Рекуперация электроэнергии
Что такое рекуперация энергии в современных электромобилях?
Электромобили на городских улицах — давно не редкость, но немногие знают, что в своей работе они используют рекуперацию энергии. Хотя ещё до повсеместного распространения электрокаров рекуперация энергии повсеместно использовалась в трамваях, троллейбусах, электропоездах. В этих транспортных средствах передавалось в контактную сеть выработанное при торможении электричество, которое потом использовалось повторно.
Рекуперация энергии в электрокарах
Что такое рекуперация энергии
Для транспорта, работающего на электроэнергии, ключевым параметром можно назвать запас хода. Чем больше ёмкость аккумулятора, тем дальше машина проедет без подзарядки. Пробег без подзарядки даже важнее, чем максимальная скорость, поэтому производители уделяют батарее пристальное внимание. Но бесконечно увеличивать ёмкость батареи просто невозможно: чем выше становится заряд, тем больше весит аккумулятор. Вот почему идея подзаряжаться в пути кажется очень привлекательной.
А здесь мы говорим как раз о рекуперации.
Слово «рекуперация» происходит от латинского «recuperatio» (обратное получение). Это возвращение части потраченной энергии для вторичного применения.
Технология востребована в электрическом транспорте, особенно функционирующем на аккумуляторах. При движении под уклон и при остановке система рекуперации возвращает кинетическую энергию обратно в аккумулятор, происходит его подзарядка. Это даёт возможность машине проехать гораздо больший путь.
Как рекуперация энергии реализована в электромобилях
В современных электрокарах используется технология рекуперации торможения. При движении авто выделяется кинетическая энергия. Если машина тормозит, лишняя кинетическая энергия переходит в тепловую энергию трения. При этом теплота просто уходит в окружающую среду.
При снижении скорости на валу силового агрегата создаётся тормозной момент, происходит выработка электрической энергии, сохраняющейся в аккумуляторе. Накопленная электроэнергия используется для последующего движения машины.
Эффективность рекуперации энергии
Применение рассматриваемой технологии обеспечивает максимально возможную отдачу от каждого заряда аккумулятора, при этом происходит экономия «топлива». Рекуперативное торможение демонстрирует наибольшую эффективность на передней оси авто. Это связано с тем, что до 70 % кинетической энергии при замедлении приходится как раз на переднюю ось.
Эффективность рассматриваемой технологии существенно понижается при низком скоростном режиме. Поэтому для окончательной остановки используются классические тормоза. Две системы работают совместно и управляются бортовым компьютером, который решает следующие задачи:
— контролирует скоростной режим вращения колес;
— поддерживает тормозной момент электромотора, необходимый для остановки автомобиля, и крутящий момент, который нужен для подзарядки аккумулятора;
— перераспределяет тормозные усилия на классическую тормозную систему.
Механически педаль тормоза и колодки не связаны. Решение об остановке принимает бортовой компьютер, проанализировав действия водителя и характер движения машины.
Подведём итоги
Возможность частично использовать потраченную на остановку энергию и последующее развитие технологии в данной сфере позволяет надеяться, что электрокары в дальнейшем будут ещё более эффективными и востребованными. Важно заметить, что рекуперационную технологию используют не только в электромобилях, но и в транспортных средствах, где установлены моторы, работающие на бензине и дизеле (гибриды).
Рекуперация энергии в сеть
На протяжении долгого времени, излишнюю энергию, накопленную в преобразователях частоты (ПЧ) при торможении ими асинхронных двигателей с высокоинерционной нагрузкой (ПТО, нагрузочные стенды, электротранспорт, намотчики, центрифуги и т.д.), рассеивали на специальных тормозных резисторах. Это было крайне необходимо для ограничения уровня напряжения на шинах постоянного тока преобразователей при работе в этих режимах. В противном случае, отказ от использования тормозных резисторов грозил бы выходом преобразователей частоты из строя или невозможностью задания необходимых временных рамп разгона и торможения управляемых механизмов.
