Когда рекуперация встречается с ИБП?
Проблема возникает с определенными типами индустриальной нагрузки, чаще всего это какие-то станки или другие устройства с механическим приводом. Ими управляют так называемые частотные преобразователи или сервоприводы, которые по сути тоже являются частотными преобразователями с обратной связью. Когда на двигатель такой установки перестают подавать питание, он может переключиться в режим генератора, начать вырабатывать электроэнергию во время торможения и подавать ее во входную сеть.
Современные промышленные установки с рекуперацией часто защищают с помощью ИБП от сбоев по питанию. Для примера можно рассмотреть станки с ЧПУ, использующиеся для высокоточной обработки дорогостоящих заготовок. Технологический цикл должен завершиться корректно, а если процесс прервется, восстановить его не получится и заготовку придется утилизировать. Стоить она может не один миллион рублей, если говорить о машиностроении, судостроении и авиастроении, а также о военной и космической технике.
Oh no, there’s been an error
Наличие большого количества сильных магнитов в двигателе прямого привода и отсутствие обгонной муфты приводит к тому, что двигатель существенно подтормаживает колесо велосипеда даже при отсутствии питания. А при работе двигателя в режиме генератора это торможение можно сравнить с движением в достаточно крутую гору. Причем скорость движения при этом должна быть около 20 км/час. При скорости 20 км/час зарядный ток аккумулятора будет около 2 ампер. (При таком токе аккумулятор емкостью 10 A/час зарядится за 5 часов.) Велосипедист при этом должен развивать мощность 2A*48В= 96 Вт. Однако здесь не учтены потери в системе преобразования энергии и потери при зарядке. А они составляют около 50%. Другими словами – велосипедисту необходимо развить мощность для зарядки аккумулятора в два раза большую – приблизительно 180 Вт. Следует также учесть, что для движения с такой скоростью на обычном велосипеде велосипедист должен отдавать мощность около 100 Вт. Суммарная мощность, требуемая от велосипедиста, для зарядки аккумулятора и само передвижение со скоростью, по крайней мере, в 20 км/час составит около 180+100=280 Вт. Для справки: — хороший спортсмен велосипедист может отдавать кратковременно, мощность 500-600 Вт; — при движении в гору с большим уклоном нетренированный человек может кратковременно отдавать мощность 220-290 Вт; Нетрудно сделать вывод, что ехать на велосипеде в таком режиме, сколько ни будь продолжительное время нереально.
Недаром практически на все электровелосипеды заводского изготовления устанавливают не двигатели прямого привода способные работать в генераторном режиме, а двигатели с редуктором и обгонной муфтой. И это неспроста. Если сравнивать экономичность этих двух двигателей, то можно увидеть, что редукторные двигатели более чем на 30% экономнее расходуют энергию, запасенную в аккумуляторной батарее, чем двигатели прямого привода, и они не тормозят движение при отсутствии питания. Ко всему, редукторные двигатели в два раза легче – если сравнивать двигатели с эквивалентным вращающим моментом. По этой причине почти на всех серийно изготавливаемых электровелосипедах устанавливают только редукторные двигатели. Сравните: — используя двигатель прямого привода и систему рекуперации, вы можете вернуть в батарею максимум 5% энергии, а если будете использовать редукторный двигатель, то сможете, сэкономить 30% энергии запасенной в батарее, другими словами проехать расстояние на 30% больше, чем на двигателе прямого привода. И ваш велосипед будет существенно легче. Выбор как говорится очевиден. Применив в качестве движущей силы на велосипеде мотор-колесо с редукторным двигателем идею рекуперации энергии на электровелосипеде можно успешно забыть, выиграв при этом около 30% пробега на одной зарядке.
Двигатели прямого привода логично применять, если Ваша цель скорость и Вас не сильно волнует экономическая сторона вопроса. В таком случае этому двигателю не будет конкурента со стороны редукторного собрата. Если необходима скорость более 50 км/час, приготовьтесь взять двигатель мощностью 1000 – 1500 Вт (максимальная мощность 1500-2500 Вт) в комплекте с энергоемкой , тяжелой и дорогостоящей аккумуляторной батареей. Батарея должна быть рассчитана на номинальный разрядный ток 20-30 A. Велосипед будет очень тяжелым. Это будет уже не велосипед. Это уже скорее скутер.
