Техно-порталы и Хабр в частности не раз писали о рекуперации и возможных вариантах промышленного внедрения этого принципа, позволяющего экономить затраты на электроэнергию. Много вопросов было относительно жизненного цикла регенерационных систем, по реальному КПД и по стоимости серийного решения. Любопытные теоретические расчеты, к примеру, ранее приводились тут. Сегодняшние расчеты показывают, что современные рекуперационные системы способны если не превзойти, то как минимум сравняться по потенциалу генерации энергии со всей индустрией возобновляемой энергетики и существенно поменять правила игры на этом рынке.
Рекуперация – изобретение велосипеда? Нет
Технологию стали применять в XX веке. Из школьного курса физики мы знаем, что любой электродвигатель не только потребляет энергию, но и может сам ее произвести. Это происходит во время торможения. Когда с обмотки статора электродвигателя снимается напряжение, он начинает вырабатывать электроэнергию самостоятельно. К примеру, на ж/д транспорте вырабатываемую двигателем энергию передают в общую энергосеть через тяговые подстанции либо через контактную сеть — напрямую другим составам. Именно так поступали в московском метро во времена СССР, когда столичной «подземке» удавалось собирать и повторно использовать до 50% электроэнергии. Да, наше метро умело в ESG-повестку, когда это еще не было трендом.
Момент торможения поезда на станции четко совпадал с отправлением другого — того, что шел в обратную сторону. В итоге энергия от торможения одного поезда становилась топливом для другого. Но в связи с ростом метрополитена Москвы и приоритезацией пассажиропотока над вариантами экономии, рекуперационный баланс был утрачен. Поэтому пока удается собирать только около 10% энергии. Остальное уходит в тормозные резисторы, вырабатывающие тепло, которое необходимо удалять из туннелей метро. Кстати, на удаление этих избытков теряется порядка 53% электроэнергии, расходуемой системой тоннельной вентиляции. Она уступает только потреблению подвижного состава и составляет 0,8–1,2 млн кВт⋅ч в год (расчет-пример по метрополитену Новосибирска). Подобная растрачиваемая в воздух энергия даже получила в отрасли наименование – «энергетические отходы».
Нагрев тормозных резисторов в лондонском метро. Проблема с нагревом воздуха в туннелях метро характерна не только для нашей страны.
Тепловой след тормозящего поезда. Эту энергию можно использовать повторно или бесцельно рассеять в атмосфере
Почему промышленность возвращается к этой теме и заново начинает обсуждать варианты повсеместного использования принципа рекуперации?
На это есть ряд объективных причин, которые мы попробуем рассмотреть.
Можно отметить три главных фактора, которые сдвинули вопрос внедрения рекуперационных систем с (почти) мертвой точки:
Появление новых материалов (современные электролиты);
Кардинально иной форм-фактор современной суперконденсаторной ячейки;
Мировая экологическая повестка со все новыми требованиями для промышленности.
Нет большого смысла рассуждать о том, какой из этих факторов первичен и что чем было порождено, тут все может свестись к «дилемме курицы и яйца». Попробуем разобраться, что происходит сейчас фактически и как это может повлиять на всю электроэнергетическую отрасль.
На первый взгляд, «энергетические отходы», о которых мы упомянули выше, не так вредны, как выбросы заводов или электростанций и до недавнего времени они не являлись темой экологических дискуссий. А такой важный аспект как растрачивание колоссального объема электроэнергии впустую сегодня стоит как слон в комнате и игнорировать его становится с каждым днем все сложнее.
Смотрите сами: ≈ 50% или 13 468 ТВт∙ч от всей вырабатываемой в мире энергии потребляют электродвигатели, способные до половины этого объема вернуть благодаря рекуперации.
Спорить о необходимости использования этих, уже имеющихся, экологически чистых энергетических ресурсов излишне. В мире ежегодно возводятся все новые объекты возобновляемой энергетики (ВИЭ). В конце прошедшего года на Хабре уже писали, что Международное энергетическое агентство сообщает о том, что в 2021 году будет установлен мировой рекорд по производству возобновляемых источников. Это превышает достижения 2020 года. До конца 2021 года будет введено 290 ГВт дополнительных мощностей по производству «зеленой» энергии. Солнечные электростанции продолжают в буквальном смысле «запечатывать» сельскохозяйственные площади по всему миру, ветряки врезаются в экосистему, неизбежно оказывая на нее свое влияние, гидроэнергетика доступна далеко не везде. И это при том, что внятных и экономически обоснованных способов утилизации отслуживших ВИЭ-мощностей еще никто не предложил. Даже такая страна как США, которая очень внимательна к вопросам экологии как минимум на своей территории, пока вынуждена попросту захоранивать отслужившие лопасти ветряков, ввиду невозможности их переработать.
Поэтому сегодня все больше отраслей задумываются над тем как взять уже выработанные тераватты в час электроэнергии, которые попросту выбрасываются в воздух.
Новые возможности
Безопасность является приоритетным понятием, когда мы говорим о транспорте и вариантах оптимизации его использования.
Появление нового, пожаробезопасного электролита на основе пропиленкарбоната для суперконденсаторов, позволило создать рекуперационные системы для транспорта, и в частности метрополитена, с его закрытыми пространствами. Жесткие требования к этим характеристикам не позволяли использовать системы с электролитами предыдущего поколения, которые при горении выделяли пары синильной кислоты. Новый электролит в этом плане безопасен и экологичен. По составу он, пожалуй, более всего схож с губной помадой.
Вторым важным фактором стал форм-фактор новых суперконденсаторных ячеек призматической формы, которая стала залогом отсутствия нагревов контактной части.
Токосъем на этих «плитках» распределен по всей поверхности, что позволяет отказаться от системы принудительного охлаждения. В то же время классический вид суперконденсаторных модулей более всего похож на банку Колы, где токосъем представлен двумя проводками на ребре ячейки. Выполняя свою главную функцию (прием и выдача большого объема энергии за раз), эти места нагреваются и являются своего рода ахиллесовой пятой суперконденсаторов предыдущего поколения. В отличие от призматических ячеек, решения на основе «банок» также занимают гораздо больше объема. А к объему добавляем еще и систему охлаждения.
Появление нового электролита и форм-фактора открыло возможности оборудования рекуперационными системами самого широкого спектра транспорта, а также другой техники, использующей электромоторы.
Испытания, проведенные российскими разработчиками и производителями рекуперационных систем из компании ТЭЭМП показали, что, к примеру, трамвай может регенерировать порядка 40% энергии, потребляемой при разгоне. Это 142 кВтч в день только с одной единицы транспорта — цифры сопоставимы с ежедневной выработкой солнечного парка в 1000 м².
Всего в России около 7700 трамваев. Если поставить на них систему накопления энергии, они выработают около 400 000 МВт*ч электроэнергии за год. Это позволит сэкономить на «топливе» более $29 млн и снизит выбросы CO2 в атмосферу на 180 тыс. тонн.
Если переложить показатели на масштабы такой компании, как РЖД, становится понятно, что потенциал экономии бюджетных средств может быть огромен. Крупнейший ж/д перевозчик потребляет порядка 6% всей электроэнергии, вырабатываемой в России. Почему бы не собрать эту энергию и не использовать ее повторно? Это поможет сэкономить до 50% бюджета на электроэнергию и уменьшить объем выбросов углекислого газа.
«Транспорт» может быть разным
С появлением гибридных болидов рекуперация пришла и в Формулу 1. Специально для нее в 2009 году создали KERS — кинетическую систему восстановления энергии. И польза от нее не только в экономии энергии. Система дает болидам буст, своеобразный «нитро» — прямо как в компьютерный играх. В 2014 году в автомобили стали устанавливать сразу две системы рекуперации: суммарно они увеличили их мощность на 160 л.с.
Как работает система: на трансмиссии собирается энергия, которая вырабатывается при торможении. Сопротивление генератора обеспечивает дополнительное тормозное усилие, и в то же время способствует заряду батарей болида. Когда нужна дополнительная мощность, пилот просто нажимает кнопку на руле и получает дополнительное ускорение. Электроника посылает заряд батареи на генератор, и он дает 80 дополнительных л.с. в течении почти 7 секунд.
Появление системы даже повлияло на стратегию управления болидом. Пилоты стали использовать технологию при выходе из поворотов на медленной и средней скорости. Также KERS используют на конкурентных участках — для обгона соперника или защиты позиции в гонке.
Говоря о новом форм-факторе, можно отметить, что это как раз один из тех кейсов, когда занимаемый объем и вес суперконденсаторного модуля критически важен.
Себастьян Феттель объясняет, как правильно использовать KERS
Также как и на гоночных болидах, на обычных серийных автомобилях устанавливают системы рекуперации — они запасают энергию при торможении и отдают ее двигателю обратно, когда это необходимо.
