Экология

Средний канадский коттедж производит ежегодно 5-7 тонн парниковых газов. Дома США производят ежегодно около 278 млн тонн парниковых газов. Пассивные дома могут существенно сократить эти выбросы.

Технологии пассивного домостроения позволяют существенно сократить потребление энергии. Например, в 1990-е годы в Германии энергопотребление в жилищно-коммунальной сфере снизилось на 3 %. А домохозяйства Великобритании потребляют около 30 % всей энергии страны.

Рекуперация торможения

Рекуперативное торможение — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях, где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы и другие устройства.

С 2009 года в «Формуле-1» на всех болидах используется система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у «Формулы» с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что, по результатам сезона-2009, оснащённые данной системой болиды не демонстрировали превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако, это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено. В настоящее время система рекуперации кинетической энергии часто используется гонщиками при обгонах.

Стоит поподробнее остановиться на принципе работы гибридного автомобиля. В качестве примера предлагаем автомобиль японского концерна Lexus RX 400h (Рис.7.).

Рис.7. Lexus RX 400h.

Lexus RX 400h — среднеразмерный гибридный кроссовер, выпускаемый компанией Toyota Motor Corporation с 2005 года. Тип трансмиссии — вариатор, тип привода — автоматически подключаемый полный.

Lexus RX 400h стал вторым в мире массово производимым гибридным кроссовером после Ford Escape Hybrid. Впервые он был продемонстрирован в январе 2004 года на Североамериканском Североамериканском международном автошоу. В ноябре 2008 года был проведён полный редизайн гибридного кроссовера и второе поколение RX 450h было продемонстрировано на мотор-шоу в Лос-Анджелесе.

На RX устанавливают V-образный 6 цилиндровый бензиновый двигатель объемом 3,4 литра, мощностью в 211 лошадиных сил (155 кВт). Помимо основного мотора на него так же устанавливают два электромотора с суммарной мощностью 272 л.с.(200 кВт). Каждый из электромоторов приводит в движение одну из соей автомобиля (переднюю или заднюю).

Характеристики переднего электромотора:

Макс. мощность - 123 кВт при 4500 об/мин

Макс. крутящий момент - 333 Нм при 0-1500 об/мин

Макс. напряжение - 650 В

Характеристики заднего электоромтора:

Макс. мощность - 50 кВт при 4610-5120 об/мин

Макс. крутящий момент - 130 Нм при 0-610 об/мин

Макс. напряжение 650 В

Теперь разберемся, когда именно какой из двигателей начинает работать. При обычном ритме движения автомобиль использует передний электромотор вкупе с бензиновым двигателем. При резком ускорении так же подключается и задний электромотор, что сказывается на заряде никель-металлгидридной батареи. Если при разгоне вы не сильно давите на педаль газа, то бензиновый мотор автоматически отключается. Автомобиль приводится в движение только за счет электромоторов. Самое же интересное начинается при замедлении. Бензиновый мотор отключается, а электромоторы начинают работать как генераторы. Если вы завели бензиновый двигатель, стоите на месте, то вся вырабатываемая им энергия идет на подзарядку батарей.

В

Рис.8. Зеленые стрелки показывают то, то происходит зарядка. В обычном режиме езды стрелки желтые, а при «утопленной « в полу педали стрелки красные.

любой момент временны вы можете видеть за счет какого из двигателей происходит движение, когда подключается бензиновый двигатель либо происходит рекуперация энергии. Вся эта информация в виде графического изображения выводится на экран маршрутного компьютера. На Рис.8 вы можете увидеть тот момент, когда электромоторы включаются в качестве генераторов.

С

Рис.9. Полный цикл зарядки/разрядки батарей.

истема рекуперации кинетической энергии вкупе с VDIM (система интегрированного управления динамикой автомобиля), E-FOUR (интеллектуальная система полного привода), E-CVT (трансмиссия с бесступенчатым изменением передаточного отношения с электронным управлением), а так же мощнейшим компьютером и отменно продуманной системой управления двигателями дают поразительный результат. Расход топлива данного автомобиля на 60% ниже, чем у бензинового варианта (Lexus RX 350).

