когда заранее не
известно, что именно надо делать в ответ на сигнал и каким будет этот сигнал, — называются сложными. В двигательных реакциях различают:
а) сенсорную фазу — от момента появления сигнала до первых признаков мышечной активности (обычно они регистрируются по ЭМГ, т. е. по появлению электрической активности в соответствующих мышечных группах);
б)премоторную фазу (электромеханический интервал — ЭМИ) — от появления электрической активности мышц до начала движения. Этот компонент наиболее стабилен и составляет 25—60 мс;
в) моторную фазу — от начала движения до его завершения (например, до удара по мячу).
11. Эргометрией называется совокупность количественных методов измерения физической работоспособности человека. Развитие эргометрии связано с необходимостью охарактеризовать различные режимы выполнения двигательных заданий на количественном уровне. Для этого выбраны три основные переменные.
1. Интенсивность выполняемого двигательного задания. Этим обозначается одна из двух механических величин: а) скорость передвижения спортсмена (например, в беге – единица измерения м/с); б) мощность (например, при педалировании на велоэргометре — единица измерения – Вт).
2. Объём выполненного двигательного задания. Этим обозначается одна из двух механических величин: а) пройденное расстояние (например, в циклических упражнениях (беге, беге на лыжах, коньках, плавании и т. п.) – единица измерения – м); б) выполненная работа (в физическом смысле, например, при вращении педалей велоэргометра, подъёме штанги – единица измерения – Дж).
3. Время выполнения (единица измерения – с).
Показатели интенсивности, объёма и времени выполнения называются эргометрическими показателями. Один из них всегда задаётся как параметр двигательного задания, два других измеряются.
Например, первый тест – задаётся параметр – дистанция 3000м. Измеряется время пробегания дистанции (например, 12 мин); из этих показателей высчитывается скорость: V = S / t; V = 3000 м / 720 с = 4,16 м/с.
Второй тест – задаётся параметр – бег 12 мин. Измеряется пройденная дистанция (например 3000м). Высчитывается средняя скорость: V = S / t; V = 3000 / 720 = 4, 16 м/с.
Третий тест – задаётся средняя скорость – бег со скоростью 4,16 м/с. Измеряется время выполнении задания до снижения скорости (например – 12 мин). Высчитывается расстояние: S = V · t; S = 4,16 · 720 с = 3000м. То есть, если испытуемый сможет поддерживать среднюю скорость во время бега (например на тредбане) в течении 12 мин, то он преодолел бы расстояние 3000м.
На этих примера доказано, что если величины времени, интенсивности и объёма двигательных заданий соответствуют друг другу, то при разных вариантах заданий получаются совпадающие результаты. Поэтому результаты, полученные в заданиях одного типа можно переносить на задания другого типа, если только задаваемые и регистрируемые показатели совпадают. Это так называемое правило обратимости двигательных заданий.
Электромеханическая система рекуперации энергии выхлопных газов гибридного автомобиля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Овсянников Евгений Михайлович, Гайтова Тамара Борисовна, Корюшкин Сергей Анатольевич
В статье описывается состав системы рекуперации энергии выхлопных газов и приводится структурная схема гибридной силовой установки.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Овсянников Евгений Михайлович, Гайтова Тамара Борисовна, Корюшкин Сергей Анатольевич
Система управления турбоэлектрокомпрессором гибридного автомобиля
Турбоэлектрокомпрессор: возможности, конструкция и перспективы
Альтернативный источник электрической энергии на автомобиле: использование энергии отработавших газов
Результаты разработки регулируемого турбоэлектрокомпрессора
Применение ветрогенератора для зарядки тяговых аккумуляторных батарей
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Electromechanical energy recovery system of exhaust gas at hybrid car
The paper describes the composition of exhaust gas energy recovery system and provides a structural diagram of the hybrid power plant.
