[論文レビュー] On a Flywheel-Based Regenerative Braking System for Regenerative Energy Recovery

Tai–Ran Hsu|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2013

Electric and Hybrid Vehicle Technologies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、風力タービンやハイブリッドビークルなどの間欠的運動系において減速時に発生する運動エネルギーを捕らえ、蓄えるためのフライホイールベースの再生ブレーキングシステムを提案する。このシステムは統合された発電機を介して、蓄えられたエネルギーを電気に再変換する。SJSU-RBSと呼ばれるプロトタイプが成功裏に設計・製作・試験され、最小限の損失で効果的なエネルギー回収と蓄えが実証された。

ABSTRACT

This paper presents a unique flywheel-based regenerative energy recovery, storage and release system developed at the author's laboratory. It can recover and store regenerative energy produced by braking a motion generator with intermittent rotary velocity such as the rotor of a wind turbogenerator subject to intermittent intake wind and the axels of electric and hybrid gas-electric vehicles during frequent coasting and braking. Releasing of the stored regenerative energy in the flywheel is converted to electricity by the attached alternator. A proof-of-concept prototype called the SJSU-RBS was designed, built and tested by author's students with able assistance of a technical staff in his school.

研究の動機と目的

• 風力タービンやハイブリッドビークルなどの間欠的運動応用分野における再生エネルギー回収のための新規フライホイールベースのシステムの開発。
• 運動エネルギーを効率的に捕らえ、蓄え、放出できるプロトタイプ（SJSU-RBS）の設計および製作。
• 実際の動的条件下で、発電機を備えたフライホイールを用いた二方向エネルギー変換の実現可能性の検証。
• 回転速度が変動するシステムにおいて、ブレーキング時のエネルギー回収と加速時のエネルギー放出を実証。

提案手法

• 本システムは、風力タービンのローターまたはビークルのアキシルなど、間欠的な回転速度を示す運動源のブレーキング時に発生する運動エネルギーをフライホイールで蓄える。
• フライホイールに取り付けられた統合型発電機が、必要なときに蓄えられた回転エネルギーを電気エネルギーに再変換する。
• プロトタイプ（SJSU-RBS）は、技術スタッフの支援を受けて学生が設計・製作し、エネルギー捕らえと放出のための機械的および電気的部品を統合した。
• 実世界の間欠的ブレーキングおよびクルーズサイクルを模擬した制御された条件下で、エネルギー回収と放出が試験された。
• 電池の劣化や寿命制限を避けるために、電気化学的蓄電に依存しない。
• フライホイールと電力網または負荷との間でのエネルギー移動を管理するための制御メカニズムが実装された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フライホイールベースのシステムは、動的回転系における間欠的ブレーキングから再生エネルギーを効果的に回収・蓄えることができるか？
• RQ2 統合された発電機を介して、フライホイールに蓄えられた運動エネルギーをどれほど効率的に利用可能な電気に再変換できるか？
• RQ3 変動する速度と負荷を伴う実世界条件下でのプロトタイプフライホイールシステムの性能はいかがなものか？
• RQ4 耐久性と効率性の観点から、従来のバッテリー式エネルギー回収と比較して、フライホイールシステムはどのように差をつけるか？

主な発見

• SJSU-RBSプロトタイプは、ブレーキング時のエネルギー回収と発電機による効率的なエネルギー放出を成功裏に実証した。
• 電気化学的バッテリーに伴う劣化問題を回避し、効果的なエネルギー蓄えと回収が実現された。
• 風力タービンやハイブリッドビークルのような入力が変動するシステムにおける間欠的エネルギー回収に、フライホイールベースのアプローチが実用的であることが立証された。
• プロトタイプは、機械的フライホイールが再生エネルギーシステムにおける耐久性が高く、メンテナンスが少ない代替手段としての実現可能性を検証した。