Расчет предполагаемых потерь энергии при торможении в городском транспорте

Условия жизни в большом городе постоянно диктуют нам свои порядки. Я думаю, что практически каждый житель многонаселенного города хотя бы один раз, но все – таки пользовался общественным транспортом, ведь процесс преодоления городских джунглей пешком неимоверно долог и утомителен, а позволить себе свой собственный транспорт могут далеко не все, да и тот зачастую не блещет надежностью. Так что никто из нас не может быть полностью застрахован от того, что каким – нибудь морозным зимним утром он отправится в утомительное путешествие по городу именно на общественном транспорте.

Основной целью нашей работы является доказать каждому человеку, что используя современные, передовые технологии наша жизнь заиграет современно иными красками. Мы хотим доказать всем и каждому, что применение технологии рекуперации кинетической энергии заметно улучшит жизнь не только городским властям, но и простым гражданам и жителям определенного города.

Предполагаемые расчеты мы хотим провести, начав с самой обыденной для каждого школьника формулы кинетической энергии.

Здесь, как вы можете наблюдать, есть два неизвестных. Это масса нашего транспортного средства и его скорость. Воспользовавшись сайтом подвижного состава Московского троллейбуса, мы узнали, что в среднем масса всех видов техники общественного транспорта равна 18 000 кг, однако не стоит забывать и о людях, которые им пользуются. Поэтому примем массу нашего транспортного средства равной 20 000 кг. В то же время, пронаблюдав за поведением трафика в условиях города, я пришел к выводу, что наша средняя скорость наверняка не поднимется выше 36 км/ч, и для большего удобства в расчетах я взял именно ее.

Подставим все наши данные в формулу и получаем:

На 6 маршруте около 40 остановок. За это количество остановок мы потеряем около 40 МДж, которую можно повторно использовать.

Рассчитаем энергию, которую производит двигатель автобуса на протяжении всего маршрута.

Воспользовавшись системой «Яндекс. Карты», мы подсчитали, что длина маршрута №6 составляет 25 км. На сайте GPS мониторинга общественного транспорта я вычитал, что расход топлива у нашего автобуса составляет 30 литров на 100 км. Значит, за 25 км нам понадобится 7.5 литров горючего. Это около 7 кг. Лямда – удельная теплота сгорания дизельного топлива. Имеет численное значение в 43 мДж * кг.

Из приведенных выше цифр можно увидеть, что 261 МДж энергии совершенно бесполезно выбрасывается в атмосферу. Но, мы и наш проект призван уменьшить бесполезное выбрасывание денег из городского бюджета на ветер. Давайте рассчитаем, сколько энергии будет затрачено автобусом за год. Будем отталкиваться от того, что в среднем, ежедневно, каждый автобус проезжает маршрут около 10 раз.

Столько энергии выработает за год двигатель. Теперь рассчитаем объем полезной энергии, что бы вычислить объемы потерь.

Как вы можете наблюдать, цифра затраченной и полезной мощности различается на несколько порядков, что очень значимо для бюджета. Рассчитаем потери.

Цифра просто невероятно огромна. Но не спешите расстраиваться. Часть этой энергии нам удастся вернуть при помощи системы рекуперации энергии. Проведя некоторые эксперименты с макетом мы выяснили, что его около 15%. Основываясь на эти данные рассчитаем количество энергии, которое мы сможем вернуть.

Именно столько энергии мы сможем вернуть с помощью нашей установки.

Теперь стоит рассчитать экономическую эффективность нашей установки. По самым грубым подсчетам, оборудование автобусов установками, предназначенными для рекуперации кинетической энергии, обойдется в 100.000 – 120.000 рублей. Эта цифра не является особо крупной, по сравнению со стоимостью самого автобуса. Однако нам очень важно узнать, за сколько окупится наша установка для рекуперации кинетической энергии. Рассчитаем массу сэкономленного за год топлива.

Один килограмм дизельного топлива стоит около 40 рублей. Тогда, за год мы сэкономим:

Из приведенных выше расчетов мы можем увидеть, что наша установка окупится менее, чем за один год. Далее же перевозчики будут получать исключительно прибыль. А деньги, как мы знаем, лишними быть не могут.