Текст научной работы на тему «Электромеханическая система рекуперации энергии выхлопных газов гибридного автомобиля»
Электромеханическая система рекуперации энергии выхлопных газов гибридного автомобиля
1Е.М. Овсянников, профессор Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения (ФГБОУ)
высшего образования «Московский политехнический университет», д.т.н., Т.М. Гайтова, профессор ФГБОУ высшего образования «Московский политехнический университет», д.т.н., С.А. Корюшкин, аспирант ФГБОУ высшего образования «Московский политехнический университет»
В статье описывается состав системы рекуперации энергии выхлопных газов и приводится структурная схема гибридной силовой установки.
показывает, что при движении в режиме городского цикла, представляющего собой постоянное чередование фаз разгона, равномерного движения, замедления и стоянки с работающим на холостом ходу двигателем, только около 1/5 всего времени приходится на равномерное движение. Вследствие чего эти же показатели экономии топлива и экологичности резко ухудшаются [1]. Причин этому несколько:
• недостаточное использование потенциальной мощности двигателя при движении с ограниченной скоростью в условиях города;
• постоянные затраты энергии на накопление автомобилем кинетической энергии, которая потом через короткий промежуток времени переводится в тепло и безвозвратно теряется в фазе замедления автомобиля;
• бесполезная трата энергии при работе двигателя в режиме холостого хода на остановке при движении в режиме городского цикла [2].
Одним из способов пополнения энергии на борту автотранспортного средства (АТС) является использование энергии выхлопных газов АТС посредством применения турбоэлектрокомпрессора (ТЭК). За основу можно взять ТЭК 120. Этот агрегат разработан на предприятии НПО «Турботехника» (рис. 1) [3].
Турбоэлектрокомпрессор включает в себя:
• турбину и компрессор, являющиеся лопастными машинами и состоящие из рабочих колес, жестко связанных общим валом (ротор), и корпусов;
турбоэлектрокомпрессор, обратимая электрическая машина,
тяговый электропривод, гибрид.
звестно, что современный автомобиль имеет хорошие показатели экономии топлива и экологичности при равномерном движении в довольно широком диапазоне рабочих скоростей. Однако статистика
Рис. 1. Турбоэлектрокомпрессор
• обратимую электрическую машину (ОЭМ), ротор которой жестко посажен на вал ротора турбокомпрессора, а в корпусе подшипников установлен статор ОЭМ;
• корпус подшипников турбокомпрессора, имеющий водяное охлаждение и служащий для крепления корпусов компрессора и турбины, а также размещения в нем подшипников турбокомпрессора и статора ОЭМ.
ОЭМ работает в двух режимах:
• режим генератора, когда турбина раскручивает ротор ОЭМ, и та в свою очередь направляет полученную электрическую энергию в тяговую аккумуляторную батарею (ТАБ);
• двигательный режим, подкручивающий колесо компрессора, когда кинетической энергии отработавших газов недостаточно, чтобы раскрутить колесо турбины до необходимой скорости [4, 5].
Характеристики ОЭМ [1]
Номинальная мощность в режиме генератора (двигателя). 10 кВт
Номинальные обороты ротора. 70 000 мин1
Максимальные обороты ротора. 100 000 мин1
Число полюсов. Два
Номинальное напряжение. 110 В
Момент трогания. 0,1 Нм
Коэффициент полезного действия, не менее [6]. 0,9
Номинальная полная мощность в двигательном режиме
= 0,9 — коэффициент мощности для синхронного двигателя, ра-
ботающего с опережающим током; Рном — номинальная мощность двигателя; Пном = 0,9 — коэффициент полезного действия.
АОГМТ «Национальная газомоторная ассоциация» (НГА) |(
Номинальная полная мощность в генераторном режиме
^нои^т-—-г = ^ „„ = 13,889 кВт,
52 НОИГ(ЛномСо5фноиг) 0,9-0,8 ‘ ‘
где со8фном г = 0,8 — коэффициент мощности генератора, работающего с отстающим током.