Система работает на автомобилях в рамках функции «старт-стоп». В момент сильной нагрузки на двигатель внутреннего сгорания генератор отключается, чтобы сэкономить энергию. И снова начинает работу в момент торможения — благодаря этому заряжается батарея аккумулятора. Однако тут содержится изрядная степень лукавства маркетологов – КПД подобных рекуперационных систем нигде не указывается и зачастую не превышает 3%, так как в качестве накопителя традиционно используется литий-ионный аккумулятор, не способный принимать весь объем потенциально возможной рекуперированной энергии.
Где еще?
Рекуперация находит свое применение не только на транспорте. Лифты и подъемные краны являются одним из наилучших и наиболее эффективных платформ, которые могут превращаться в импровизированную электростанцию попросту исходя из физики своей работы. По данным шведских исследователей из университета Gävle, при использовании систем рекуперации на основе суперконденсаторов на подъемно-транспортном оборудовании выработка
составляет ~ 75% от затраченного.
По сути все лифтовое хозяйство может также служить в качестве генерации. Это подтверждает опыт, полученный компанией Otis (передача энергии в домовую сеть) и испанским решением Epic Power (передача в накопитель с последующим использованием). Обе компании подтвердили эффективность на уровне 75%.
А что новенького у нас?
Energy ReCycler. Так называется рекуперационная система на основе современных суперконденсаторов, которая производится компанией ТЭЭМП. Технологию можно использовать для трамваев, поездов и электричек. Она работает на основе суперконденсаторов, что позволяет рекуперировать гораздо больше энергии, получаемой от торможения, чем это дают сделать литий-ионные накопители – 40% против 3-5%. В системе используется безопасный электролит нового поколения, а заявленный ресурс превышает 1 миллион циклов заряд-разряд. К тому же, данная система не требует регулярного обслуживания.
Исполнительный директор АО «НПП «ЭПРО», к.т.н. Владимир Анатольевич Шаряков:
«С электротранспортом мы работаем с 1991 года и у нас была хорошая возможность изучить очень многие нюансы его использования, понять каким образом расходуется энергия и где есть потенциал ее экономии. Испытания, которые мы провели совместно с московской компанией ТЭЭМП на трамвайном транспорте в Санкт-Петербурге показали, что современные системы рекуперации на основе суперконденсаторов позволяют повысить энергоэффективность подвижного состава на 40%. И эта энергия, собранная методом рекуперации в суперконденсаторы, может быть использована на месте для разгона трамвая либо повышения его автономности на участках, где питания сети отсутствует. При этом можно избежать потерь, связанных с передачей энергии по сети. Игнорировать подобные новые инструменты сохранения энергии в современных реалиях было бы попросту неразумно».
Energy ReCycler доказал свою эффективность на первых испытаниях, сейчас его используют на других тестовых проектах. По словам инженеров, окупаемость разработки в российских условиях — около 5 лет.
Комментарии (165)
Javian
14.02.2022 15:45+2Тиристорно-импульсная система управления троллейбусов дала возможность рекуперации еще к началу 1980-х.
..."что позволяет снизить энергозатраты на 25-30%" ( Киберленинка: Рекуперация энергии при торможении тягового двигателя троллейбуса )
Т.е. толку мало. Много лет назад мне говорили, что это более менее работало на Крымском троллейбусе в советские времена, когда троллейбусы в курортный сезон шли друг за другом с интервалом в несколько минут.
Earthsea
14.02.2022 16:28Помню, на лекциях называли цифру 30% и про трамвайные сети тоже.
С трамваями и троллейбусами есть еще одна беда, потери в контактной сети, которые составляют те же 30%.
То есть, рекуперация на текущем уровне технологий поможет максимум выйти в ноль.
Может быть, в будущем, когда будет автопилот и весь транспорт будет объединен в сеть с управлением при помощи ИИ, можно будет добиться того, о чем говорится в статье - разгона одной единицы во время торможения другой, не в ущерб пассажиропотоку. В идеале, можно будет использовать это не только на остановках но и даже в пути. Тогда будет невиданная экономия.
Правда, в итоге транспортная сеть разрастется, и общий расход энергии все равно возрастет. И выбросы тоже. Сработает парадокс Джевонса.
Nick0las
15.02.2022 00:02+2В статье сказано про суперконденсаторы. А они как раз позволяют сохранять рекуперированое у себя на отдельном транспортном средстве, и использовать повторно при разгоне, а не отдавать обратно в сеть. В этом случае синхронизация с дркгими единицами не требуется для использования рекуперированной энергии. И потери в проводах снижаются.
Earthsea
15.02.2022 08:26+5В статье сказано про суперконденсаторы
сказано
Говорить можно про что угодно, без расчетов и конкретных цифр это всего лишь сотрясание воздуха. В электробусах и троллейбусах суперконденсаторы уже применяются, но речь о поездах, метро, электричках, трамваях, у которых масса намного больше.
Встречных вопросов очень много. Какая емкость суперконденсаторов нужна для рекуперации без потерь для состава метро? Какая будет их стоимость и срок службы, будет ли окупаться? Какая будет их масса, на сколько увеличится масса состава, на сколько в связи с этим увеличится расход энергии? Будет ли эффективность в итоге?
Может быть все получится, но без расчетов и цифр мы этого не знаем.
ksbes
15.02.2022 10:39Масса состава метро (беру чуть побольше, предполагая вес батарей) — порядка 500т.
при скорости порядка 20 м/с это даёт энергию в 10 МДж, т.е. порядка 3000 Вт/ч, т.е порядка 6т суперкондесаторов. Ну пусть будет — 10т (до 100 МВт мощности на торможение/разгон), с запасом — по лишней тонне-полторы на вагон. Вполне перспективненько.
Тут вопрос только цены этих самых 10т суперконденсаторов — а не дороже ли они золота получаются? И окупится ли экономия электроэнергии?
Belozer1
15.02.2022 10:56+4Вес системы рекуперации, позволяющей собрать 3 квтч, составляет порядка полутора тонн. При этом сам какопитель - весит около 900 кг. вот до чего техника дошла... Окупится!
alamat42
15.02.2022 15:37Масса состава метро (беру чуть побольше, предполагая вес батарей) — порядка 500т.
при скорости порядка 20 м/с это даёт энергию в 10 МДж, т.е. порядка 3000 Вт/ч, т.е порядка 6т суперкондесаторов.Поправлю Вас, при 500 т массы и 20 м/с (это 72 км/ч) скорости кинетическая энергия будет 500 000 кг*(20 м/с)^2/2=100 000 000 Дж, тоесть 100 МДж или около 28 кВТ*ч.
Тем не менее, для запасания этой энергии при торможении/разгоне понадобится порядка 5,6 т суперконденсаторов, т. е. массу вы уже посчитали правильно.
В общем, 5-10 тонн для соства массой 500т это всего лишь 1-2% массы, что выглядит вполне неплохо. При этом, конкретно в метро можно даже не переделывать сами поезда. Насколько я понял, суперконденсаторы можно просто подсоединить к контактной сети и использовать для запасания рекупационной энергии (которая и так поступает в сеть и греет тормозные резисторы), а потом возвращать в сеть.
В общем, если цена на эти суперконденсаторы не заоблачная, то звучит вполне осуществимо.
RTFM13
16.02.2022 01:16суперконденсаторы можно просто подсоединить к контактной сети и использовать для запасания рекупационной энергии
Можно, только используемая энергоемкость будет определяться диапазоном рабочих напряжений, который будет составлять, например, 70-90% от Vmax суперконденсаторов. Т.е. умножайте стоимость затеи еще минимум на 3.
Куда проще будет научить тяговую подстанцию отдавать энергию в сеть.
lgorSL
15.02.2022 15:46+1У вас ошибка на один порядок. 500т * 20м/с * 20м/с / 2 = 500 * 10^3 * 200 = 100 * 10^6 = 100 Мдж = 28 кВт*ч. А дальше ещё одна ошибка, в другую сторону, при ёмкости 5 Вт*ч/кг дадут примерно 6 тонн, так что ответ такой же.
ksbes
15.02.2022 15:52Нда… проверка «по порядкам» подвела. Плохо работает от «двойных ошибок» :).
Но в общем вывод — в массе, объёме и мощности проблем нет никаких. Есть проблемы экономические. Их и надо обсуждать.
