Preisgekröntes Gerät gewinnt Energie aus Vibrationen von Bahngleisen
Freitag, 30. November 2012, von Bernard Neumeister
Ein Großteil der reichlich vorhandenen mechanischen Energie um uns herum ist unregelmäßig und oszillierend und es kann etwas schwierig sein, sie effektiv zu nutzen. Typische Energy-Harvesting-Systeme sind in der Regel für Anwendungen mit geringer Leistung im Milliwatt-Bereich ausgelegt. Forscher der Stony Book University in New York haben jedoch einen neuen, zum Patent angemeldeten elektromagnetischen Energy-Harvester entwickelt, der die Vibrationen einer auf einem Streckenabschnitt fahrenden Lokomotive ausnutzen kann Gleis zur Stromversorgung von Signalleuchten, Systemen zur Überwachung von Arbeiten oder sogar zur Überwachung von Weichen.
Wenn ein Zug auf dem Gleis fährt, führt die auf das Gleis ausgeübte Belastung zu einer vertikalen Auslenkung. Dieser Schritt könnte ein regeneratives Gerät wie einen elektromagnetischen Harvester hervorbringen und genug Strom erzeugen, um lokale Eisenbahnanwendungen zu betreiben, was besonders in abgelegenen Gebieten nützlich ist, in denen eine Elektrifizierung unwirtschaftlich ist. Die Gewinnung dieser Energie ist bei sanfter, einseitiger Bewegung viel effizienter, aber die Vibrationen, die durch die Gleise eines fahrenden Zuges verursacht werden, sind impulsiv, bidirektional und etwas unregelmäßig.
Professor Lei Zuo und die Doktoranden Gopinath Reddy Penamalli, Teng Lin und John Wang von der Fakultät für Maschinenbau der Universität sagen, dass sie einen neuen Rekuperator entwickelt haben, der unregelmäßige, oszillierende Vibrationen von Eisenbahnschienen in eine unidirektionale, regulierte Rotationsbewegung umwandeln kann, ähnlich wie a Spannungsgleichrichter wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um.
„Die Vereinigten Staaten haben mit rund 225 km die längsten Eisenbahnstrecken der Welt, die oft in abgelegenen Gebieten liegen“, sagte Professor Zuo. „Es ist sehr wichtig, aber auch sehr teuer, die elektrische Infrastruktur an den Gleisrändern wie Ampeln, Kreuzungen, Weichen und Überwachungssensoren mit Strom zu versorgen. Unsere Erfindung (der mechanische Bewegungsgleichrichter auf Basis des Gleis-Energie-Harvesters) kann 000 % nutzen Watt elektrischer Energie aus Gleisabweichungen, die durch den Zug verursacht werden, um streckenseitige elektrische Geräte anzutreiben. Mithilfe von zwei Freilaufkupplungen wandelt der innovative Gleichrichter für mechanische Bewegung unregelmäßige Auf- und Ab-Vibrationsbewegungen in unidirektionale Generatorrotation um und bricht so die grundlegende Herausforderung von Vibrationsenergiegewinnung und Bereitstellung erheblicher Vorteile in Bezug auf hohe Effizienz und hohe Zuverlässigkeit.
Durch den Einbau eines Schwungrades zur Stabilisierung des Generators sollten auch die Aufprallkräfte durch wiederholtes Be-/Entladen reduziert werden. Laut Professor Zuo ermöglicht die Technologie, dass sich der Generator in einer Richtung mit konstanter Geschwindigkeit in einem Bereich dreht, in dem die Geschwindigkeit effizienter ist, und wandelt den negativen Einfluss der Trägheit in eine positive Bewegung um, was die mechanische Belastung reduziert und die Systemzuverlässigkeit erhöht. Tests auf einem Prototypenstand haben zu einer mechanischen Ausbeute zwischen 55 und 72 % geführt.
„Ein solches Design vermeidet nicht nur die Reibungsprobleme und Stöße, die durch die oszillierende Bewegung verursacht werden, sondern ermöglicht es uns auch, die vibrationsimpulsartigen Eigenschaften der Strecke voll auszunutzen, um mehr Energie zurückzugewinnen“, sagt er.
Professor Zuo schätzt, dass durch die Implementierung eines solchen Geräts mehr als 10 Millionen US-Dollar an Kosten für die Stromversorgung der Gleise im Bundesstaat New York eingespart werden könnten, was einer Reduzierung von 3.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr entspricht.
„Wenn 10.000 Einheiten von 200-Watt-Energy-Harvestern im Bundesstaat New York mit einem Arbeitszyklus von 20 % eingesetzt würden, lägen die Energievorteile bei 400.000 Watt oder 3,5 x 10^6 kWh pro Jahr“, erklärte er. „Bei einem durchschnittlichen Preis von 0,14 US-Dollar pro kWh Strom für den Transportsektor belaufen sich diese jährlichen Stromeinsparungen allein für den Bundesstaat New York auf eine halbe Million US-Dollar.“
Das Team wurde bei der Veranstaltung „3rd Energy Harvesting and Wireless Sensor Networks USA Awards“, die vom 7. bis 8. November in Washington stattfand, mit „The Best Application of Energy Harvesting“ ausgezeichnet und hat seine Technologie bereits zur Kommerzialisierung an Electric Truck/Harvest NRG lizenziert .
Quellen: http://www.infohightech.com/spip.php?article32313
et http://commcgi.cc.stonybrook.edu/am2/pu ... ions.shtml
Es wird sicherlich profitabel sein, wenn die Gleise nicht elektrifiziert sind ... sonst wird es sicherlich wie Solar-PV sein ...
