Encyklopedia

description Rekuperacja energii elektrycznej

dodane 3.03.2008, godz. 19:34 przez zdjęcie profilowe użytkownika Luke_Police Luke_Police; zmodyfikowane 3.03.2008, godz. 22:04 przez zdjęcie profilowe użytkownika X X

Rekuperacja energii elektrycznej jest procesem polegającym na odzyskiwaniu energii w pojazdach z napędem elektrycznym lub hybrydowym poprzez wykorzystanie silników elektrycznych jako prądnicy. W pojazdach trakcyjnych odzysku energii dokonuje się najczęściej przy pomocy silników trakcyjnych asynchronicznych, które przekształcają energię kinetyczną rozpędzonej masy pojazdu na energię elektryczną w trakcie jego hamowania elektrodynamicznego. Odzyskana w ten sposób energia może być oddawana bezpośrednio do sieci trakcyjnej lub gromadzona w akumulatorze. Nie zawsze możliwy jest zwrot energii do sieci, gdyż musi być ona do tego odpowiednio przystosowana. Pojazd może oddać prąd do sieci dzięki temu, że w trakcie hamowania elektrodynamicznego na jego odbieraku prądu napięcie ma wyższą wartość niż w przewodach trakcji zasilającej, zatem oddając nadwyżkę tej energii powoduje podniesienie panującego w niej napięcia elektrycznego. Przygotowana do odbioru energii sieć trakcyjna spełnia pewne normy energetyczne (np. ograniczona maksymalna wartość napięcia), które nie mogą zostać przekroczone. Ryzyko takiego przekroczenia jest mniejsze, gdy przed pojazdem trakcyjnym hamującym jest kolejny, który rusza. Wówczas zwiększony pobór prądu przez ruszający pojazd zapobiega pojawieniu się zbyt wysokiego napięcia w trakcji. Gdy zaś ruszającego pojazdu nie ma i napięcie w sieci rośnie zbliżając się do pewnej narzuconej przez normę wartości maksymalnej, wówczas aparatura elektroniczna pojazdu hamującego przełącza obwód odzyskiwanej energii na oporniki – jest ona częściowo lub całkowicie wytracana rezystancyjnie nie pozwalając na jej ponowne wykorzystanie. Istnieją również rozwiązania, polegające na wykorzystaniu energii hamowania dla potrzeb pojazdu hamującego. W niektórych trolejbusach i tramwajach wykorzystuje się energię rekuperacji do ogrzewania wnętrza, w innych doładowuje nią akumulatory zasilające część elektroniki pokładowej (wyświetlacze, autokomputer, kasowniki elektroniczne, maszyny drzwiowe).

Pojazdy umożliwiające rekuperację energii elektrycznej



Odzyskiwanie energii elektrycznej w procesie hamowania elektrodynamicznego stosowane jest w najnowszych pojazdach zasilanych z sieci trakcyjnej (tramwaje, trolejbusy i lokomotywy), jak również w energooszczędnych autobusach z napędem hybrydowym. Koncepcje rozwiązań są dosyć zróżnicowane u poszczególnych producentów.

Rekuperacja energii w trolejbusach



Odzyskiwanie energii w procesie hamowania możliwe jest we wszystkich trolejbusach posiadających impulsowy układ rozruchu (oparty na tyrystorach lub tranzystorach IGBT).

Dla przykładu w Solarisach Trollino 15AC układ zasilający zbudowano z trzech bloków. Blok wstępny ustala właściwą polaryzację napięcia pochodzącego z sieci trakcyjnej. Kolejny blok odpowiada za zwrot napięcia do sieci, kiedy silnik pracuje jako prądnica. Pedał hamulca jest elektroniczny, przy lekkim wciśnięciu pojazd hamuje elektrodynamicznie zwracając energię, zaś po przekroczeniu 1/3 wciśnięcia, czujnik umożliwia zadziałanie również hamulców pneumatycznych. Trzecią ważną częścią jest falownik oparty na tranzystorach IGBT. Pracując z wysoką częstotliwością steruje on prądem docierającym do silnika. Przekaźnik trakcyjny znajduje się z tyłu pojazdu wewnątrz wieży. Poniżej zamontowano silnik trójfazowego prądu przemiennego typu TAM 1009 C o mocy ciągłej 175 kW. Ponieważ często wartość prądu zwracanego w procesie rekuperacji przekracza normy sieci, na dachu zainstalowano także wymienniki ciepła, rozpraszające nadmiar energii elektrycznej w postaci ciepła.

W nowoczesnym 18-metrowym trolejbusie Skoda 25Tr Irisbus zastosowano asynchroniczny silnik trakcyjny Skoda 18ML 3550 K/4 wyposażony w skrzynię biegów z regulowanym inwerterem opartym na tranzystorach IGBT. Odzyskiwanie energii elektrycznej umożliwia właśnie ten inwerter w procesie hamowania elektrodynamicznego z zastosowaniem silnika trakcyjnego.