Система рекуперации с накопительным конденсатором
Период торможения автомобиля длится достаточно короткое время. Поэтому из-за технологических особенностей устройства современных аккумуляторных батарей (а вернее химических процессов, происходящих при их подзарядке) сохранить большое количество энергии в них довольно трудно. Компания Mazda разработала систему рекуперации с использованием накопительного конденсатора. В процессе торможения специальный генератор с напряжением 12÷25 В за короткий отрезок времени заряжает емкость. Далее накопленная энергия через конвертор (DC/DC) преобразуется в привычные 12 В и поступает либо на различные потребители (кондиционер, CD-плейер и так далее), либо подзаряжает штатную аккумуляторную батарею. По утверждению производителя экономия топлива составляет не менее 10%.
Использование системы рекуперации в механизме подвески
Естественно, любой разработчик всегда хочет извлечь максимальную выгоду из всего, поэтому рациональные инженеры пошли ещё дальше: они решили использовать кинетическую энергию подвески, работающей во время обычного движения. Разработкой такой системы занимаются фирмы Levant Power и ZF, так что в будущем, такими приспособлениями могут быть оснащены все серийно производимые автомобили.
Как работает рекуперативная подвеска
В состав системы входит небольшой электрический движок, четыре электрогидравлических насоса и блок управления. Аппаратура монтируется около каждого амортизатора, а при перемещении в них штока, кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую и подаваться на АКБ. Сочетание данной системы с традиционной рекуперацией, должно обеспечить эффективность приблизительно в 2 раза большую.
Заключение
Рекуперативное торможение — одно из самых полезных изобретений! Действительно, зачем пропадать энергии даром, если её можно использовать с пользой. Самую большую выгоду от рекуперации имеют электропоезда — вот там реально глобальные масштабы (с них кстати всё и началось), а самую маленькую — лёгкий индивидуальный электротранспорт: мотоциклы, скутера, велосипеды, самокаты и т. п. Также, большую роль играет местность, по которой будет двигаться транспортное средство. К примеру в городе, глупо ожидать от рекуперации больших успехов, ведь там, автомобили, итак, ползут черепашьим темпом и к интенсивному замедлению водители прибегают не часто. Зато вот на холмистой местности, действительно можно «разгуляться». В любом случае, некоторое количество затраченный энергии, вы таки будете получать обратно — иногда больше, иногда меньше. Поэтому, данная система имеет полное право на существование!
Преимущества устройства
Подобный тип устройств становится все популярнее из-за отсутствия необходимости проветривания помещения летом и зимой, как следствие выпускания наружу драгоценных градусов. В жару аппарат создаёт приток очищенного специальным фильтром воздуха.
Все процессы полностью автоматизированы. Зимой поступающие потоки свежего воздуха будут подогреты, летом – охлаждены.
Вентиляция с рекуператором имеет ряд сильных сторон:
- существенно экономятся финансы на отопление;
- система значительно экономнее отдельных вытяжных вентиляторов;
- качественно удаляются неприятные тяжёлые запахи и частицы пыли;
- простота при монтаже и эксплуатации;
- практически отсутствие затрат на использование устройства;
- все процессы автоматизированы;
- срок эксплуатации системы достаточно продолжительный и не требует постоянного вмешательства.
Устройство используют беспрерывно или периодически. Независимо от этого жилище всегда качественно насыщается чистым атмосферным воздухом без потери тепла или свежести.
Пример приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла и влагиИсточник turkov.ru
Параметры режима работы тяговой сети переменного тока при рекуперации электроэнергии
Инвертор, преобразующий электроэнергию рекуперации постоянного тока тяговых двигателей в переменный ток СТЭ, располагается на ЭПС и относится к категории ведомых сетью.
При рекуперации электроэнергии на переменном токе 25 кВ активная энергия рекуперации генерируется ЭПС в СТЭ, а реактивная энергия потребляется из сети внешнего электроснабжения так же как в режиме тяги. Это увеличивает реактивное электропотребление электровозами в межподстанционной зоне.
————-> P ¦ Режим
————-> Q ¦ тяги
—————————————————
————-> Q ¦ рекуперации
Рис. Направления электроэнергии в режимах тяги и рекуперации ЭПС.
Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме тяги составляют для диодных ЭПС φЭ = 370эл, для тиристорных ЭПС φЭ = 420эл. Коэффициент реактивной мощности для режима тяги tg φЭ = Q/P диодных ЭПС составляет tg 370 = 0,754, тиристорных ЭПС — tg 420 = 0,9. Следовательно реактивное электропотребление ЭПС в режиме тяги QТ = (0,75÷ 0,9)P. Реактивное электропотребление в режиме тяги составляет (75÷ 90) % от активного.
Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме рекуперации составляют φЭ = 60 эл. гр. Коэффициент реактивной мощности для режима рекуперации tg φЭ = Q/P составляет tg 600 = 1,73. Следовательно, реактивное электропотребление ЭПС в режиме рекуперации QР = 1,73P. Реактивное электропотребление в режиме рекуперации составляет 170 % от активного.
При совместной работе в межподстанционной зоне ЭПС в режимах тяги и рекуперации значительно увеличивается реактивное электропотребление. Оптимальный режим в межподстанционной зоне соответствует равенству активного электропотребления ЭПС в режимах тяги Рт и активной генерации в режимах рекуперации Рр (Рт = Рр). При этом реактивная мощность на тягу Qт = 0,9Р, реактивная мощность на рекуперацию равна Qр = 1,73Рт и суммарное реактивное электропотребление Q∑ = (0,9 + 1,73)Рт = 2,63Рт. Соотношение К = 2,63/0,9 = 2,92. Следовательно, реактивное электропотребление в межподстанционной зоне в оптимальном режиме рекуперации увеличивается в 3 раза. Так как соотношения активного электропотребления ЭПС в режимах тяги и генерации меняется, то следует считать, что реактивное электропотребление увеличивается в диапазоне 1, 7 ÷ 3 раза по сравнению с режимом тяги.
Рассмотрим линейные и векторные диаграммы тока и напряжения тяговой сети в режимах тяги и рекуперации при одностороннем питании контактной сети.
Режим тяги.
Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме тяги: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1t – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.
Потеря напряжения в режиме тяги
∆ Uтс = Iт RТС cos φТ + Iт Хтс sin φТ = Iат RТС + IрХТС.
Напряжение у источника
U1 = Uэпс + ∆ Uтс.
Режим рекуперации.
Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме рекуперации: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1Р – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.
| Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения в режиме рекуперации: Iэ –полное значение тока; Iра, Iрр – активная и реактивная составляющие тока ЭПС; φр – угловой сдвиг между током и напряжением. |
Что это такое?
Само слово «рекуперация» в переводе с латыни значит «обратное получение» или «возмещение». Предполагается, что мы что-то теряем, но благодаря продуманной схеме инженерного оборудования или развитым технологиям повторной переработки получаем возможность еще раз использовать то, что можно было считать уже утерянным. Говоря простыми словами, рекуперация – это повторное использование чего-либо.
В настоящее время с примерами рекуперации можно столкнуться в различных отраслях человеческой деятельности – они могут касаться как неких материальных ценностей, так и энергии всех видов. Благодаря рекуперации товары и услуги становятся дешевле в производстве, а следовательно, и на рынке, кроме того, снижается нагрузка на Землю в целом, а иногда – и на некоторые инженерные сооружения. На самом деле понятие рекуперации весьма обширное и при этом очень простое, но без конкретных примеров человеку, впервые столкнувшемуся с этим явлением, может быть сложно охватить его целиком. Чтобы исправить эту ситуацию, пройдемся вкратце по разным видам рекуперации.
Разновидности рекуператоров для вентиляции
Встречающиеся в продаже виды рекуператоров различаются конструкцией. Это определяет эффективность устройства, а также может накладывать ограничения на область использования.
Пластинчатый
Модели очень популярны благодаря доступной цене и высокой эффективности. Этому способствует и простая установка. Часто их приобретают для коттеджных построек, помещений коммерческого назначения. Рекуперация воздуха в них осуществляется во время прохождения через конструкцию из большого числа пластинок. Строение таких приборов предрасполагает к накапливанию конденсированной влаги, поэтому часто их оснащают затворными приспособлениями, не дающими вентилятору засасывать и направлять воду в вентканал. Зимой возникает риск появления льдинок.
Роторный
Принцип работы роторного рекуператора
Рекуператор тепла оснащен крутящимся ротором. Он осуществляет передачу теплоты между приточным и отточным путями. Скорость движения определяет показатели рекуперации. Устройства имеют высокий КПД (до 90%) и соответствующую стоимость. Используются в крупных помещениях промышленного и иного назначения. Открытость конструкции повышает вероятность перемещения запахов из отработанного воздуха в поступающий.
