[논문 리뷰] On a Flywheel-Based Regenerative Braking System for Regenerative Energy Recovery

Tai–Ran Hsu|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 23.

Electric and Hybrid Vehicle Technologies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 풍력 터빈과 하이브리드 차량과 같은 간헐적인 운동 시스템에서 감속 시 운동 에너지를 캡처하고 저장하며, 통합된 알터네이터를 통해 전기 에너지로 다시 변환하는 플라이휠 기반 재생 브레이킹 시스템을 제안한다. 시범 프로토타입(SJSU-RBS)이 성공적으로 설계, 제작 및 테스트되었으며, 손실을 최소화하면서 효과적인 에너지 복구 및 저장을 입증하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 풍력 터빈과 하이브리드 차량과 같은 간헐적인 운동 응용 분야에서 새로운 플라이휠 기반 시스템을 개발하여 재생 에너지 복구를 실현한다.
• 재생 에너지를 효과적으로 캡처하고 저장하며 방출할 수 있는 개념 증명용 프로토타입(SJSU-RBS)을 설계하고 제작한다.
• 실제 동적 조건에서 플라이휠에 부착된 알터네이터를 이용한 이중 방향 에너지 변환의 가능성을 검증한다.
• 변동하는 회전 속도를 가지는 시스템에서 브레이킹 시 에너지 복구 및 가속 시 에너지 방출을 구현한다.

제안 방법

• 이 시스템은 풍력 터빈 로터나 차량 축과 같은 간헐적인 회전 운동을 가지는 동력원의 브레이킹 과정에서 생성된 운동 에너지를 플라이휠이 저장한다.
• 플라이휠에 부착된 통합 알터네이터는 필요에 따라 저장된 회전 에너지를 전기 에너지로 다시 변환한다.
• 시범 프로토타입(SJSU-RBS)은 기술 지원을 받는 학부생들이 기계적 및 전기적 구성 요소를 포함하여 제작하였다.
• 실제 간헐적인 브레이킹 및 코asting 사이클을 시뮬레이션하는 제어 조건 하에서 에너지 복구 및 방출이 테스트되었다.
• 전기화학적 저장 장치에 의존하지 않아 배터리의 열화 및 수명 제한 문제를 피할 수 있다.
• 플라이휠과 전력망 또는 부하 간의 에너지 이동을 제어하기 위한 메커니즘이 구현되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간헐적인 브레이킹이 발생하는 동적 회전 시스템에서 플라이휠 기반 시스템이 재생 에너지를 효과적으로 복구하고 저장할 수 있는가?
• RQ2 통합 알터네이터를 통해 플라이휠에 저장된 운동 에너지를 얼마나 효율적으로 사용 가능한 전기 에너지로 변환할 수 있는가?
• RQ3 변동하는 속도와 하중 조건을 포함한 실제 조건에서 개념 증명용 플라이휠 시스템의 성능은 어떠한가?
• RQ4 내구성과 효율성 측면에서 기존의 배터리 기반 에너지 복구 시스템과 비교해 플라이휠 시스템은 어떤가?

주요 결과

• SJSU-RBS 프로토타입은 브레이킹 중 에너지 복구 및 알터네이터를 통한 효율적 에너지 방출을 성공적으로 입증하였다.
• 전기화학적 배터리와 관련된 열화 문제 없이 효과적인 에너지 저장 및 회수를 달성하였다.
• 풍력 터빈과 하이브리드 차량처럼 입력이 변동성이 큰 시스템에서 간헐적인 에너지 복구에 플라이휠 기반 접근 방식이 타당함을 입증하였다.
• 프로토타입은 기계적 플라이휠을 내구성 있고 유지보수가 적은 재생 에너지 시스템의 대안으로 사용할 수 있음을 검증하였다.