Номинальный фазный ток в двигательном режиме
. _ _пит_до_ _ _ — ЛДР7Д-
‘ном ф ДВ _ ГГ ,, ~ л то оч-,о/ Л,
где ином — номинальное напряжение.
Номинальный фазный ток в генераторном режиме
. _ ним. __= 7? ОД А
Расчетная мощность в двигательном режиме
•^расдв _ ^дв ^номдв _ 1,05 ■ 12346 — 12,963 кВт,
где кдв = 1,05 — коэффициент, представляющий собой отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к номинальному напряжению, для синхронного двигателя, работающего с опережающим током. Расчетная мощность в генераторном режиме
5расг = кг Бноыг = 1,08 ■ 13889 = 15 кВт,
где кг = 1,08 — коэффициент, представляющий собой отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к номинальному напряжению, для генератора, работающего с отстающим током [7].
На рис. 2 изображена последовательная структурная схема гибридной силовой установки с включением в нее ТЭК.
ДВС работает только на генератор, при этом выбирается режим минимального расхода топлива. Энергия, вырабатываемая генератором, подается либо на ТЭД (см. рис.2), либо в накопитель энергии, либо в накопитель энергии и на ТЭД. ТЭД обеспечивает весь необходимый силовой и скоростной диапазоны транспортного средства и при замедлении АТС работает в режиме генератора, обеспечивая рекуперацию энергии торможения.
При разгоне и на больших скоростях ТАБ, включенная параллельно с ТЭГ, осуществляет питание ТЭД. Далее происходит передача крутящего момента ТЭД через ДР и ГП на колеса. Заряд тягового аккумулятора производится в те периоды движения, когда тяговый электродвигатель потребляет меньше всего энергии или вообще ее не потребляет [8].
Во время работы ДВС горячие выхлопные газы из выпускного коллектора подаются на крыльчатку турбины, раскручивая ее. Так как ротор ОЭМ и колесо
Рис. 2. Последовательная структурная схема ТЭП с ДВС и ТЭК:
ТЭП — тяговый электропривод; ТЭД — тяговый электродвигатель;
ТАБ — тяговая аккумуляторная батарея; ДР — дополнительный регулятор;
ГП — главная передача ведущего моста; БС — блок суммирования напряжений и мощностей;
РДВС — регулятор ДВС; ТЭГ — тяговый электрический генератор; РТЭГ — регулятор ТЭГ;
РТЭД — регулятор ТЭД; ЗРД — задатчик режимов движения; Мс — момент сопротивления
на валу; Мк — крутящий момент на валу; БС — блок суммирования напряжений
и мощностей; ВК — ведущее колесо; КУ — компьютер управления ТЭК;
СВО — субблок вращения ОЭМ; СЗА — субблок заряда ТАБ;
сплошная жирная линия — потоки механической энергии; сплошная тонкая линия — потоки электрической энергии; пунктирная линия — управляющие цепи
компрессора находятся на одном валу с турбиной, раскручиваются и они. Тем самым ОЭМ, работающая в генераторном режиме, начинает вырабатывать электрический ток, а компрессор вкачивает через воздушный фильтр воздух, который проходя через интеркулер охлаждается и подается в камеру сгорания вместе с топливно-воздушной смесью, увеличивая КПД работы двигателя.
Ток, полученный от ОЭМ, подается на СЗА, необходимый для преобразования трехфазного напряжения, получаемого от ОЭМ, в напряжение заряда ТАБ. В свою очередь СВО контролирует частоту вращения ротора электрической машины, чтобы удерживать ее в установленных границах.