С промежуточным теплоносителем
Обычно в роли жидкого теплоносителя, циркулирующего между парой теплообменных элементов, выступает простая вода. Иногда используется раствор этиленгликоля. Один обменник монтируют в приточном вентканале, второй – в отточном. Жидкость подогревается отработанным воздухом и отдает теплоту приточному. Благодаря замкнутости конструкции грязь и запахи из вытяжного канала не поступают в приточный
У такого рекуператора невысокий КПД (50-60%), поэтому ставят его в тех местах, где важно исключить смешивание потоков. Обычно это подразумевает высокую загрязненность отработанного воздуха или его насыщенность вредными соединениями
Камерный
В основе конструкции – камера, поделенная на 2 зоны перегородкой. Отработанный воздух подогревает одну из частей. Перегородка меняет направление потока воздуха так, что происходит подогрев приточных масс от теплой внутренней поверхности камеры. Устройство достаточно эффективно (до 80%), но существует вероятность попадания запахов и грязи в струю, поступающую в помещение.
Тепловые трубы
В основе этой конструкции – трубочки, наполненные фреоном. Отработанные массы, идя через устройство, передают трубам свое тепло, газ испаряется. При прохождении идущего с улицы воздуха через систему происходит конденсация пара с переходом вещества в жидкую форму. КПД такого рекуперативного устройства невысок (до 70%).
Техника изготовления устройства своими руками
Технически все довольно просто. Понадобятся несколько пластиковых пластинок толщиной около 4 мм, четыре пластиковых фланцевых соединения и лист оцинкованного металла.
Рекуператор воздуха для частного дома создаётся в следующей последовательности:
- Производится нарезка металлических и пластиковых пластин (размер произвольный, допустим 30х30см).
- На каждую пластину силиконом приклеивается по контуру две параллельные рейки из фанеры, пластика или пробки. Крайние пластины остаются чистыми. Даётся время, чтобы заготовки основательно приклеились.
- Затем рейки покрываются клеем и пластины укладываются перпендикулярно друг другу и склеиваются в своеобразную кассету. Это и станет будущим теплообменником с перпендикулярно направленными каналами.
Видео описание
Один из вариантов изготовления пластинчатого рекуператора из сотового полипропилена, смотрите в этом видео:
- Количество пластин определяется индивидуально, но их количество прямо пропорционально производительности и КПД изделия.
- После высыхания кассета заключается в каркас, по бокам устанавливаются фланцевые соединения, а щели заделываются герметиком. Кассету лучше делать съёмной. В одном корпусе можно устанавливать несколько кассет. Это лишь повысит КПД.
- Изделие будет устанавливаться в виде ромба, поэтому в нижнем углу необходимо предусмотреть дренажное отверстие для отвода конденсата.
- Во входящих каналах рекомендуется установить элементарные съёмные кассетные фильтры. А корпус лучше обложить внутри слоем минеральной ваты.
- Чтобы обеспечить принудительную вентиляцию, возможна установка вентиляторов с регуляцией скорости вращения.
Принудительная вентиляция особенно актуальна зимой. Принудительно выгоняемый периодически тёплый воздух из помещения помогает разморозиться обледенелому теплообменнику, что возобновит приток свежего воздуха в здание.
Пример проекта вентиляции помещения с рекуператоромИсточник stroy-podskazka.ru
Как правильно выбрать рекуператор
Главное при выборе – учёт местного климата. Так пластинчатые устройства будут удобны лишь при умеренном климате.
На что обратить внимание:
Лучшая модель – самая экономная в энергетическом плане. Вентиляторы будут энергозатратны. Однако многое зависит ещё и от их мощности.
Важен размер фильтрационной части устройства. Соотношение её к размеру помещения влияет на затраты электроэнергии и сроки эксплуатации устройства
Нужно помнить, что расход энергии увеличивается при загрязнённом фильтре.
Следует обратить внимание на тип фильтров, которые могут очищать только крупные загрязнения (G3), крупную пыль (M5) или все, вплоть до мелкой пыли (F7).
Нужно правильно подбирать устройство, чтобы производительность его соответствовала потребности и габаритам помещения.
Важная роль у системы управления процессом. Предпочтительнее модели автоматикой и широким выбором режимов, позволяющих менять интенсивность работы.
Эти несложные рекомендации позволят выбрать максимально эффективный и подходящий прибор. Качественный монтаж и правильная эксплуатация приведут к хорошей работоспособности и производительности.
Видео описание
Практически все вопросы по созданию вентиляции для небольшого помещения, раскрыты в этом видео:
Коротко о главном
Рекуператор – это устройство, позволяющее обеспечить приток свежих и чистых потоков воздуха в помещение без лишних энергозатрат. Зимой оно предотвращает потерю комнатного тепла, а летом препятствует проникновению горячего воздуха внутрь помещения.