Li_Yang
15.02.2022 12:13Когда введут налог на выбросы СО2 рассчёт окупаемости заиграет новыми красками
https://www.rbc.ru/economics/14/02/2022/6206961d9a7947868650e9c7
Belozer1
15.02.2022 10:52+1В статье говорится о бортовой установке, то есть потерь в контактной сети при межпоездном обмене нет, так как энергеия в сеть просто не идет
drWhy
14.02.2022 19:17+3Слышал, что в современных троллейбусах МАЗ используется своеобразная рекуперация — энергия при этом используется для накачки пневморесивера.
ganzmavag
14.02.2022 20:41+6А разве реостатно-контакторная система не дает возможности рекуперации? На ЭР2Т же со второй половины 80-х используется, пусть не без нареканий и не до полной остановки. Проблема, так понимаю, больше в потребителях этой энергии в сети. Недавно слышал от машиниста электрички историю, как он рекуперацию включил, пошло хорошее замедление, а потом раз и "тормоза отпустило" - потому что шедший навстречу электровоз с тяжелым составом прекратил разгон и нагрузки на линии не стало.
merlin-vrn
14.02.2022 21:11+4В новых поездах метро ("Москва" и новее), как недавно узнал, рекуперация работает, но только пока напряжение в линии не превысит 925В (максимальное). В этом случае электродинамический тормоз по-прежнему работает, но сбрасывает энергию в тормозные резисторы, т.е. выбрасывает. И если в этом же сегменте сети нет поезда, который мог бы потреблять эту энергию, фактически рекуперация не происходит.
evtomax
15.02.2022 12:03+7Поставить суперконденсаторы и аккумуляторы не на поезд, а на сегмент сети. Регулировать поступление внешней энергии в сегмент сети так, чтобы напряжение не достигало максимального.
Paskin
15.02.2022 12:13Насколько я понимаю - идея как раз в запасении энергии локально вместо решения кучи проблем с возвратом энергии в сеть (еще большей при работе на переменном токе).
merlin-vrn
15.02.2022 14:39+2Зря вы так, в контексте метро не такая плохая идея. Например, каждая станция — сегмент в себе, ты оттормозился, ты же и задействуешь эту энергию, только элементы питания с собой не надо возить.
Schicout
15.02.2022 09:05+2Ага, только сброс позиций на грузовых эьектровозах проходил плавно (их 32 или 33, если я правильно помню), и машинист применяющий рекуперацию мог это видеть. А вот если другой состав уходил через токораздел, то сначала на короткое время две смежные сети соединялись на короткое время и количество потребилей скачком могло вырасти, а когда электровоз проходит токораздел, то нагрузка скачком падает, только уже вдвое. Либо если есть сигнал опустить токоприемники перед токоразделом, то нагрузка тоже падала скачком. Тоже по рассказам машиниста в начале нулевых.
ganzmavag
15.02.2022 13:03+3Ну вот прямо цитирую, все равно это в интернете было:
"Электродинамическое торможение на Эммануэлях [электричка ЭТ2ЭМ] - огонь! Но, только при условии наличия потребителя. На реостате машину несёт и нет такого офигительного эффекта. Для примера: как-то, едучи с Волховстроя, я тормозил ЭДТ на ЭТ2ЭМ, катясь с горки (длинный уклон около 8 о/оо) к платформе 63 км, навстречу мне карабкался в гору ВЛ10 с грузовым и, когда он сбросился, у меня вся машина перешла с рекуперации на реостат и "полетела"... Вот, незабываемые ощущения я получил... )) От проезда платформы спасло только" "4-Т" (добавление пневматики в прицепные вагоны)"
Wolframium13
14.02.2022 16:25+1Зато Метро топить не надо.
abutorin
14.02.2022 19:36+4Помню как ездил по Филёвской ветке в Москве в мороз -30. В те времена там еще ходили старые составы. Вот чего там не хватала тогда, так это отопления.
IgorTr
14.02.2022 16:30+6в качестве накопителя традиционно используется литий-ионный аккумулятор, не способный принимать весь объем потенциально возможной рекуперированной энергии.
Тесла с ваим не согласится. Как раз он может и делает.
А вот что делать с экспоненциальным ростом\падением напряжения на конденсаторе при постоянной мощности ?
Картина качественно в общем-то такая:
- хорошо тормозим только в самом начале цикла, но напряжение быстро растет, и чтобы продолжать тормозить нужен конденсатор на очень большое ( во много раз больше сетевого) напряжение.
- хорошо тянем только только в начале разгона, но напряжение быстро падает, а "вытащить" из конденсатор остающийся заряд ну очень не просто из-за растущего тока через него.
Итого - чтобы встроить подсистему рекуперации нужно перепроектировать тяговый блок инверотора, причем сильно, начиная с "базового" параметра - напряжения на DC-шине, и попутно решать кучу задач, связанных с тем, что оно станет выше сети.
eimrine
14.02.2022 18:34А вот что делать с экспоненциальным ростом\падением напряжения на конденсаторе при постоянной мощности?
Ставить конденсатор с большим предельным напряжением xD
Хочу, чтобы двигатель в режиме торможения магическим образом выдавал бы в много раз выше номинального напряжения во время работы (для зарядки высоковольтного тормозного конденсатора вместо нагревания высокотокового тормозного резистора), а контроллер зарядки литий-ионных батарей другим магическим образом выдавал бы стабильное напряжение из конденсатора на всём интервале возможных напряжений конденсатора.merlin-vrn
14.02.2022 21:12Вам полупроводниковые преобразователи в помощь.
eimrine
14.02.2022 22:50Так себе идея: перегреется повышайка — и торможение электротормозом внезапно прекратится.
VolodjaT
15.02.2022 04:32Ну резисторы на случай аварии оставить
eimrine
15.02.2022 14:23Как детектировать кейс сгоревшей повышайки чтобы задержка была бесшовной? Вольтметром мерять выход не получится потому что вольтметр будет мерять напряжение на конденсаторе а не на повышайке. Любое ненулевое количество времени на переключение с тормозного конденсатора на тормозной резистор (или даже на механический тормоз вместо резистора) это гарантированное возрастание аварийных случаев на дороге.
merlin-vrn
15.02.2022 14:43+1От пневмотормозов на поездах не отказывается. Новые Москву и Москву-2020 вон можно при выключеных компьютерах до депо довезти, вручную и на глазок. Там у них в регламенте с пассажирами так долго кататься нельзя (высадить на первой станции а затем ехать пустым на ремонт), но всех машинистов тренируют так ездить.
blogerl
15.02.2022 09:23Плохая идея — сравнивать с Теслой.
У них соотношение величины кинетической энергии к допустимым токам зарядки — совсем другое.
alamat42
15.02.2022 15:52Думаю, литий-ионные батареи вполне могут принимать весь обьем рекупационной энергии, просто этих батарей нужно слишком много. В электромобиле батарей уже достаточно для того, чтобы ездить на бошльшие расстояния без подзарядки, и выдавать достаточную мощность для разгона, так что и при торможении они смогут принять всю энергию. Но на трамвай/троллейбус ставить такой объем батарей нецелесообразно, ведь они уже имеют источник энергии (запитаны от сети). Для рекупации необходимо быстро принимать/отдавать энергию достаточную для одного разгона/остановки, а не на целый день езды. так что суперконденсаторы тут подходят лучше.
tormozedison
14.02.2022 16:40Видел лифты с огромным светодиодным индикатором рекуперации. Иногда они даже работали.
Aquahawk
14.02.2022 16:45+1На все лифты это можно вешать, т.к. все используют противовес, а это самая надёжная рекуперация.
merlin-vrn
14.02.2022 17:38+8Нет. Противовес — это совершенно не рекуперация, ничего общего не имеет. Это позволяет поставить менее мощный двигатель и уменьшить потери, но не позволяет возвращать назад потраченную на подъём энергию.
Если в кабину лифта вошли люди, так, что по весу она стала равна весу противовеса, то двигатель ничего не делает (кроме преодоления трения). Иначе, двигатель в соответствующем направлении поднимает либо кабину (если людей больше оптимума), либо противовес (если меньше). При этом, непременно совершает работу, на которую тратится тратится энергия, которая за вычетом трения равна изменению гравитационной потенциальной энергии всей системы "лифт+люди". Когда мы пускаем лифт с такой же загрузкой в противоположном направлении, т.е. "тяжёлое опускаем", эта потенциальная энергия могла бы переработаться в электрическую, вот это была бы рекуперация. А могла бы вся уйти в тепло, и независимо от наличия противовеса, это не рекуперация.
mpa4b
14.02.2022 20:48+1Асинхронный мотор, включенный в 3фазную сеть, вполне себе натурально умеет рекуперировать. Если ему приходится что-то вращать (поднимать груз, тот что тяжелее в случае лифта с противовесом), -- потребляет активную мощность. Если его пытаются вращать быстрее -- он сопротивляется и отдаёт мощность в сеть. Так что всё-таки лифт с асинхронным мотором умеет рекуперировать 'из коробки'
merlin-vrn
14.02.2022 21:13Ну и как это отменяет тот факт, что противовес сам по себе никакого отношения не имеет к рекуперации? Асинхронный мотор так же "рекуперировал" бы, спуская кабину, полную людей, без противовесов.
И, многовато "если". Бывают "двускоростные" лифты, а бывают с плавным регулированием скорости — двускоростной наверняка "сам сможет" в рекуперацию, а если с плавным регулированием — вопрос...