Применение тормозных резисторов не сильно влияет на стоимость оборудования систем, однако, влечет за собой ряд определенных неудобств при их проектировании и эксплуатации, а именно: большие габариты тормозных резисторов, разогрев поверхности тормозных резисторов до температуры 100°С и выше, обязательная защита резисторов от попадания пыли и влаги и т.д. Но, самым неприятным в этом случае является то, что излишняя энергия преобразуется в ненужное тепло, за которое предприятие платит деньги. В теплое время года, когда температура в помещениях с технологическим оборудованием и так достаточно высокая, тормозные резисторы, подключенные к ПЧ, способствуют еще большему ее повышению. Это значит, что крайне необходима дополнительная вентиляция помещений или даже их кондиционирование, а это опять дополнительные затраты. Но, ведь можно не рассеивать излишнюю энергию на резисторы, а возвращать ее обратно в питающую сеть, обеспечивая экономию дорогостоящих энергоресурсов. Для этого используются системы рекуперации энергии.
Фактически доказано, что современные преобразователи частоты позволяют значительно сократить энергопотребление оборудования и оптимизировать различные технологические процессы, что в свою очередь ведет к экономии сырья и других ресурсов, а так же способствует улучшения качества конечного продукта. Но, с заменой систем частотного регулирования с использованием тормозных резисторов на системы с использованием рекуперации энергии в сеть, появилась возможность дополнительной экономии. Теперь, энергию, возникающую при торможении двигателей можно возвращать в питающую сеть, осуществляя полную корректировку ее параметров в соответствии с параметрами сети. Ведущие производители промышленного оборудования и механизмов уже широко применяют такие системы, такие системы нашли применение в электротранспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы, эскалаторы).
Немного физики. Для того чтобы накопленную мощность можно было возвращать в источник переменного тока, в качестве входного выпрямителя привода рекуперации используются преобразователи с ШИМ источником напряжения. Теперь поток мощности переменного тока может течь в любую сторону, током можно управлять и получить почти единичный коэффициент мощности. В случае работы преобразователя частоты в режиме рекуперации, каскад IGBT транзисторов (используемый в моторном приводе в качестве выходного каскада) работает как синусоидальный выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянное напряжение для питания системы. При интенсивном торможении двигателя и, как следствие, превышении напряжения на звене постоянного тока преобразователя частоты выше определенного уровня, каскад IGBT транзисторов ПЧ генерирует ШИМ - сигнал в сторону сети. Разница напряжений между фазным напряжением ШИМ и сетевым напряжением питания прикладывается к индуктивностям (индуктору рекуперации). Это напряжение содержит много высокочастотных гармоник, которые блокируются индуктивностью и на выходе ПЧ получается синусоидальный ток с малой примесью высших гармоник. Для синхронизации привода рекуперации с сетью не требуется дополнительного оборудования.
Определение частоты и угла вектора сетевого напряжения происходит за счет подачи ШИМ - модулятором трех специальных тестирующих импульсов в питающую сеть.
Одним из проверенных и эффективных решений по рекуперации энергии является применение частотных преобразователей Unidrive SP фирмы Control Techniques. Примеры их использования можно увидеть на стендах динамических испытаний автомобилей многих автомобильных заводов (Nissan, Ford, Lamborghini и др.), в металлургии, на эскалаторах, кранах, и т.д. Конфигурация такой системы может иметь несколько видов, но суть ее сводится к одному - организовать двунаправленный поток энергии в источник переменного электропитания и из него. При определении мощностей/ номиналов компонентов системы рекуперации нужно учитывать следующие факторы:
1. Изменение уровня сетевого напряжения
2. Номинальные ток двигателя, напряжение, коэффициент мощности
3. Максимальную мощность нагрузки и условия перегрузки
4. Потери в приводах и других компонентах
На рис. 1 представлена общая схема система рекуперации при использовании одного моторного привода и одного привода рекуперации. Как правило, для такой системы моторный привод и привод рекуперации имеют одинаковые номиналы. Однако, при детальном расчете может выясниться, что характер нагрузки подразумевает работу моторного привода с перегрузкой, если при этом напряжение питания привода рекуперации находится на нижнем пределе, то он может не покрыть мощность выделяемую моторным приводом и потери в системе. Тогда необходимо использовать привод рекуперации большего номинала.