Это устройство имеет ряд преимуществ перед обычной системой вентиляции
Однако, выбирая себе рекуператор, важно учесть много факторов – необходимый тип устройства, размер обслуживаемого помещения, климат, влажность и т.д. Важно заранее продумать возможность установки прибора в помещении, его стоимость, производительность
От всего этого напрямую зависит эффективность вентиляции, а значит качество и комфорт жизни в доме.
Рекуперация тепла выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания с системами цикла Ренкина
Легковые автомобили
Учитывая новые американские, европейские, японские или китайские правила, которые все более и более строгие в отношении выбросов CO2, рекуперация тепла выхлопных газов кажется одним из наиболее эффективных способов рекуперации свободной энергии, поскольку тепло генерируется двигателем разными способами. Многие компании разрабатывают систему на основе цикла Ренкина:
BMW
Немецкая компания была одной из первых, кто изучил рекуперацию тепла выхлопных газов с помощью системы Ренкина под названием Turbosteamer .
Chevrolet EGHR
Гибридный автомобиль Chevrolet Malibu 2016 года оснащен системой рекуперации тепла выхлопных газов (EGHR) для ускорения нагрева охлаждающей жидкости. Это приводит к более быстрому нагреву охлаждающей жидкости двигателя, которая, в свою очередь, быстрее нагревает двигатель. Используется меньше топлива, что снижает выбросы. Это также ускорит нагрев кабины для комфорта пассажиров и разморозку окон. В гибридных приложениях он также может нагревать аккумуляторную батарею. Система охлаждения соединена с теплообменником, установленным в выхлопном газе, передающим тепловую энергию выхлопного газа в систему охлаждения. Когда двигатель прогрет, выхлопные газы отводятся в перепускную трубу.
Хонда
Honda также разрабатывает модуль, основанный на цикле Ренкина, для повышения общей эффективности гибридных автомобилей за счет рекуперации тепла двигателя и преобразования его в электричество для аккумуляторной батареи. В цикле шоссе США система цикла Ренкина регенерировала в три раза больше энергии, чем система рекуперативного торможения автомобиля.
Exoès
Французская компания Exoès специализируется на разработке и производстве систем рекуперации тепла выхлопных газов на основе циклов Ренкина. Система EVE, Energy Via Exhaust, приводит к экономии топлива от 5 до 15%.
FVV
Немецкий консорциум объединяет большинство производителей двигателей внутреннего сгорания во всем мире. Две рабочие группы в настоящее время изучают системы рекуперации тепла выхлопных газов на легковых автомобилях.
Грузовики
Renault Trucks: в рамках экологической инициативы All For Fuel Eco Initiative компания Renault Trucks изучает систему Rankine для автомобилей дальнего следования, которая может привести к 10% экономии топлива. Цель состоит в том, чтобы произвести достаточно энергии, чтобы обеспечить электричеством компоненты и вспомогательное электронное оборудование, а также снизить расход топлива за счет снижения нагрузки на генератор.
Система рекуперации тепла WildFire (WFHRS)
Двойная стрелка Engineerings ‘ Система WildFire рекуперации тепла (WFHRS) находится стадии разработки и утилизирует впустую тепло от охлаждающей жидкости и как выхлоп. Эта система механически добавляет мощность обратно в трансмиссию, используя двигатель Ренкина в качестве метода преобразования энергии. WFHRS разработан для множества различных приложений, как с фиксированной, так и с регулируемой частотой вращения, послепродажного обслуживания и OEM-приложений, но, как правило, ориентирован на более крупное оборудование, такое как большие шоссейные грузовики, дизельные генераторы, большие автобусы и дома на колесах, морские суда, средние дежурные грузовики и др.
Поезда
IFPEN, Enogia и Alstom разрабатывают систему под названием Trenergy, предназначенную для повышения топливной эффективности поездов .
Топливная эффективность, сокращение выбросов CO2 , надежность и стоимость — необходимые составляющие стратегии производителей Формулы 1. Автомобильный спорт также является хорошим местом для испытания и оценки технологий, которые, когда они станут надежными, а затраты, уменьшенные за счет опыта производства , можно будет адаптировать для частных автомобилей. Конструкторы Формулы 1 создали одну из первых систем рекуперации тепла выхлопных газов, и в настоящее время эти устройства являются неотъемлемой частью встроенных технологий на F1 . Рекуперация тепла должна была стать обязательной на чемпионате F1 2014 года.