Schicout
15.02.2022 09:13Только вот что случится с людьми при обрыве цепи рекуперации без противовеса? Да фиг с ним, с обрывом. Свет отключили. Насколько я понимаю, без противовеса никак нельзя?
VolodjaT
15.02.2022 13:10Так там же еще механические уловители кабины. Плюс колодочные тормоза. Не переживайте, многоуровневая защита там
RTFM13
16.02.2022 01:25Как раз колодочные тормоза часто обнаруживают нерабочими когда электричество пропадает - а пока электричество есть, кабина висит на частотнике.
SlimShaggy
15.02.2022 14:41Лебедка растормаживается при подаче напряжения. Свет отключили - встанет на тормоз. Противовес сам по себе тут помог бы только в крайне маловероятном случае, когда вес кабины с людьми в точности равен весу противовеса.
merlin-vrn
15.02.2022 14:48Во первых, кто сказал, что нужно убрать противовес? Он ортогонален рекуперации. Никакого отношения к ней не имеет, просто уменьшает нагрузку на двигатель и потери лифта. Рекуперация тоже уменьшает, независимо от него. Можно (и нужно) использовать их одновременно.
Во вторых, симметричная проблема, при движении с потреблением энергии обрыв цепи питания двигателя (да хоть что, выгорание обмотки, вырубили электричество, придумайте сами) — сейчас как-то решается проблема, верно? Как ситуация может поменяться с добавлением рекуперации (торможения двигателем с возвращнием энергии в сеть) не понимаю.
Schicout
15.02.2022 20:11Асинхронный мотор так же "рекуперировал" бы, спуская кабину, полную людей, без противовесов.
Никто. Это был просто вопрос вот на это предположение. Товарищи сверху уже написали про механические уловители (хотя без обрыва троса как они сработают? Надо бы загуглить), а вот про лебедочный тормоз я не знал - не додумался, что у него нормально-заторможенное состояние, а не нормально-расторможенное.
MUTbKA98
15.02.2022 09:10Но таких лифтов не найти. Щас модны безредукторные приводы и прочие конструкции с преобразователями напряжения, для того, чтобы все было плавно и меееееедленно.
philosoph
14.02.2022 16:54+1А если на транспорте запасать высвобождающуюся при торможении энергию в маховиках?
navferty
14.02.2022 17:04+2Значит придётся возить его с собой, а это по определению штука довольно массивная. Кроме того, в случае аварии здоровенная дура, которая крутится с огромной скоростью, может представлять дополнительную опасность.
DSolodukhin
14.02.2022 17:30+5А еще есть гироскопический эффект маховика, который при значительной массе этого самого маховика (а с малой массой не эффективно), будет ощутимо влиять на управляемость авто.
merlin-vrn
14.02.2022 21:15Ну, пусть ось маховика будет вертикальна. С подъёмами и спусками конечно тут будут затруднения (но решаемые), а вот наклоны вправо и влево нам и так хотелось бы исключить, чтобы уменьшить шанс опрокидывания.
alpha_Dog
15.02.2022 08:18Наверное решаемо, если не крепить намертво корпус маховика к силовым элементам автомобиля. Пусть, например, ось маховика будет горизонтальна, а корпус закреплен на поворотной платформе. Момент с маховика снимать через вал, проходящий через ось вращения платформы. Что-то по аналогии с силовыми гироскопами КА.
Ivan22
15.02.2022 13:27Решаемо, даже в формуле один вильямсы в начале гибридной эры сделали не как все - рекуперацию на кондёрах, а именно на маховике. И работало в принципе, не намного хуже конкурентов.
merlin-vrn
14.02.2022 21:05Ну, так-то и аккумуляторные элементы запасают в себе немало энергии. Литий-йонный элемент 18650 ёмкостью 2600 мА·ч содержит в себе стало быть около 9.4 Вт·ч или 8 ккал энергии. А автомобильный стартёрный аккумулятор ёмкостью 50 А·ч, стало быть, 600 Вт·ч или 2200 кДж. И то, и другое представляет дополнительную опасность, поэтому их не рекомендуют закорачивать, разбирать, эксплуатировать в повреждённом состоянии и т. д.
ads83
14.02.2022 21:59+4Супермаховики многие описанные вами проблемы нивелируют: за счет высокой скорости не очень массивные, за счет конструкции рисков разрушения немного, за счет магнитной подвески потери на трение малы.
Получается довольно технологичная штука, у которой есть свои проблемы и преимущества.P.S. Маховиками не занимаюсь, информацией владею на общем уровне.
drWhy
14.02.2022 19:09+5Вполне здравая идея, по крайней мере была семьдесят лет назад. Автономные гиробусы эксплуатировались коммерчески, и довольно успешно. Современные супермаховики из композитных материалов практически безопасны, т.к. высвобождают накопленный импульс постепенно, даже при авариях. А гироскопический эффект можно компенсировать установкой двух маховиков, вращающихся в противоположные стороны.
Существуют самоделки на основе велосипедов, позволяющие рекуперировать в маховике энергию при спуске или остановке на светофоре.
abutorin
14.02.2022 19:39+1Уже проверили:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Гиробус
https://www.yaplakal.com/forum11/topic1940136.html
"Не катит"
philosoph
14.02.2022 20:51Там, если я правильно понял, речь идёт об использовании маховика, как основного источника энергии для двигателя. Может быть, если изначально поставить задачу только рекуберировать энергию, высвобождающуюся при торможении, возвращая её при разгоне, маховик можно сделать не таким монструозным...
abutorin
14.02.2022 21:27+1Механическа запасаемая энергия очень неудобная. Нужны сложные механизмы для её "запасения", потом еще и для "использования". А главное чтобы запасти много энергии, нужно либо большая масса маховика, либо большая скорость. Все же аккамуляторы или сжигаемое топливо удобнее в использовании на сопоставимо объёме энергии.
YMA
14.02.2022 17:17Езжу регулярно на транспорте, у которого основной (и единственный) способ торможения - рекуперация. ;)
Из достоинств - высокая надежность в целом (нет отдельной тормозной системы, нет изнашивающихся частей - дисков, колодок, цилиндров, тяг...), но есть и недостатки - на очень низкой скорости падает эффективность, а при торможении на полностью заряженной батарее с высокой скорости, или на длинном крутом спуске (километры в горах) - может произойти аварийное отключение всей системы.
sim2q
14.02.2022 17:30да, там проблема, что ток заряда меньше чем разряда - убивает аккум, стараюсь поплавнее, но это не руками всё надо делать
RealBeria
14.02.2022 22:21+1дайте угадаю - моноколесо? этот транспорт без рекуперации не может существовать.
0x9d8e
15.02.2022 09:41+2На электросамокате специально оставил один тормоз чисто механическим, а другой чисто электрическим (изначально оба были механическими, но задний ещё и рекуперацию влючал). В итоге для умеренного снижения скорости и на спусках использую рекуперацию, а механический только для полной остановки или экстренного торможения.
Дополнительный плюс рекуперации в том, что нет шанса заблокировать колесо. Очень полезно на скользкой поверхности, где блокировка ведёт к потере управления. Однажды, когда ещё не отключил задний механический тормоз, чуть поздновато стал тормозить на гнилых листьях, получил блокировку и проверил шлем на прочность (и очень рад, что не поскупился на нормальный мотошлем, ибо прилетел подбородком). Пробовал по гололёду ездить: если механический тормоз не трогать, то даже не заносит, всё как на сухом асфальте. К тому же у меня почти вся дорога до работы по велодорожкам, поэтому снижать скорость ниже 10-15км/ч в принципе не приходится.
В плане "зарядки" рекуперацией... Она как бы есть, но в Питере даёт так мало, что можно не учитывать.
SlimShaggy
15.02.2022 19:37при торможении на полностью заряженной батарее с высокой скорости, или на длинном крутом спуске (километры в горах) - может произойти аварийное отключение всей сисистемы.
Этот недостаток решается блоком тормозных реостатов, как на электропоезде)
redsh0927
15.02.2022 21:23основной (и единственный) способ торможения — рекуперация
на околонулевой скорости колесо всё же тормозит противовключением, а не рекуперацией
AVI-crak
14.02.2022 17:34+4Всего в России около 7700 трамваев. Если поставить на них систему накопления энергии, они выработают около 400 000 МВт*ч электроэнергии за год. Это позволит сэкономить на «топливе» более $29 млн и снизит выбросы CO2 в атмосферу на 180 тыс. тонн.
Стоимость дополнительного обвеса на один трамвай примерно 30 миллионов рублей. Это вам не китайские аккумы на али закупить. Тут всё по чесному: батарея ионисторов на реальную ёмкость, новые тележки с новыми двигателями - необходимо снизить трение и нагрев в несколько раз, новая электроника с чистым синусом (без шима в обмотках), и наверное новая рама самого трамвая. Всё будет новое - оптимизированное для конкретного трамвая, но цена серийного комплекта врядли будет меньше. Это не считая стоимости разработки и переоборудования электропитания трамвайных путей. А если ещё и на откаты умножать, то ценник будет неадекватный.
