Рекуперация энергии в сеть. Рекуперативное торможение

Рекуперация энергии – это процесс возврата части потерянной энергии обратно в систему для дальнейшего использования. Эта технология позволяет повысить эффективность работы различных устройств и снизить потребление первичных энергоресурсов.

Понятие рекуперации энергии

Рекуперация (от лат. recuperatio) в переводе означает «восстановление», «возвращение». Этот термин применяется в разных областях, но его основная идея сводится к тому, чтобы вернуть часть потерянной или выброшенной энергии обратно в систему.

Например, когда мы тормозим автомобиль, кинетическая энергия его движения теряется в виде тепла и шума. А в некоторых случаях эту энергию можно частично восстановить и использовать снова. Именно на это и направлена рекуперация.

Примеры потерь энергии

• Торможение автомобиля
• Вращение вентилятора
• Нагревание приборов и механизмов

Во всех этих случаях происходит бесполезная трата энергии, которую можно частично вернуть с помощью рекуперации.

Основная идея

Захват и сохранение части теряющейся энергии, а затем применение ее вновь. Это позволяет:

1. Повысить эффективность систем
2. Сэкономить первичные энергоресурсы

Как работает рекуперация энергии

Рассмотрим принцип работы рекуперации на примере рекуперативного торможения в электромобилях и гибридах.

Вместо традиционных тормозов здесь используется электродвигатель, который при торможении начинает работать в режиме генератора. Он преобразует кинетическую энергию движения в электрическую, которая направляется на зарядку аккумулятора.

Преимущества

• Экономия электроэнергии до 30%
• Меньший износ механических тормозов
• В 2-3 раза дольше срок службы тормозных колодок

Также рекуперация энергии активно применяется в промышленности, возобновляемой энергетике, силовой электронике и других областях.

Рекуперация в автомобилях

Рекуперативное торможение используется в электрокарах и гибридах. При этом кинетическая энергия движения преобразуется в электричество для зарядки батарей.

Рекуперативные тормоза помогают на 30% сэкономить заряд батарей в электромобилях.

В машинах с ДВС устанавливают маховики для накопления энергии. Например, система KERS компании Volvo. Ее преимущества:

• Экономия топлива до 10%
• Увеличение запаса хода
• Высокая стоимость и сложность

Гибридные автомобили

Они сочетают ДВС и электродвигатель с рекуперацией тормозной энергии. На таких машинах можно включить режим движения только на электротяге без расхода бензина.

Рекуперация в возобновляемой энергетике

Солнечные и ветровые установки используют рекуперацию энергии для оптимизации работы при нехватке света или ветра.

Избыточная энергия накапливается в батареях, а затем отдается в сеть в периоды дефицита ресурса. Это позволяет:

• Выровнять график выработки электричества
• Повысить КПД солнечных панелей и ветрогенераторов
• Сгладить суточные перепады выработки

Благодаря рекуперации достигается экономия электроэнергии и средств на техобслуживание оборудования.

Рекуперация в промышленности

На производствах устанавливают системы для возврата энергии обратно в сеть предприятия. Это помогает оптимизировать потребление и выровнять график нагрузок.

Например, рекуперация энергии активно используется:

• В горнодобывающей промышленности
• Металлургии
• На предприятиях ЖКХ

Основные преимущества:

1. Экономия электроэнергии до 20%
2. Снижение «пиков» энергопотребления
3. Повышение устойчивости систем электроснабжения

Двунаправленные источники питания

Двунаправленные источники питания (ДИП) с рекуперацией широко используются в силовой электронике. Они эффективно управляют потоками энергии между источником, хранилищем и потребителем.

ДИП умеет работать в двух режимах:

1. Зарядка аккумуляторов или суперконденсаторов
2. Питание нагрузки от накопителей энергии

При избытке энергии ДИП направляет ее на зарядку батарей. А в периоды повышенного потребления отдает накопленную энергию в сеть.