Работу этих субблоков регулирует КУ. Именно он определяет режим работы ОЭМ — режим генератора, направляющего электрическую энергию в ТАБ, или же режим электрической машины, подкручивающей колесо компрессора, когда кинетической энергии выхлопного газа недостаточно, чтобы раскрутить колесо турбины до нужной скорости. Также КУ решает задачу коммутации избыточной электрической энергии на бортовую сеть автомобиля.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
В представленной схеме происходит последовательное преобразование всей механической энергии, получаемой от ДВС, в электрическую, а затем в системе тягового электропривода снова в механическую.
1. Овсянников Е.М., Клюкин П.Н., Акимов А.В. Производство водорода с помощью систем рекуперации энергии на борту транспортного средства // Электроника и электрооборудование транспорта. — 2015. — № 4. — С. 24-28.
2. Овсянников Е.М., Клюкин П.Н., Гайтова Т.Б. Использование водорода в автомобильном транспорте // Электроника и электрооборудование транспорта. — 2016.
3. Овсянников Е.М., Гайтова Т.Б., Клюкин П.Н., Полякова В.Н. Устройство для производства и добавления водорода в топливовоздушную смесь двигателей внутреннего сгорания // Транспорт на альтернативном топливе. — 2016. — № 6 (54). — С. 28-32.
4. Овсянников Е.М., Гайтова Т.Б., Полякова В.Н. Оптимальные законы управления тяговыми асинхронными электродвигателями // Электро. — 2014. — № 6. — С. 28-31.
5. Патент РФ №96182 «Турбоэлектрокомпрессор».
6. Каминский В.Н., Лазарев А.В., Каминский Р.В., Сибиряков С.В. Турбоэлектро-компрессор: возможности, конструкция и перспективы // Известия МГТУ «МАМИ».
— 2012. — № 2 (14). — Т. 1.
7. Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин: Учебник. — М.: Высшая школа, 2005. — 767 с.
8. Конструктивные схемы автомобилей с гибридными силовыми установками / С.В. Бахмутов, А.Л. Карунин, А.В. Круташов, В.В. Ломакин, В.В. Селифонов, К.Е. Карпухин, Е.Е. Баулина, Ю.В. Урюков. — М.: МГТУ «МАМИ», 2007. — 72 с.
Требования по подготовке статей к опубликованию в журнале
В связи с тем, что Международный научно-технический журнал Национальной газомоторной ассоциации «Транспорт на альтернативном топливе» включен в обновленный Перечень ВАКа, просьба ко всем авторам строго выполнять следующие требования при подготовке статей к публикации:
1. Все научно-технические статьи должны иметь на русском и английском языках следующие составляющие:
заголовок, ФИО авторов полностью, их должности, ученая степень (при наличии), контакты (e-mail, телефоны), аннотации, ключевые слова.
2. Все английские тексты следует набирать только строчными буквами, сохраняя начальные прописные буквы в именах собственных.
3. Авторы остальных публикаций (информационных, рекламных и т.д.) представляют на русском и английском языках: заголовок, ФИО авторов полностью, их должности, адрес и контакты (e-mail, телефоны).
Редакция журнала также доводит до сведения авторов требования, которые необходимо соблюдать при подготовке статей для публикации.
Материалы статей должны быть представлены по электронной почте в программе WinWord. Объем статьи -не более 15 000 знаков с пробелами.
Представленный текстовый материал с иллюстрациями и таблицами должен иметь сквозную нумерацию. Графический материал должен быть выполнен в формате, обеспечивающем ясность всех деталей рисунков. Формулы и символы должны быть четкими и понятными. Все обозначения в формулах необходимо расшифровать. Нумеруются только те формулы, на которые сделаны ссылки в тексте. Обозначения физических величин и единиц измерений необходимо давать
в Международной системе единиц (СИ). Обязательно соблюдение действующих ГОСТов. Текст и таблицы должны быть выполнены в программе Word в формате doc, rtf. Фотографии и графические рисунки (не менее 300 dpi, CMYK) — в формате jpg, jpeg, tiff, pdf. Не следует форматировать текст самостоятельно.