Воот, а теперь умножаем эти 30 на 7700 - получаем 231 миллиард рубликов в расходе. Экономя при этом 29 миллиона рублей.
29 000 000 !? 231 000 000 000
SinsI
14.02.2022 18:48+3А нужно ли это вешать на каждый трамвай? Он ведь подключён к электролинии - нельзя ли выдавать напряжение на провода, а рекуперацию поставить где-нибудь на подстанции?
Стоимость дополнительного обвеса на один трамвай примерно 30 миллионов рублей
Стоимость трамваев, закупленных для Краснодара в 2021 г - 36 миллионов рублей. Не многовато за обвес?
merlin-vrn
14.02.2022 21:07+1Рекуперация — преобразование механической энергии движения транспорта обратно в электрическую. Раз кинетической энергией обладает трамвай, значит и рекуперацию осуществлять ему. Ну или вы как предлагаете, передавать механическую энергию трамвая на подстанцию и там осуществлять рекуперацию, как?
holydel
14.02.2022 23:55+1Также, как это будет делать трамвай. Заряжать аккумуляторы, раскручивать маховики. Вопрос-то резонный - зачем возить с собой все это добро, когда трамвай 100% времени - онлайн?
merlin-vrn
15.02.2022 16:30Я отвечал про "рекуперацию на подстанции". Я вполне согласен с тем, что батареи и/или суперконденсаторы можно разместить на подстанции, но вот рекуперацией, т. е. торможением двигателем с передачей выработанной энергии в линию так и так придётся заниматься каждому трамваю самостоятельно.
larasage
15.02.2022 07:28Однако хранить энергию на трамвае - совсем не обязательно. Другое дело, что подстанция должна быть способна адекватно обрабатывать большие перепады энергии - от большого расхода, до большого поступления.
Javian
15.02.2022 08:58Маховики на каждой подстанции. Но скорее всего просчет экономики покажет отсутствие смысла.
blogerl
15.02.2022 09:27+1Это имеет смысл только тогда, когда само электричество дорогое.
А если есть АЭС и ГЭС, то тут выгоднее энергией торговать в чистом виде — или в виде водорода как носителя энергии. ;)
Belozer1
15.02.2022 10:41+2Система ставится на современные трамваи, где уже давно используется частостное регулирование и существенной переделки трамвая просто не требуется. ТЭЭМП уже испытал такую систему на трамвае в Петербурге и ее стоиомсоть в диапазоне 1,5-2 млн рублей. Важно, что система находится на борту и не требует переоборудования системы электропитания трамвайных путей.
Angmarets
14.02.2022 17:55+5KERS — кинетическую систему восстановления энергииKinetic energy recovery system наверное всё же система восстановление кинетической енергии, а не кинетическая система
В формульных болидах ставят ещё и рекуперацию тепловой энергии,но аббревиатуру HERS я почти не встречал, чаще просто говорят про MGU-H - Motor Generator Unit-Heat(хотя вроде от него уже отказались)
Tippy-Tip
15.02.2022 01:46+2KERS – это было первое поколение, которое применялось в эпоху атмосферных двигателей. Второе поколение (которое ставится на современные болиды) имеет аббревиатуру MGU-K – Motor Generator Unit-Kinetic. Даный узел рекуперирует кинетическую энергию не только от колес как KERS, но и за счет выбега турбины наддува.
adson
15.02.2022 13:43Где-то неточность: запас энергии собственно турбины не очень-то и велик, по сравнению с кинетической энергией самого болида
VT100
15.02.2022 14:19Возможно — она подкручивается на торможении двигателем?
А скорее — это способ обхода турбоямы. Говорим, что рекуперируем энергию турбины. А на деле — разгоняем её на выходах из поворотов.
shark14
15.02.2022 01:47+3KERS-ом эта система называлась до 2014 года. Позже уже стали называть MGU-K (по аналогии с упомянутым MGU-H).
drWhy
14.02.2022 18:48+2Похоже, светильникам и информационным табло в лондонском метро приходится хуже, чем тормозным резисторам.
КМК массовая доступность тепловизоров положительно сказалась бы на понимании глубины проблемы паразитных выбросов тепла — достаточно один раз взглянуть на надземную теплотрассу с обшарпанной теплоизоляцией или на стандартную панельку, отапливающую окружающую среду за счёт жильцов.
Gnuava
14.02.2022 21:30+3стандартную панельку, отапливающую окружающую среду за счёт жильцов.Вот бесит такое. Вместо того, чтобы задыхаться надышанным, люди окна открывают, как так-то?
avgurus
14.02.2022 21:45+5у стандартных панелек люто светятся швы между панелями на тепловизоре, не только окна) а еще массовая доступность тепловизоров хотя бы 384р(но лучше vga) позволила бы тем кто метит в эксперты брезговать вешать fusion картинки с наложением размытых 80-160р тепла на видимый спектр айфоновского разрешения, как в первой пикче статьи
Gnuava
14.02.2022 23:31+2Швы - это фигня, особенно, если они своевременно обслуживаются в старых домах, а с серии П-44 - таки часто вообще не проблема.
Теплопотери через швы в панельках проблемой, как таковой, и не являются, т.к. место образования точки росы соблюдено, и внутри помещения стены грибком не покрываются. У кого покрываются - те утепляют швы, и проблема исчезает.
mpa4b
14.02.2022 19:18+7А вы точно уверены, что метро в СССР умело в рекуперацию? Можете назвать типы вагонов, которые это делали, вдруг я отстал от жизни или просто чего-то не знаю? Я считаю, что все СССРовские метровагоны в принципе не умели в рекуперацию. Кроме того, рекуперация в СССРовском метро крайне ограничивается тем фактом, что контактная сеть побита на изолированные участки (каждый с собственной тяговой подстанцией) от станции до станции. Если на данном участке нет потребителя, то и при всём желании не получится в рекуперацию. Точнее, получилось бы, если бы тяговая подстанция умела бы отдавать мощность обратно из контактной сети постоянного тока в промышленную сеть переменного, но что-то мне подсказывает, что такое тем более было невозможно в СССР в метро.
На тепловой фотке у вас ласточка, которая прекрасно умеет в рекуперацию и на постоянке (ЭС1, ЭС2) и на переменке (ЭС1). Единственный случай, когда рекуперация невозможна -- это опять же случай с сетью постоянного тока без других потребителей и 'умных' тяговых подстанций, умеющих отдавать обратно в промышленную сеть.
AntonSor
14.02.2022 20:07+2Это умели электрички ЭР2Р, ЭР2Т, ЭР22, и постсоветские уже поезда метро Яуза и Русич
RusikR2D2
14.02.2022 20:36Интересно, а не получится ли максимально простая техника без излишней электронной "умности" в итоге дешевле на стоимость сэкономленной энергии и даже больше.
merlin-vrn
14.02.2022 21:19+4Нет, потому, что эта "умность" уже в технике и так есть. В новых метропоездах стоят асинхронные двигатели и навороченные контроллеры к ним, так осталось научить контроллер работать и назад тоже. И они даже научены, сам-то поезд умеет в рекуперацию, проблема в другом месте. То же самое касается и новых электровозов, и электричек (вот выше про Ласточку написали). И будет удивительно, если трамваи и троллейбусы не последуют за этим.
MikeVC
14.02.2022 20:37Есть батарейки титанат лития. Они недороги, много циклов ресурс, держат большие токи и устойчивы к холоду. Вполне можно применять в системах рекуперации.
Belozer1
15.02.2022 11:07+1Эксплуатационный ресурс титанантых батарей - до 40 тыс циклов. СК - не ограничивается и 1 млн циклов.
MikeVC
15.02.2022 12:27Зато у титанатных емкость. Можно рекуперировать не только разгон / торможение но и подъем / спуск. И не обязательно каждый цикл использовать всю емкость тогда и ресурса хватит. Получается из сети придется брать энергию на прямолинейное движение поезда и покрытие потерь на преобразования.
raamid
14.02.2022 21:19Двумя руками за такие проекты. Вместе с тем, метро - это мелочи по сравнению с отоплением помещений. Вот где можно экономить по взрослому. Например, сезонные тепловые аккумуляторы. Это когда летом нагревается огромный бак с водой или просто песок по землей, а зимой это тепло используется для обогрева. Уже имеются работающие проекты.
abutorin
14.02.2022 21:43+3огромный бак с водой или просто песок по земле
А как с саморазрядом у такого аккамулятора? И до какой температуры нужно это все нагревать?
beerchaser
15.02.2022 09:52выше 70 ° С или требуются мероприятия по биологической защите/обеззараживанию. иначе в полный рост встает проблема биома в данной емкости :)
Ndochp
15.02.2022 10:59Ну как встанет так и сядет. Соли насыпать — теплоемкость повысится, жизнь вымрет.
beerchaser
15.02.2022 12:26+2Соль повышает агрессивность среды, как следствие - веселее идет коррозия, что в свою очередь требует мероприятий по защите от нее, которые, уже в свою очередь, повышают стоимость эксплуатации системы. Поэтому - сначала ТЭО, потом стойка. И главное - не перепутать последовательность :)
RTFM13
15.02.2022 11:54Если емкость не прозрачная, то биом вымрет по естественным причинам, как только пригодная для питания органика в воде закончится.
vitsam
14.02.2022 23:07Вряд ли нагуглю такое, но когда-то давно мне рассказывали про частный дом подобного типа. Дом без какого-либо источника тепла, кроме камина (для экстремальных случаев). Грубо говоря, стены полые внутри, воздух свободно циркулирует по замкнутому кругу: темная крыша с южной стороны - вторая часть крыши - стена - поддомное пространство - стена - темная крыша.