Rekuperacja energii stosowana jest też w trolejbusach marki Van Hool. Wprowadzono ją w 12-metrowych pojazdach A300T oraz przegubowych AG300T.

Niestety w Polsce w większości miast z rozbudowaną komunikacją miejską trolejbusy nie występują. Główną przyczyną są względy ekonomiczne, pojazdy te są droższe niż autobusy, w chwili obecnej problemy ekologiczne schodzą na dalszy plan. Dokonywane są jednak modernizacje starszych trolejbusów pozwalające zmniejszyć ich pobór prądu.

Wykorzystanie rekuperacji energii w autobusach, z napędem hybrydowym



W Solarisach Urbino Hybrid z napędem hybrydowym zastosowano silniki elektryczne napędzające drugą oś autobusu. W trakcie ruszania pojazd pobiera prąd z baterii umieszczonych na dachu, ładowanych podczas zmniejszania prędkości w procesie rekuperacji energii. Autobus charakteryzuje się jednostajną pracą silnika spalinowego, którego odgłos nie zawiera męczących uszy niskich częstotliwości. Napędza on generator Cummins ISLe4 wytwarzający energię elektryczną zasilającą silniki elektryczne podczas jazdy. Główne atuty tego rozwiązania to zmniejszenie emisji spalin (norma Euro 5) oraz mniejsze zużycie paliwa.

Nad koncepcją nowoczesnego autobusu miejskiego z napędem hybrydowym pracuje też obecnie szwedzka firma Scania. Producent chce wykorzystać klasyczny silnik Diesla do napędzania prądnicy wytwarzającej energię elektryczną napędzającą silnik trakcyjny znajdujący się w tylnej osi pojazdu. Nadwyżka energii uzyskiwania w procesie hamowania ma być magazynowana w wytrzymałych i lekkich superkondensatorach, bardziej wydajnych od klasycznych akumulatorów stosowanych dotychczas. Czas pracy superkondensatorów odpowiadać będzie cyklowi życia autobusu.

Wykorzystanie rekuperacji energii w tramwajach



W każdym, nawet najbardziej zabytkowym tramwaju elektrycznym, podczas hamowania silniki wytwarzają prąd elektryczny. Energia ta może zostać zmagazynowana w akumulatorach, wykorzystana wewnątrz pojazdu (np. na ogrzewanie wnętrza zimą), oddana do sieci lub bezpowrotnie wytracona w opornikach (w większości przypadków). Umożliwienie odzyskiwania tej energii wymaga przebudowania układów sterujących silnikami (zastosowanie rozruchu tyrystorowego lub falowników IGBT). Obecnie producenci zaopatrują w układy rekuperacji energii głównie konstrukcje niskopodłogowe (np. Pesa 121N czy Bombardier NGT6 ) jednak nie jest to regułą. W wielu miastach Polski, mając na uwadze względy ekologiczne i ekonomiczne, dąży się do zmniejszenia poboru prądu elektrycznego z sieci trakcyjnej. Sieć przystosowana do zwrotu energii istnieje już m.in. w Warszawie i we Wrocławiu. Nadal jednak znaczna część taboru tramwajowego poruszającego się po torach tych miast posiada klasyczne mechanizmy hamowania rezystancyjnego marnującego energię elektryczną, która mogłaby zostać odzyskana. Dla przykładu we Wrocławiu zwrot energii do sieci dokonywany jest tylko w wagonach 204WrAs, 205WrAs i jedynym istniejącym egzemplarzu zmodernizowanego składu 105Na z silnikami asynchronicznymi (105NWrAs). W krajach zachodnich odzyskiwania energii hamowania w tramwajach dokonywano już w latach 70-tych XX wieku.

Jednymi z pierwszych tramwajów odzyskujących energię kinetyczną w postaci elektrycznej były wagony serii TW6000 produkowane w latach 1976-1993 dla Hannoveru. W każdym z wózków napędowych tego tramwaju zamontowano silniki trakcyjne AEG ABS 3320 o mocy 217kW. Napęd tramwaju oparto o dwie przetwornice prądu stałego wykorzystujące tyrystory GTO. Podczas hamowania energia elektryczna jest zwracana do sieci trakcyjnej, a przy nadmiernym wzroście napięcia w niej, wytracana w rezystorach hamowania umieszczonych na dachu tramwaju. Obecnie duża część tych wagonów eksploatowana jest w Budapeszcie.

Rekuperacja energii w Szczecinie



Niestety obecna szczecińska sieć podstacji zasilających trakcję tramwajową nie jest przystosowana do przyjmowania energii elektrycznej. Również tabor poruszający się po szczecińskich torach nie ma mechanizmów pozwalających na rekuperację energii elektrycznej.
na podstawie: Wikipedia.pl, Główna Biblioteka Komunikacyjna, Infobus, Transport Szynowy
opracował: Łukasz Faluta