Преимущества ДИП

• Высокая эффективность преобразования (95%)
• Экономия затрат на электроэнергию
• Защита от перегрузок по току и напряжению

Программные решения для рекуперации

Для оптимизации работы систем с рекуперацией энергии применяют специальные IT-решения. Они позволяют максимально эффективно использовать накопленную энергию.

Возможности такого ПО:

• Мониторинг параметров в режиме реального времени
• Расчет оптимальных режимов рекуперации
• Формирование аналитических отчетов

Преимущества

1. Повышение КПД на 20-30%
2. Снижение затрат на обслуживание
3. Прогнозирование неисправностей

Рекуперация в асинхронных двигателях

Рекуперация энергии асинхронного двигателя основана на его способности работать в генераторном режиме.

При вращении от внешнего источника асинхронный двигатель вырабатывает электроэнергию. Ее можно накапливать или отдавать в сеть.

Такая технология используется, например, на ветряных электростанциях или в системах вентиляции зданий.

Рекуперация в гибридных автомобилях

В гибридных машинах применяют комплексные системы рекуперации, включающие несколько контуров:

• Механический (маховик)
• Электрический (через тяговый привод)
• Регенеративные тормоза с электроприводом

Такая комбинация позволяет максимально эффективно использовать все виды энергии при движении автомобиля.

Перспективы развития рекуперации

Существует несколько направлений для дальнейшего развития и совершенствования технологий рекуперации энергии:

Повышение эффективности

Создание более совершенных систем для увеличения доли возвращаемой энергии. Например, применение новых магнитных материалов в электродвигателях или оптимизация алгоритмов управления.

Гибридные комплексы

Объединение в одной установке нескольких контуров рекуперации - механического, электрического, гидравлического. Это позволит максимально эффективно использовать все виды энергии.

Новые области применения

Адаптация технологий рекуперации для отраслей, где они пока не используются. Например, внедрение в системы жизнеобеспечения зданий, на объектах водоснабжения и т.д.

Экономический эффект от рекуперации

Внедрение систем рекуперации энергии позволяет получить следующие экономические выгоды:

1. Снижение затрат на электроэнергию на 15-30%
2. Сокращение расходов на топливо в транспорте
3. Уменьшение издержек на техобслуживание и ремонт

Срок окупаемости инвестиций в рекуперацию составляет от 2 до 5 лет в зависимости от масштаба внедрения.

Другие выгоды:

• Повышение надежности систем
• Оптимизация графиков нагрузки
• Сглаживание пиков потребления энергии

Экологический эффект

Благодаря экономии первичных энергоресурсов, рекуперация оказывает положительное влияние на экологию:

• Снижение вредных выбросов от электростанций
• Уменьшение использования нефтепродуктов
• Сокращение загрязнения окружающей среды

Масштабное внедрение технологий рекуперации поможет решить ряд глобальных экопроблем и улучшить состояние планеты.

Внедрение систем рекуперации

Успешное внедрение технологий рекуперации энергии на объектах требует решения ряда важных задач:

Проектирование

На этапе проектирования необходим тщательный анализ особенностей объекта, режимов его работы и потребления энергии. Это позволит оптимально подобрать компоненты системы рекуперации.

Монтаж

Монтаж должны выполнять высококвалифицированные инженеры в соответствии с технической документацией и стандартами. От качества монтажа зависит надежность всей системы.

Наладка и испытания

Проведение комплекса пусконаладочных работ и испытаний в реальных условиях эксплуатации. Это необходимо для выявления и устранения возможных дефектов системы.

Перспективные отрасли для внедрения

Наиболее перспективными областями для широкого применения рекуперативных технологий являются:

• Транспорт и автомобилестроение
• Альтернативная и возобновляемая энергетика
• Промышленные предприятия
• Системы вентиляции и кондиционирования

Причины

1. Высокий потенциал экономии энергии и средств
2. Постоянные перепады потребления энергии
3. Большие объемы рынков

Поставщики оборудования для рекуперации

К ведущим производителям комплектующих и решений в области рекуперативных технологий относятся такие компании, как:

• General Electric
• ABB
• Siemens
• Toshiba
• Delta Electronics