При пересылке материалов по е-mail следует сопровождать их пояснительной запиской (от кого, перечень файлов и т.д.). Объемные файлы должны быть заархивированы. При подготовке статей к печати необходимо руководствоваться документами, определяющими правила передачи информации через СМИ. Авторский коллектив должен указать ответственное лицо, с которым редакция будет вести переговоры в процессе подготовки статьи к изданию. В список литературы включаются источники, на которые есть ссылки в статье. Ссылаться можно только на опубликованные работы. Список литературы составляется в порядке употребления. В нем приводятся следующие сведения: фамилия и инициалы авторов, название работы; для журнала — название, год издания, номер, страницы, на которых размещена статья; для книг — место и год издания, издательство, общее число страниц. Редакция оставляет за собой право редакторской правки и не несет ответственности за достоверность публикации. Все внесенные изменения и дополнения в представленную к изданию статью согласовываются с автором или представителем авторского коллектива.
Редакция оставляет за собой право размещать опубликованные статьи на сайтах журнала и Национальной газомоторной ассоциации. Редакция не передает и не продает материалы для публикации в других печатных и электронных изданиях без согласования с автором (представителем авторского коллектива).
Рекуперация энергии — Energy recovery
Система рекуперации энергии Berner Tricoil наверху Центра устойчивых ландшафтов в Питтсбурге, штат Пенсильвания
Рекуперация энергии включает в себя любую технику или метод минимизация ввода энергии в общую систему посредством обмена энергией от одной подсистемы общей системы с другой. Энергия может быть в любой форме в любой подсистеме, но большинство систем рекуперации энергии обмениваются тепловой энергией либо в разумной, либо в скрытой форме.
В некоторых случаях использование вспомогательной технологии, либо дневного накопления тепловой энергии, либо сезонного накопления тепловой энергии (STES, которое позволяет хранить тепло или холод между разными сезонами), необходимо для того, чтобы рекуперация энергии стала возможной. Одним из примеров является отработанное тепло от оборудования для кондиционирования воздуха, хранящееся в буферном баке для помощи в ночном нагреве. Другой пример — это приложение STES на литейном заводе в Швеции. Отработанное тепло утилизируется и накапливается в большой массе естественной коренной породы, пронизанной группой из 140 скважин (диаметром 155 мм), оборудованных теплообменником, глубиной 150 м. Этот склад используется для обогрева соседнего завода по мере необходимости, даже спустя месяцы. Примером использования STES для восстановления и использования естественного тепла, которое в противном случае было бы потрачено впустую, является Drake Landing Solar Community в Альберте, Канада. Сообщество использует группу скважин в скальной породе для межсезонного накопления тепла, и это позволяет получать 97 процентов круглогодичного отопления помещений от солнечных тепловых коллекторов на крышах гаражей. Еще одно применение STES — восстановление холода зимой путем циркуляции воды через сухую градирню и ее использования для охлаждения глубокого водоносного горизонта или группы скважин. Позже холод возвращается из хранилища для летнего кондиционирования воздуха. С коэффициентом полезного действия (COP) от 20 до 40 этот метод охлаждения может быть в десять раз более эффективным, чем обычное кондиционирование воздуха.
- 1 Принцип
- 2 Системный подход
- 3 Примеры
- 3.1 Electric Turbo Compound (ETC)
Принцип
Обычно этот принцип применяется в системах которые имеют поток выхлопных газов или поток отходов, который передается из системы в окружающую среду. Некоторая часть энергии в этом потоке материала (часто газообразный или жидкий ) может передаваться потоку подпиточного или входящего материала. Этот входной массовый поток часто исходит из окружающей среды системы, которая в условиях окружающей среды имеет более низкую температуру, чем поток отходов. Этот перепад температур обеспечивает передачу тепла и, таким образом, передачу энергии или, в данном случае, рекуперацию. Тепловая энергия часто рекуперируется из потоков жидких или газообразных отходов в воздухозаборники свежей подпитки воздуха и воды в зданиях, например, для HVAC системы или технологические системы.