Рис.1 Система с одним приводом рекуперации и одним моторным приводом
На рис.2 представлена общая схема система рекуперации при использовании нескольких моторных приводов и одного привода рекуперации. В таких многоприводных конфигурациях привод рекуперации выбирается таким образом, чтобы выдать суммарную мощность всех моторных приводов, учитывая потери, включая собственные. В этом случае, конечно, нужно учитывать характер нагрузки для каждого моторного привода индивидуально, ведь возможен вариант одновременного торможения всех двигателей системы.
Рис.2 Система с одним приводом рекуперации и несколькими моторными приводами
При включении системы с несколькими приводами, объединенными по шине постоянного тока, необходимо ограничивать пусковой ток, поскольку электролитические конденсаторы в звене постоянного тока преобразователей частоты имеют малое сопротивление. Для этого применяется тиристорный выпрямительный модуль SPMC, который подключается контактором для заряда конденсаторов объединенной шины постоянного тока преобразвателей. После обеспечения плавного заряда шины до номинального напряжения, выпрямительный модуль SPMC отключается.
Как видно, система рекуперации предлагаемая Control Techniques может иметь различные конфигурации и может быть спроектирована индивидуально под конкретное применение.
По всем вопросам, касательно данного применения обращайтесь в ООО "Драйвика" по тел. 8 (812) 635 90 30 или Email: [email protected]
О нас - Рекуперация энергии
Рекуперация энергии создает технологии, которые решают сложные задачи на рынках промышленных потоков жидкостей по всему миру. Опираясь на нашу технологическую платформу теплообменников под давлением, мы разрабатываем и производим решения, которые делают промышленные процессы более эффективными и устойчивыми. То, что начиналось как революционное изобретение для опреснения, превратилось в глобальный бизнес, ускоряющий экологическую устойчивость операций клиентов в различных отраслях. Штаб-квартира компании находится в районе залива Сан-Франциско, и мы являемся глобальной командой с продажами и технической поддержкой на месте, доступной по всему миру.
Обеспечение экономии средств и повышение эффективности
Мы стремимся разрабатывать технологии, которые снижают эксплуатационные расходы для наших клиентов. Наши решения обеспечивают долгосрочную ценность и повышают производительность операций наших клиентов за счет снижения энергопотребления и стоимости жизненного цикла, включая ремонт, техническое обслуживание и время простоя оборудования.
Наша компания начинала с опреснения воды, где наше флагманское устройство рекуперации энергии PX® Pressure Exchanger® (PX) сегодня экономит потребителям опреснения воды примерно 3,9 доллара США. B в расходах на энергию в год. Надежность и ценность нашего PX в течение всего срока службы делают его методом обратного осмоса морской воды (SWRO) самым надежным и стандартным в отрасли устройством рекуперации энергии.
Ускорение технических инноваций
Наша основная технология – теплообменник давления. Эта универсальная технология лежит в основе многих наших продуктов и может работать с различными промышленными жидкостями и давлением. Первое применение нашей технологии теплообменника под давлением, PX, произвело революцию в опреснении SWRO, решив ключевую проблему: энергоемкость. PX снижает энергопотребление до 60% на объектах SWRO — значительная экономия, которая позволила SWRO вытеснить термическое опреснение в качестве предпочтительной сегодня технологии опреснения. Сегодня мы продолжаем расширять границы нашей основной технологии, чтобы работать с различными операционными средами и промышленными приложениями.
Наши клиенты не должны жертвовать качеством ради устойчивого развития. Наша технология делает промышленные процессы с потоками жидкостей более эффективными и экологически устойчивыми, экономя энергию, сокращая количество отходов и сводя к минимуму выбросы. Мы гордимся своей ролью в повышении экологической устойчивости операций наших клиентов и, где это применимо, поддержке клиентов в соблюдении экологических норм и требований. Наш PX, который не производит выбросов при работе, позволил нашим клиентам, занимающимся опреснением воды, избежать 30 тераватт-часов и примерно 14,5 миллионов метрических тонн выбросов углерода в 2021 году, что эквивалентно удалению с дорог более 3 миллионов легковых автомобилей ежегодно *. Отчасти благодаря нашему PX, SWRO — это экономичный и энергоэффективный вариант доставки чистой воды людям в местах с дефицитом воды.
* Оценка восстановления энергии
Правильное ведение бизнеса
Три года назад мы начали наше официальное путешествие в области охраны окружающей среды, социальных отношений и управления (ESG), чтобы взглянуть на себя и обеспечить нашим заинтересованным сторонам дополнительную прозрачность в отношении нашей компании.
