基本信息
- 項目名稱：
- 儲能飛輪在現(xiàn)代城市公交車上的應用
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 設計機械式儲能飛輪回收公交汽車在制動時所浪費的制動能量，并將其用于汽車的再次起步過程，這樣既能回收制動能量，也能避免汽車起步時的巨大油耗，還可以一定的減少汽車的尾氣排放。
- 詳細介紹：
- 公交汽車作為現(xiàn)代城市最便捷最經(jīng)濟的交通工具，在城市的交通運輸中擔當著不可替代的角色。由于城市中公交運輸團體的龐大，決定了它的能源消耗一直是城市能源消耗的主體之一。所以公交汽車的節(jié)能運行越來越受到社會的關注。 在現(xiàn)代城市公交的運行工況下，公交車難免走走停停。在這樣的運行狀態(tài)下，汽車的很大一部分能量被浪費在汽車的剎車過程中，而且汽車在起步過程中的油耗也相當之高。設計儲能飛輪制動能量再生系統(tǒng)回收制動能量并用于汽車再次起步加速過程，這樣既能使浪費能量回收再利用，又起到降低油耗、節(jié)約能源、保護環(huán)境的目的。 而且，與傳統(tǒng)的混合動力汽車相比，該儲能飛輪制動能量回收系統(tǒng)在運行過程中并不需要儲能電池及發(fā)電放、電機構，這樣就延長了系統(tǒng)的運行維護周期性，降低了廢舊電池的處理壓力。 所以該系統(tǒng)是一種能夠較好的降低公交運行成本的節(jié)能系統(tǒng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 基本思路：將飛輪作為能量存儲的工具，當汽車制動時，飛輪儲能，汽車起步時飛輪釋放能量。 創(chuàng)新點：1、效能高，能量的轉換僅僅通過了機械能到機械能，能量轉換效率高； 2、無副產(chǎn)物，該系統(tǒng)不需要化學儲能電池，避免了廢舊化學電池的處理； 3、提高汽車性能，該系統(tǒng)還減輕了剎車、離合系統(tǒng)的負擔，提高汽車運行平穩(wěn)性。 技術關鍵：飛輪在回收能量和釋放能量時，傳動機構中的離合器的嚙合與斷開的及時性，這將影響飛輪的能量回收效率和使用效率。
科學性、先進性
- 目前，對大型汽車的制動能量回收研究相對于小汽車（如雷克薩斯HS250h）的該技術研究而言相對比較滯后，然而大型汽車與小型汽車相比較，不僅消耗的能源較多，而且浪費的能量相對集中，易收集，使用效果比較明顯。 在眾多混合動力汽車的制動能量回收系統(tǒng)中，大部分都要通過化學儲能電池作為儲能的工具，這樣不僅對系統(tǒng)提出了更高的要求，而且在能量的轉化過程中難免會有較大的損失。利用機械式儲能系統(tǒng)較好地能夠克服其弱點。 將飛輪通過傳動機構與汽車后橋相連接，中間接有離合器控制其斷連，離合器由電腦自動控制。當汽車處于制動階段，離合器在控制器的作用下閉合，汽車車軸帶動飛輪轉動，汽車動能轉換成飛輪動能，當飛輪儲能達到峰值或車速過低，離合斷開，飛輪儲能完畢。反之，飛輪釋放能量，為汽車提供起步加速扭矩，降低汽車起步油耗。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 理論設計計算階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型 圖片 現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本項目從公交汽車的實際運行工況出發(fā)，本著即存即用的原則，使能量利用效率盡可能地達到最高，從而提高汽車的燃油經(jīng)濟型，提高能源的使用效率。而且由于該系統(tǒng)結構簡單，制造成本比較低，可以在類似的交通工具上進行大范圍推廣，如地鐵、輕軌以及無軌電車等。 制動能量再生是混合動力汽車節(jié)油最有效的途徑之一，通過Advisor2002以及AMESin-Sinulink仿真結果表明，制動能量再生可節(jié)油5 %~8%甚至更高[1-2]。在北京的循環(huán)工況下，傳統(tǒng)客車燃油消耗為56.4L/100km[4]。根據(jù)以上信息可大概估算： 汽車每運行100km可節(jié)約4L左右燃油，假設每輛汽車每天運行的總里程數(shù)為200km，那么每天每一輛車將節(jié)油8L。一座中型城市按1000輛公交汽車來計算，節(jié)油總量為8000L，一年將節(jié)油2880000L，減少CO2排放約為10000噸。
同類課題研究水平概述
- 在實驗室中，儲能飛輪的發(fā)展研究已經(jīng)達到了相當高的水平。1998年清華大學工程物理儲能飛輪實驗室成功將質量為8kg，直徑為230mm的轉子成功運轉到48000r/min，線速度為580m/s。2001年，成功將質量為15kg，直徑為300mm的轉子以線速度650m/s成功運轉，儲能500w*h。在國外，儲能飛輪的研究更加久遠。從目前來說，儲能飛輪的研究在材料、軸承方面已經(jīng)基本發(fā)展到能夠滿足中高速飛輪運行條件，對于低速飛輪運行的條件在技術上是沒有局限的。 在國內外關于混合動力汽車的研究種類繁多。在國內，以李駿博士為代表的一大批研究者對混合動力客車進行了全方位的研究，如節(jié)能途徑、節(jié)能機理以及混合動力功率分配與使用問題等都進行了比較全面的分析，并且編撰成冊，如《李駿博士論文選集》。其中指出，混合動力汽車節(jié)油主要途徑：選擇小功率發(fā)動機；取消發(fā)動機怠速；控制發(fā)動機工作在高效區(qū)；發(fā)動機斷油；適當增大蓄電池SOC窗口；回收再生制動能量。其中回收再生制動能量可使燃油經(jīng)濟性提高5%~12%，整體系統(tǒng)可使燃油經(jīng)濟性提高30%~50%。因此制動能量的回收是一種比較好的節(jié)能方式。 盡管在混合動力汽車上研究技術比較成熟，但是我們發(fā)現(xiàn)其共同點都是將能量回收轉換成電能，進行再利用。因此其結構基本包括輪轂電機、動力電機、動力合成箱、蓄電池、逆變器等，其結構和工作原理比較復雜，在機械式儲能飛輪儲能系統(tǒng)中能夠很大程度上縮小其結構，簡化其原理，在其開發(fā)推廣、檢修維護方面更具有發(fā)展?jié)摿Α?