Циркуляция воздуха естественного типа, при нагреве крыши. Ключевых моментов три: темная крыша (не помню точно, как именно устроено), термоизоляция внешнего слоя стен и метров 5 слоя больших камней в поддомном пространстве, куда проходит циркулирующий воздух. Все лето слой камней накапливает тепло, потом отдает его зимой.
ruraic
15.02.2022 00:27Вот похожий проект Правда, там тепло аккумулируется водяным баком емкостью 39м3
vitsam
15.02.2022 00:39Спасибо за информацию, почитаю! Правда, это Дунай, в Германии, а не наши северные карельские края
Paskin
15.02.2022 12:25А еще лучше полые стены и вакуум. Внешний слой крыши прозрачный, внутренний - черный зимой и зеркальный летом (двусторонние пластины или что-то типа штор). Только дорого будет шопесец.
lazer1064
15.02.2022 07:32ну вы почти угадали. Но по теме статьи всетки есть что сказать именно в связи с тепловой рекуперацией.
Как по мне, крайне тупо лепить всякие там бессмысленные ионисторы или чуть менее бессмысленные химаккумуляторы там, где у нас транспорт проводной. Да, есть проблемы с синхронизацией нагрузки и торможения, но при наличии беспилотного управления, которое есть уже даже в метро Чили (в ресурсной федерации почему-то нет), это не проблема от слова "совсем".
Но есть же еще вариант, самый лучший, на мой взгляд. Особенно в северных странах (и не только) можно отличненько использовать энергию торможения каких угодно вагонов для отопления зимой и для ГВС в любое время года. Тепловая инерция больших бойлеров такова, что вы его будете греть целыми жд составами с углем и щебнем, и едва нагреете. Для публичных бассейнов самое то. Для облегчения задачи также есть смысл сделать отдельный провод строго для целей рекуперации с постоянным током - это резко снизит стоимость всей системы за счет уменьшения количества оборудования, хотя и двухпроводная схема тоже будет работать.
Schicout
15.02.2022 11:04Ан нет... не ошибся. Без очков на телефоне плохо вижу.
А какой интервал между поездами в Чили и какая там средняя скорость? Насколько я слышал из СМИ, самые передовые беспилотные системы Siemens имеют нижнее ограничение по интервалу в 3 минуты. Это и послужило причиной того, что в середине нулевых введение беспилотного управления в метро отложили. Интервал в час-пик составляет 75-90 секунд и если его увеличить до 180... это будет... беда. Можете почитать про эффект Выхино и как с ним борятся или посмотреть видеоролик на канале PROMETRO на аналогичную тему. Что касается подвижного состава, то всё, что выпускали после номерных умеет в автоведение со старта до остановки (опять же гляньте PROMETRO, ведущий канала - машинист-инструктор с ТКЛ - очень грамотно и доступно рассказывает про все аспекты управления поездом, даже видео с экзаменов есть), АЛС-АРС есть везде и готово к беспилотному управлению. Впрос именно в интенсивности движения на московском метрополитене в частности. Сейчас рассматривается вопрос о введение беспилотного управления в казанском метрополитене, но там интервал движения в час пик... 6 минут, если верить вики.
Кстати, КМК, АЛС-АРС на номерных тоже есть и по идее они тоже должны уметь в автоведение, но тут я не уверен.
Ну и давайте не будем оскорблять 142 млн человек каверканьем названия их страны
BugM
14.02.2022 21:41+3Оптовая цена на электричество в России около 2000 рублей за мегаватт-час.
Итого ваш трамвай будет экономить рублей 200-300 в день. Или 2 миллиона за 20 лет непрерывной ежедневной службы. На самом деле конечно же меньше.
И стоит связываться из-за такой мелочи? Оно вообще окупится? С учётом более догого оборудования и более дорогого обслуживания?
Ubuntaykin
15.02.2022 10:35+1В тех трамвайных хозяйствах, где есть крутые затяжные подъёмы и спуски (например, в Нижнем Новгороде или в Киеве) эффект был бы побольше, так думаю.
Belozer1
15.02.2022 11:12+2Есть нюанс - транспортники не покупают электроэнергию на оптовом рынке... Стоиомсть генерации, передачи по сетям, резервирования мощности и сбытовая наценка дают стоимость в 5,3 рубля за киловаттчас Данные на 2020 год.
qyix7z
15.02.2022 11:36Есть нюанс — транспортники не покупают электроэнергию на оптовом рынке…
Про трамвай не знаю, а РЖД покупает на ОРЭМ через свой сбыт.передачи по сетям, резервирования мощности
Это платят все, вне зависимости, где покупают электроэнергию — на ОРЭМ или РРЭ.
Но в любом случае исходить из расчета «около 2000 рублей за мегаватт-час» — пальцем в небо, Ваши цифры куда ближе к реальности.
BugM
15.02.2022 11:50+1Даже так выходит около 500 рублей в день и максимум 4 миллиона за 20 лет службы.
А с такими цифрами вся эта машинерия окупится?
Stellite
16.02.2022 13:58Можно добавить отопление салона зимой за счет энергии торможения, и тогда 500 рублей в день экономии будет только в теплые сезоны.
commanderxo
15.02.2022 01:24+2Интересный побочный эффект: сейчас на улицах уже достаточно много электромобилей чтоб накопить статистику, и при прохождении техосмотра у них чаще чем у машин с ДВС обнаруживаются проблемы с тормозами. Из-за рекуперации намного реже используются тормозные колодки и диски начинают ржаветь настолько, что машина при техосмотре не соответсвует нормам. Выработанные десятилетиями идеальные сочетания материалов дисков и колодок плохо подходят для новых условий эксплуатации.
vtal007
15.02.2022 11:42+1Для тех-осмотра критично же сам факт торможения, а не степень ржавчины. Или степень ржавчины тоже мерят? (разбирая барабаны сзади)
С другой стороны, если авто тормозит рекуперацией, то возможно все нормально. А на стенде - не очень. Хотя стенд на ТО по идее эмулирует реальное торможение
commanderxo
16.02.2022 02:11Занимающийся в Германии техосмотрами TÜV пишет (на немецком), что у электроавтомобилей выше среднего процент обнаруженных несоответствий требованиям. Хуже всего оценки у Tesla S — у 10,7% машин обнаружены проблемы. Парадоксально, но сам владелец Теслы может быть при этом вполне доволен, так как для него важен комфорт и динамика, а техосмотр направлен на безопасность и тестирует такие «негативные» характеристики как торможение и выбросы вредных веществ. Ещё немцы жалуются, что нынешний регламент устарел и не учитывает особенностей электрических авто, например протоколом техосмотра не предусмотрена проверка силовых кабелей. при неисправности которых и рекуперативный тормоз превращается в тыкву.
YMA
15.02.2022 11:55+1Если честно, сомнительно. У меня на авто (с ДВС, без рекуперации) если оно постоит без поездок пару-тройку недель, то да, диски слегка покрываются ржавчиной. Но стоит выехать из двора, пару раз нажав на тормоз по ходу движения - диски опять чистые и гладкие. Думаю, электромобиль тоже за поездку хоть пару раз, но использует механические тормоза.
Paskin
15.02.2022 12:29+2Элементарно "лечится" изменением прошивки - чтобы, например, раз в день/час/километр машина тормозила без рекуперации.
Ubuntaykin
15.02.2022 06:08+2В своё время именно отсутствие электровозов переменного тока с рекуперативным торможением препятствовало переводу на переменный ток перевального участка Транссиба Иркутск-Слюдянка.
Alti27
15.02.2022 10:21+2Идея, здравая... Но работает далеко не всегда так хорошо, как хотелось бы.
Собственно, рекуперация на электротранспорте была уже в 30е(!) годы ХХ века.
В частности на первых советских электровозах (Сурамской серии), С10, СИ, СС, ВЛ19, ВЛ22.
Для реализации рекуперативного торможения электровозы постоянного тока оснащались дополнительным электромашинным агрегатом,- возбудителем. И схемами коммутации.