Системный подход
Энергопотребление — ключевая часть большинства видов деятельности человека. Это потребление включает преобразование одной энергетической системы в другую, например: преобразование механической энергии в электрическую, которая затем может приводить в действие компьютеры, свет, двигатели и т. Д. Входная энергия продвигает работу и в основном преобразуется в нагревают или следует за продуктом в процессе в качестве выходной энергии. Системы рекуперации энергии собирают выходную мощность и предоставляют ее в качестве входной мощности для того же или другого процесса.
Система рекуперации энергии закроет этот энергетический цикл, чтобы предотвратить возвращение входящей мощности обратно в природу и использовать ее в других формах желаемой работы.
Примеры
- Рекуперация тепла реализована в источниках тепла, например, сталелитейный завод. Нагретая охлаждающая вода из технологического процесса продается для отопления домов, магазинов и офисов в окрестностях.
- Регенеративное торможение используется в электромобилях, поездах, тяжелых кранах и т. Д., Где энергия потребляемые при повышении потенциала возвращаются поставщику электроэнергии при высвобождении.
- Системы активного снижения давления, в которых перепад давления в потоке жидкости под давлением восстанавливается, а не преобразуется в тепло в редукционном клапане и сбрасывается.
- Вентиляция с рекуперацией энергии
- Рециркуляция энергии
- Рециркуляция тепла воды
- Вентиляция с рекуперацией тепла
- Парогенератор с рекуперацией тепла
- Циклонный двигатель для отработанного тепла
- Водородный турбодетандер-генератор
- Тепловой диод
- Термический окислитель
- Термоэлектрические модули
- Рекуператоры отходящего тепла
Электротурбо-компаунд (ETC)
Электротурбо-компаунд (ETC) поперечное сечение
Электротурбо-компаундирование (ETC) — технологическое решение к задаче повышения топливной эффективности газовые и дизельные двигатели за счет утилизации отработанной энергии из выхлопных газов.
Воздействие на окружающую среду
Существует большой потенциал для рекуперации энергии в компактных системах, таких как крупные промышленные предприятия и коммунальные предприятия. Вместе с энергосбережением должно быть возможно резко сократить мировое потребление энергии. Результатом этого будет:
- Уменьшение количества угольных электростанций
- Уменьшение количества взвешенных в воздухе частиц, NOx и CO2 — улучшение качества воздуха
- Замедление или уменьшение изменения климата
- Снижение расходов на топливо на транспорте
- Увеличение доступности сырой нефти
- Изменение отраслей и экономики не полностью изучено
В 2008 г. Том Кастен, председатель Recycled Energy Development, сказал: «Мы думаем, что мы могли бы производить от 19 до 20 процентов электроэнергии в США за счет тепла, которое в настоящее время выбрасывается промышленностью».
Исследование Министерства энергетики 2007 г. показало, что потенциал комбинированного производства тепла и электроэнергии (с использованием рекуперации энергии) в США составляет 135 000 мегаватт, а исследование Национальной лаборатории Лоуренса Беркли выявило около 64 000 мегаватт, которые могут можно получить из промышленных отходов энергии, не считая ТЭЦ. Эти исследования показывают, что около 200 000 мегаватт, или 20% от общей мощности, может быть получено за счет рециркуляции энергии в США. Широкое использование рециркуляции энергии, таким образом, может снизить выбросы глобального потепления примерно на 20 процентов. Действительно, по состоянию на 2005 год около 42% выбросов парниковых газов в США было связано с производством электроэнергии и 27% — с производством тепла.