Мы считаем, что устойчивые операции и продукты имеют основополагающее значение для устойчивости бизнеса, и наша программа ESG предлагает стратегическую дорожную карту для улучшения.
Узнать больше
Построение партнерских отношений для более устойчивого будущего
Так же, как наша компания стремится поставлять нашим клиентам эффективные и экологически безопасные продукты, мы стремимся поддерживать местные и глобальные сообщества, в которых наши сотрудники живут и работают в том же духе. Наша цель — подавать пример и расширять возможности наших партнеров, разделяющих эту цель.
Узнать больше
Карьера в Energy Recovery
Мы знаем, что наши люди — это наш самый ценный актив, который позволяет нам решать самые насущные промышленные проблемы в мире. Мы обеспечиваем полезную рабочую среду, которая поощряет интеллектуальную любознательность и творческое решение проблем, поощряет превосходство и индивидуальность и способствует сотрудничеству.
Узнать больше
Работа на рекуперации энергии - рекуперация энергии
Наша культура изобретательности, командной работы и добросовестности создает захватывающее, безопасное и коллективное рабочее место, которое вдохновляет сотрудников на реализацию своего любопытства и полную реализацию своего потенциала.
Наши ценности
Energy Recovery предназначен для обеспечения более доступной чистой воды для миллионов людей во всем мире. В основе нашей миссии лежат наши ценности:
Наши сотрудники выделяют нас
Наша культура изобретательности, командной работы и добросовестности создает захватывающее, безопасное и коллективное рабочее место, которое вдохновляет сотрудников на реализацию своего любопытства и полную реализацию своего потенциала. Мы стремимся способствовать разнообразию и инклюзивности наших сотрудников и руководящего состава. В совокупности мы формируем яркую глобальную команду, объединенную стремлением к постоянному совершенствованию при решении сложных промышленных задач.
«Мы твердо верим, что разные точки зрения ведут к лучшим результатам, результаты которых я вижу в нашей работе каждый день».
Роберт Мао, председатель правления, президент и главный исполнительный директор Energy Recovery
Наши преимущества
Мы предоставляем нашим сотрудникам конкурентоспособные преимущества, направленные на укрепление здоровья, благополучия и самореализации.
- Здравоохранение: мы предоставляем комплексные медицинские, стоматологические и офтальмологические услуги в дополнение к надежной программе оздоровления
- Финансовое благополучие: мы обеспечиваем душевное спокойствие благодаря льготам по идентификации и правовой защите, страхованию инвалидности и жизни, а также пенсионным пособиям 401(k), включая соответствующие компании
- Баланс между работой и личной жизнью: мы поддерживаем каждого сотрудника в реализации его профессиональных целей. Мы предлагаем конфиденциальную программу помощи сотрудникам, страхование домашних животных, гибкие счета расходов, помощь в обучении, оплачиваемый отпуск, бесплатные обеды для сотрудников на месте и многочисленные мероприятия в течение года
Наше влияние на ESG
Воздействие на окружающую среду
- Снижая затраты на производство воды примерно на 2,6 миллиарда долларов в год, мы способствуем сокращению дефицита воды и обеспечению более доступного доступа к чистой воде
- Наша продукция направлена на сокращение выбросов и отходов, связанных с производством жизненно важных ресурсов, за счет повышения производительности и эффективности.
, а также снижение энергопотребления. Наша основная технология PX® Pressure Exchanger® предотвращает выбросы примерно 12,5 миллионов метрических тонн углерода, что эквивалентно более чем 2,7 миллионам транспортных средств, удаляемых с дорог ежегодно
- Наши продукты и решения помогают создавать более устойчивую инфраструктуру и продвигать устойчивую индустриализацию, обеспечивая энергоэффективные и экономичные производственные процессы
Социальное воздействие
В Energy Recovery мы стремимся к благополучию наших сообществ на местном и глобальном уровнях. Мы стремимся подавать пример через различные благотворительные и волонтерские усилия для поддержки местных организаций и приоритетов сообщества. Узнайте больше о наших инициативах в области социальных инвестиций.
Управление
Мы являемся публичной компанией, ориентированной на корпоративное управление, чтобы обеспечить положительное влияние на все заинтересованные стороны.