Но, при этом, дополнительно требуется ещё и специализированное оборудование тяговых подстанций, позволяющее работать в таком режиме.
В противном случае,- возможен выход подстанции из строя и/или повышение напряжения в контактной сети до недопустимых значений (при которых на локомотиве срабатывает защита...).
На моторвагонном подвижном составе постоянного тока рекуперацию смогли внедрить только в 70е-80е годы.
На электровозах переменного тока (в частности ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1) уже в 80е, когда появились тирристорно-импульсные системы управления, без которых врабатываемый тяговыми двигателями постоянный ток преобразовать в переменный не представляется возможным. То же относится и к асинхронным двигателям.
Рекуперация хорошо работает на горных участх дорог и достаточно высоких скоростях. На малых скоростях и при снижении оных до нуля эффективность рекуперативного торможения резко снижается. В этом случае гораздо эффективнее становится реостатное торможение,- когда энергия торможения рассеивается на реостатах или колодочный тормоз.
Последнее, как раз, характерно для всех видов городского пассажирского транспорта и для электропоездов. Когда скорости сравнительно не велики и очень часто приходится останавливаться. Несколько увеличить эффективность работы рекуперации могут, разве что, современные системы управления...
Ещё момент,- пассажирские поезда локомотивной тяги. Здесь рекуперативное торможение, как и другие виды электродинамического торможения нужно применять осторожно, так как это приводит к сжатию состава и, как следствию, продольным толчкам. Последнее не лучшим образом сказывается на комфорте пассажиров.
Paskin
15.02.2022 12:35По поводу пассажирских поездов - насколько я понимаю, в современных интегрированных составах тяга (соответственно и торможение) распределена по всей длине (мотор-вагоны) или как минимум есть толкающая секция в дополнение к тянущей.
Если же это "классический" состав - тогда да, проблема существует.
kulikovDenis
15.02.2022 11:00Популизмом попахивает.
"Это поможет сэкономить до 50% бюджета на электроэнергию и уменьшить объем выбросов углекислого газа." За скобками остался вопрос, что 50% от бюджета затраченного на разгон. А в жизненном цикле разгон и тормажение поезда занимает единицы процентов от общего потрбеления.
Судя по всему умышленное опущение. Выше была такая же правка про экономию на трамваех, получается мизирная незначительная доля, от бюджета, которая никак в обозримом будущем себя не оправдает.
Тут был расчет окупаемости рекуперации на карьерных самосвлах. https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/416945/
На грани окупаемости, о существенной экономии вообще речи не идет. То есть, деньги вложенные в рекуперацию возможно и вернуться, а возможно нет, но точно никакого рыночного преимущества не дадут.
Если за кадром оставлять дотации, гос. преференции и любые другие не рыночные способы стимулирования, то на данный момент идея не работает.ksbes
15.02.2022 11:36+3В Ж/Д на разгон как раз большая часть энергии и тратится. В этом и выгода Ж/Д — сопротивление на столько малое (по сравнению с дорожным транспортом), что на поддержание путевой скорости энергии тратится очень мало (если не гнать под 300-500 км/ч)
count_enable
15.02.2022 13:58+1А ещё гироскопический эффект маховика не помеха ибо радиусы поворота огромные а наклон минимальный. И вес установки не проблема. Вот только нету сценариев "торможение - резкий разгон", нужен резервуар энергии хотя бы на 5-6 минут (типичная остановка поезда). Как дополнительная плюшка даже при небольшом "подхвате" от маховика сильно снизятся пусковые токи, меньше нагрузка на сеть, меньше помехи.
AlexLevin21
15.02.2022 14:15Ну поговорку «дурака заставь молиться, лоб себе разобьет» никто не отменял )) И если уходить в детали, то, возможно, на тех неких маршрутах поездов дальнего следования по горизонтальной поверхности в вакууме рекуперация даст минимальную экономию. Но, едва ли подобные маршруты забирают большую часть электродвигателей мира… Однако там, где электродвигатели работаю циклично с большим количеством разгонов и торможений (на тех же трамваях), технология (даже с использованием суперконденсаторов предыдущего поколения) находит свое место. Тут писали о решении Максвелла и Бомбардье на придорожной жд-инфраструктуре. Алстом тоже посчитал, что рекуперация эффективна и представил решения для трамваев в Рио-де-Жанейро, где это также помогло избавиться от контактной сети. И разве о работоспособности идеи хотя бы в наших городских условиях не говорят результаты испытания трамвая в Петербурге? Что не так в их данных, например?
PsihXMak
15.02.2022 11:18+2Если кому-то интересно, как всё это выглядит в повседневной практике, есть видео, где делают электро-велосипед на суперконденсаторах:
GeorgKDeft
15.02.2022 11:48Так не только лифты могут рекуперацию использовать... можно и лестницы доработать.
OGR_kha
15.02.2022 12:17Суперконденсатор (СК) нужен для быстрого и мощного заряда/разряда. Но он быстро теряет свой заряд.
Аккумуляторы, наоборот, заряжаются/разряжаются медленно, но заряд держат хорошо.
Поэтому СК обязательно нужно использоватья в связке с обычными аккумуляторами.
Например:
1) в цикле городской езды разгон/торможение нужно использовать СК, на крейсерской скорости - аккумулятор;
2) перед длительным простоем надо слить заряд с СК на аккумулятор;
3) перед запуском после простоя СК надо зарядить с аккумулятора, чтоб можно было быстро стартовать.
Как-то так.
ayakushev
15.02.2022 14:05Привет всем,
Тут так много комментариев, поэтому прошу прощения, если повторил чью-то идею
Первоначально, рекуперация - это экономия денег на сохранение энергии, или преимущество по сравнению с альтернативой (с производством). А не экономия самой энергии. А вот расчетов этой экономии я не увидел.
И кстати, в Москве троллейбусы вроде бы экономичные получились. Но это за счет масшаба, правильной логистики, и еще чего-нибудь.
PsihXMak
15.02.2022 14:39В Москве, на сколько помню, вообще нет троллейбусов.
Но, в целом да. Троллейбусы самый экономичный вид транспорта за счёт множества факторов, типа логистики, рекурперации и т.д.
george_vernin
15.02.2022 19:19+1Люди делают гибридные стартерные батареи - в помощь основному акккуму
QuickJoey
15.02.2022 20:00Рекуператор торможения был ещё в первом Тойота приус, 1997 года выпуска. Это серийный автомобиль, не то что формула 1. Аккумуляторы там были никель-металл-гидридные, а не литий-ионные.
george_vernin
17.02.2022 00:22И во втором и третьем тоже:) Рекуперация 100я в 3м приусе - тормозные колодки на весь срок службы. Батарея бывает и Li и Ni
rtkprg2
А какая емкость современного суперконденсатора из пропиленкарбоната на килограмм веса?
А какой должен быть ток/напряжение заряда, что-бы зарядить до конца
суперконденсатор? Я к тому, что можно ли зарядить суперконденсатор малыми токами (например слабеньким ветряком или солнечной панелью)?
Насколько высока скорость саморазряда?
Что с рабочими температурами окружающей среды при заряде? При разряде?
с нагревом при заряде/разряде, так понимаю, все хорошо?
george_vernin
Основные проблемы - высокий ток саморазряда, низкая плотность энергии, относительно высокая стоимость. Потихоньку работают над улучшением - графен, итд , но пока что это все только в отдельных редких случаях оправдано
Bedal
VT100
В рекуперации на транспорте — важнее плотность мощности, а длительное хранение энергии — не требуется.
Bedal
Плюс важна ещё и плотность энергии, а суперконденсаторы минимум всемеро (по таблицам в статье — в десятки раз, но будем оптимистами) тяжелее и объёмнее аккумуляторов.
И этой разницей нельзя пренебречь: скажем, при правильной реализации 48-вольтового гибрида рекуперация плюс электродвижение в течение десятка минут в пробках/на стоянках обеспечиваются аккумулятором под пассажирским сиденьем. То есть — не требуют перепроектирования машины.
Применяем суперконденсатор, и… не можем вообще указать в готовой конструкции достаточное место для размещения.
Если же ограничиться рекуперацией в объёме «на следующий 15-секундный разгон», то разместить удастся. Но результат по потребительским качествам будет гораздо хуже. Использовать в качестве источника энергии для старта — сомнительно, уже после недельного простоя можно в кирпич превратиться. Без выхлопа выехать со двора — не получится. Протащиться в пробке без того же выхлопа и без дёрганья ДВСа — тоже.
Ниши, где суперконденсаторы могут успешно применяться — очень узкие, и шире они не станут.
VT100
КМК — неверное представление о рекуперации. Конденсаторная батарея как раз всегда [почти] пуста. Либо — перед выездом с утра (и тут есть варианты — см. последний абзац), либо — после прошлого старта. Энергия постоянно заливается в неё на торможениях и спусках и выпускается при стартах, разгонах и "в горку".