Однако трудно количественно оценить воздействие мировой энергетики на окружающую среду. реализация восстановления в некоторых секторах. Основными препятствиями являются:
- Отсутствие эффективных технологий для частных домов. Системы рекуперации тепла в частных домах могут иметь КПД не более 30%. Возможно, более реалистичным будет использование энергосбережения, например теплоизоляция или улучшенные здания. Многие области в большей степени зависят от принудительного охлаждения, а системы отвода тепла из жилых помещений для использования в других целях широко не доступны.
- Неэффективная инфраструктура. В частности, для рекуперации тепла требуется небольшое расстояние от производителя до потребителя. Решением может быть перемещение крупного потребителя к производителю. Это может вызвать другие сложности.
- не готов. Поскольку транспортный сектор использует около 20% энергии, большая часть энергии уходит на преодоление силы тяжести и трения. Электромобили с рекуперативным торможением кажутся лучшим кандидатом для рекуперации энергии. Ветряные системы на кораблях находятся в стадии разработки. В этой области известно очень мало работ по авиационной отрасли.
См. Также
- Эффективное использование энергии
- Энергосбережение
- DWEER
- Список проектов по хранению энергии
- Механическая рекомпрессия пара
- Анализ сдавливания
Ссылки
Внешние ссылки
На Викискладе есть носители, относящиеся к Рекуперация энергии . - Рекуперация тепла: руководство по ключевым системам и приложениям — Carbon Trust
- Восстановление энергоресурсов — Национальная лаборатория Айдахо
- Восстановление энергии при сжигании твердых бытовых отходов -EPA
- Финансирование 26 проектов: Методы рекуперации энергии, изученные с помощью грантов для студентов ASHRAE
- Рекуперация тепла в промышленности
Система рекуперативного торможения: энергию торможения — в дело
При торможении любого транспортного средства происходит бесполезная трата энергии — в этом случае кинетическая энергия переходит в тепло, которое рассеивается в атмосфере. Однако в электрическом транспорте проблема потери энергии успешно решается с помощью системы рекуперативного торможения — об этой системе, принципах ее работы и применении в автотранспорте читайте в статье.
Что такое рекуперативное торможение
Обычно при рассмотрении характеристик автомобиля основное внимание уделяется мощности его двигателя, динамике и т.д. Однако не менее важное значение, чем количество лошадиных сил, имеет и тормозная система, ведь без нее безопасное движение на автомобиле было бы невозможно.
В автомобилях в ДВС используется классическая тормозная система, в основу которой заложен фрикционный механизм — колодки, трущиеся о диск или барабан. Работа таких тормозов сводится к простому преобразованию кинетической энергии автомобиля в тепловую за счет сил трения между колодками и диском, и дальнейшему рассеиванию тепла в атмосфере. При этом энергия тратится бесполезно и теряется безвозвратно.
Проблему бесполезной потери энергии конструкторы подметили давно, и на протяжении многих десятков лет они ищут пути ее решения. Наиболее успешное решение — рекуперативная система торможения, которая сначала была внедрена в железнодорожном транспорте, а затем стала использоваться и на автомобилях. Но на автомобилях не простых, а электрических или гибридных.
Рекуперация — это компенсация (или возврат) затрат энергии, а значит, рекуперативная система торможения — это такая система, которая возвращает часть затраченной на торможение транспортного средства энергии. При этом возможны два случая:
— На электрическом транспорте — при рекуперативном торможении вырабатывается электроэнергия, которая либо запасается в аккумуляторах, либо поступает в контактную сеть;
— На неэлектрическом транспорте — при рекуперативном торможении запасается кинетическая энергия (обычно с помощью массивного маховика), которая впоследствии затрачивается на разгон.О каждом типе рекуперативных систем торможения необходимо рассказать более подробно.
Принцип работы электрической системы рекуперативного торможения
Работа электрической системы рекуперации сводится к следующему. Тяговые электродвигатели (ТЭД) при необходимости торможения транспортного средства (железнодорожного состава или автомобиля) отключаются от электропитания и переходят в генераторный режим, то есть начинают сами вырабатывать ток. В этом режиме на валах электродвигателей возникает тормозной момент, который и приводит к снижению скорости транспортного средства.