Плотность мощности — в 3-10 раз выше: https://habr.com/ru/post/651419/#comment_24071429
Плотность мощности, ещё раз. Аккумулятор "под пассажирским сиденьем" сделает из Вашего EV баржу и Вас проклянут все участники движения.
Почему это? "Максималка в квадрате * полная масса ТС" = мин. энергия (и габариты батареи конденсаторов). Если получается слишком маленькая масса и объём — добавляем ёмкость в 3..5 раз, чтобы и на спусках было куда сохраниться.
"Ток утечки – 4 мА. В течение первых двух суток СК потеряет примерно 20% напряжения и «встанет на полку». По данным экспериментальным данным ТЭЭМПа за год добавится еще примерно 10%"
https://habr.com/ru/post/651419/#comment_24074695
adson
строго говоря, не "Максималка в квадрате * полная масса ТС" = мин. энергия (и габариты батареи конденсаторов), а половина этой величины
VT100
"Хорошо, что пополам!"
Bedal
и тогда она малополезна, когда нужна энергия. Или, наоборот — она полна после первого торможения, и часть энергии теряется впустую. Оба случая вместе означают неэффективную рекуперацию.
Возьмём 48-вольтовый гибрид (5кВт типовой мощности, 10кВт в более дорогом мерседесовском исполнении с двигателем с поперечными магнитными потоками). Для 12 минут непрерывной работы (что обеспечивает выезд с любой стоянки или часовое дёргание в пробке) это означает расход 1-2кВт*ч.
Аккумулятор ёмкостью 1-2кВт*ч при плотности энергии 200Вт*ч/кг будет весить 5-10кг и будет занимать ящичек с размерами примерно 400*200*40мм, что вполне поместится под пассажирское сиденье.
Могу только высказать сожаление, что лишние 10кг превращают Ваш автомобиль в баржу. А вот лишние 100кГ суперкондесаторов с той же энергией уже и моё «ведро» заметит.
С какой стати? Максималка будет только в начальный момент. А потом как раз квадратично падать по энергии.
80% напряжения — это 64% энергии. 36% потерь за два дня. Я встречал информацию о потери больше 60% за неделю простоя. Но неважно, всё равно много.
AiR_WiZArD
Возьмем, например, спуск с высоты 50м (городские условия) и автомобиль массой 2т, для упрощения будем считать, что КПД 100%. При спуске можно получить энергию E=m*g*h=2000*10*50=1000000Дж, переведем в Вт/ч: 1000000/3600~=250Вт/ч, это всего 50кг конденсаторов. Многовато, но все же приемлимо.
Рассмотрим другой сценарий. Тот же автомобиль массой 2000кг на скорости 80км/ч, надо его затормозить, опять же, примим КПД за 100%. E=(m*v^2)/2=(2000*22^2)/2 ~=1000000Дж, прям как и со спуском.
Накопленую энергию можно потратить на разгон, пусть и не до начальных 80км/ч, а до 50, но это все же эффективнее, чем греть обычные тормоза, а 50кг не сильно скажутся на подвижности.
Bedal
Вы меня уговариваете в том, что наличие рекуперации лучше, чем её отсутствие? Зря, я с этим согласен :-)
Но 50кг лишней массы увеличивают расход типовой легковушки на 0.2л на сотню км.
0.2л — это 0.16кг, при теплотворной способности 44МДж/кг и КПД 30% получим 2МДж.
Масса легковушки всё же не 2т, а, пусть, 1.5, так что полное, до нуля, торможение с 80 даст не 1МДж, а 0.75.
Таким образом, чтобы хотя бы не увеличить расход, нужно более двух раз тормозить с 80 до нуля. Ну, так тормозят только в экстренных случаях — но за сотню км и лёгких торможений наберётся достаточно.
Так что могу согласиться, что в ноль выйти с суперконденсаторами можно :-) А вот получить заметную выгоду — очень вряд ли, в пределах погрешностей.
При этом 10кг аккумуляторов дадут вышеназванные, гораздо более широкие, выгоды в эксплуатации. И позволят реализовывать это, не ограничиваясь рекуперацией, а используя сумеречные режимы работы ДВС, когда отбор мощности сравним с внутренними потерями и не приводит к росту расхода.
RTFM13
Совмещение ДВС с электромотором дает выигрыш далеко не только от рекуперации. Рекуперация там в конце списка.
Но с суперконденсаторами там ловить нечего.
Bedal
RTFM13
Я имею в виду в контексте экономии топлива.
Bedal
собственно, и я в том же контексте писал :-) Движение на стоянке, дёрганье в пробке покрываются уже в 48в-гибриде (при правильной реализации, конечно). ДВС при этом выключен.
VT100
Кажется я понял, что мы о разных вещах.
Я комментировал не столько самоценность или потребительское качество, сколько технический аспект реализации.
"Рекуперация" — это, как правило, "здесь и сейчас". Затормозили и, почти тут же, разогнались обратно во время поездки. Для этого — важна плотность мощности (конские токи конденсаторов против неспешной химии аккумуляторов).
Таким образом
сначала просто не сможет принять энергию торможения с должным КПД, а потом — не сможет её выдать в помощь основному источнику энергии за время типичного разгона.
P.S. И это… кВт°ч — мощность, а не ёмкость.
Ndochp
кВт*ч это энергия, то есть емкость. Мощность — кВт
VT100
Да, заговорился.
Bedal
Вы уже сами показали, что для этого нужно столько суперконденсаторов по массе, что расход топлива не сократится. Тогда — зачем?
ну, то есть — сейчас на эксплуатируемых машинах может, и давно, а в светлом будущем — не сможет?
cheburen
Если батарея суперконденсаторов сможет запасать большую часть энергии от торможения и потом эффективно передвать её на подзаряд тяговой батареи или разго авто, то она получит свою роль в этом мире. Та-же тесла может нормально рекуперировать при очень плавном и равномерном торможении, но при резком- только обычные тормоза, с переводом энергии в тепло.
Bedal
Уже имеющийся обильный опыт электромобилей показывает, что в подавляющем большинстве случаев достаточно вождения «в одну педаль», когда механические тормоза используются только для фиксации остановки. Соответственно, сочли, что ради редких жёстких торможений городить огород невыгодно.
RTFM13
Там ограничивающий фактор не способность аккумулятора принимать энергию, а совершенно другое.
cheburen
Могу предположить что это другое - это способность инвертора проглотить обратный ток от моторгенератора, который ограничен его конструкцией с учётотм того что батарея больше не примет.
RTFM13
Обратимость электрических машин это сферический конь в вакууме. На практике они обратимы на холостом ходу, когда нет ни электрического тока, ни подводимого момента.
А в реальности, например, надо преодолевать индуктивность катушек двигателя, для этого подаваемая на двигатель ЭДС существенно выше наведенной ЭДС. А в режиме генератора, соответственно, наоборот. В каких-то режимах можно в минус уйти (торможение двигателем с затратами энергии).
Это можно подкорректировать если ротор с внешним питанием, но это не про теслу.
Возможности инвертора тоже ограничены. По сути нужны 2 ступени - собственно инвертор и двухсторонний преобразователь умеющий повышать/понижать напряжение. Но это как раз электромобили и гибриды умеют. Но эффективность может быть низкой.
В приусе например всё это очень красиво решено, хотя и несколько громоздко.
george_vernin
Забыл добавить к таблице
Стоимость кВт·ч $10,000 (тип) Li-On $250–$1,000
Т.е. суперконденсаторы 10-40 раз дороже на единицу энергии.
Чтобы создать батарею на 1 Квт*ч , минимуму +10К$ и 200кг.
Т.е. даже на единицу мощности они очень не выгодны в плане денег.
Belozer1
Но вы не учли одну "маленькую" цифру - за время службы СК (1 млн циклов) придется сменить 200 АКБ (примерно 5 тыс циклов)!!!!
Для каждой задачи применяется свой источник тока и сравнивать их в прямую не очень корректно.
Belozer1
1. А какая емкость современного суперконденсатора из пропиленкарбоната на килограмм веса?
6 ваттчас на килограмм
2. А какой должен быть ток/напряжение заряда, что-бы зарядить до конца суперконденсатор? Я к тому, что можно ли зарядить суперконденсатор малыми токами (например слабеньким ветряком или солнечной панелью)?
Его можно зарядить даже током короткого замыкания, у СК нет ограничений по токам заряда. Все дело в скорости заряда
3. Насколько высока скорость саморазряда?
Ток утечки – 4 мА. В течение первых двух суток СК потеряет примерно 20% напряжения и «встанет на полку». По данным экспериментальным данным ТЭЭМПа за год добавится еще примерно 10%
4. Что с рабочими температурами окружающей среды при заряде? При разряде?
Тут все зависит от электролита. Стандартный диапазон рабочих температур от -40 до +65 С. А если взять продукцию ТЭЭМПа, то у них есть еще два варианта: -60 +65 С и -20 +80 С