В чем причина возникновения тормозного момента? Она кроется в основах электродинамики: при вращении ротора в его обмотке и обмотке статора возникают токи противоположного направления — взаимодействие этих токов и приводит к торможению ротора. При этом на выработку электроэнергии тратится запасенная транспортным средством кинетическая энергия, и по ее истощению (преобразованию в тепло и электроэнергию) происходит снижение скорости поезда или автомобиля.
Нужно отметить, что наибольшее распространение рекуперативное торможения получило на железнодорожном транспорте, особенно на грузовых локомотивах постоянного тока, что обусловлено сложностью рекуперации машин на переменном токе. При этом система рекуперации используется не для полного торможения состава, а для снижения скорости перед основным торможением и для поддержания оптимального скоростного режима при движении с уклоном. Так как масса поездов большая (тысячи тонн), эффект от рекуперации значителен и оборачивается экономией в миллионы рублей в год.
Рекуперативное торможение в гибридных и электромобилях
Режим ускорения Режим торможения 
Рекуперацию в гибридных и электрических автомобилях реализовать сложнее, чему виной и небольшая масса, и специфика режима движения. В частности, рекуперативная система торможения крайне неэффективна при движении в плотном потоке с частыми, но небольшими разгонами и торможениями — электродвигатели в таком режиме не обеспечивают достаточного торможения, да и энергии они вырабатывают крайне мало. При длительных разгонах и торможениях, а также при движении с горки рекуперация более эффективна, однако рядовой владелец электромобиля или «гибрида» нечасто выезжает за город или переезжает из города в город.
Поэтому на автомобилях система рекуперативного торможения является на основной, а дополнительной — основное торможение производится с помощью обычных фрикционных тормозов. Кроме того, современные тормоза гибридных и электрических автомобилей — это сложная компьютеризированная система, которая рассчитывает оптимальные режимы торможения, перераспределяет нагрузку между фрикционной и рекуперативной системами торможения, контролирует работу ABS и т.д.
На сегодняшний день рекуперация используется довольно редко, такой системой оснащены несколько серийных моделей автомобилей Toyota. Chevrolet, Nissan, а также знаменитого электромобиля Tesla. И, несмотря на то, что некоторые из этих машин выпускаются более десяти лет, необходимость в рекуперативной системе торможения все еще вызывает споры.
Неэлектрические способы рекуперативного торможения
Рекуперация возможна не только на электрическом транспорте, но и на обычных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания. Как было сказано выше, один из самых простых принципов механической рекуперации сводится к запасанию кинетической энергии автомобиля во вращающемся (с частотой десятки тысяч оборотов в минуту) массивном маховом колесе, с дальнейшим использованием этой энергии для разгона транспортного средства. Такая система (она называется Kinetic Energy Recovery Systems — KERS) довольно сложна в реализации (хотя сама эта идея далеко не нова — маховики для движения используются более века), а ее применение на обычных машинах не дает практически никаких преимуществ.
Несмотря на это, с 2014 года наличие такой системы станет обязательным в болидах «Формулы-1», а в ближайшие годы на рынке могут появиться и серийные автомобили с механической рекуперацией от Volvo. Как заявляют сторонники рекуперации, использование маховика может значительно снизить расход топлива (а значит и токсичность автомобиля), однако будет ли такая система действительно эффективна — покажет время и количество продаж необычных автомобилей.
Другие статьи
#Омывающие жидкости
29.09.2023 | Статьи о запасных частяхЗима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге. В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.
#Рассухариватель клапанов
21.06.2023 | Статьи о запасных частяхЗамена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.
#Переключатель света с регулировкой шкалы
14.06.2023 | Статьи о запасных частяхВо многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье.
#Пластина распределителя зажигания
07.06.2023 | Статьи о запасных частяхОдной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя. Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье.