Regenerativ bremsing

Regenerativ bremsing, også kalt rekuperasjon, elektrisk motstandsbrems eller nyttebremsing, er en metode for å bremse, altså redusere farten til et kjøretøy, slik at kinetisk energi som ellers ville gå tapt som varme, blir gjenvunnet. Energien, som i utgangspunktet var mekanisk, kan omdannes til en annen form for mekanisk energi – vanligvis i et svinghjul som senere kan bremses regenerativt slik at dets energi benyttes til å akselerere kjøretøyet. Men normalt blir energien omdannet til elektrisk energi, som det er lettere å kontrollere, lagre og benytte igjen.

En vanlig elektromotor kan også brukes som generator: Hvis dens drivaksling blir dreid rundt av en mekanisk kraft utenfra, kan man koble fra strømforsyningen og i stedet hente ut elektrisk kraft fra motoren, som nå er en generator. Dette ble oppdaget av elektroteknikk-pionerene på 1800-tallet.

Regenerativ bremsing i biler
I elektriske biler er det i prinsippet enkelt å utnytte den genererte energien: Den sendes tilbake til bilens batterier, som da opplades. Kondensatorer kan også brukes. Disse lades mye raskere enn batterier og er derfor egnet til og brukt noen steder til å lade større kjøretøy, bl.a. elektriske busser lades kortvarig på busstopper nok til å nå frem til neste busstopp med lader. Kondensatorer har derimot 5-10 ganger lavere energilagring pr kg sammenlignet med vanlige elbilbatterier, så de brukes som en støtte til hovedbatteriet.

I Formel 1 har et regenerativt bremsesystem kalt Kinetic Energy Recovery System (KERS) blitt benyttet fra og med -sesongen.

Regenerativ bremsing er et av flere drivstoffsparende tiltak i hybridbiler blant annet fra Toyota, Honda og Lexus. Først i masseproduksjon var Prius fra 1997. Lexus beregner at regenerativ bremsing reduserer bensinforbruket med ca 1 liter per 100 km (0.1 L/mil). Volkswagen innførte regenerativ bremsing på sitt Blue Motion-konsept for Polo, Golf og Passat fra modellåret 2010.

Regenerativ bremsing i tog
Også tog kan bruke regenerativ bremsing. Hensikten kan både være å redusere energiforbruket og å redusere slitasje på de mekaniske bremsene. I dieselelektriske tog kan den elektriske energien som motorene produserer under bremsing benyttes til lading av batterier eller forsyning av elektrisk forbruk ellers i toget, for eksempel lys og varme i passasjervognene. I elektriske tog kan energien leveres tilbake til strømforsyningsnettet hvor den direkte kan benyttes av andre tog i nærheten. Derfor kalles det ofte for nettbrems. Utveksling av energi mellom tog gjør at det ikke er behov for mellomlagring av energien til neste gang det er behov for den.

Første elektriske lokomotiv i Norge med nettbrems var El 17 som ble levert fra 1981. Alle nye elektriske lokomotiver og motorvogner som leveres i dag er utstyrt med slik nettbrems. Den tekniske løsningen for styring og forsyning av de elektriske motorene ved hjelp av kraftelektronikk tillater at den elektriske effekten kan transporteres i begge retninger, både fra nettet til motor og fra motor til nettet. I 2009 ble typisk 10 til 20 % av energien var levert til persontog i Norge som er utstyrt med nettbrems matet tilbake igjen.

Jernbanestrekningen Ofotbanen er spesiell ved at tunge malmtog (opp til 8600 tonn) skal føres ned 500 høydemeter fra Riksgrensen mot Sverige til Narvik. De elektriske lokomotivene av type El 3 og El 4 som ble levert allerede i 1925-1929 var utstyrt med nettbrems, eller rekuperasjonsbrems som det het den gangen. Datidens teknikk med motoren direkte koblet til nettet via en transformator førte til tungvinn betjening og generering av høye spenninger i nettet. Funksjonen ble derfor lite brukt. De nye malmtogslokomotivene IORE levert fra 2000 er basert på moderne teknologi og er utstyrt med nettbrems.  På vei ned til Narvik kan ett malmtog bremset av IORE levere tilbake elektrisk effekt nok til å forsyne et tungt tog på vei opp samtidig.

For eldre typer elektriske tog som ikke har nettbrems (for eksempel El 14), kan likevel banemotorene brukes som generatorer ved bremsing. Da brennes den elektriske energien av i egne bremsemotstander som ofte er plassert på taket. Dette kalles motstandsbrems.

Hvor mye energi kan spares?

Normalt kan kanskje  av energien gjenvinnes ved regenerativ bremsing med batteridrift; de tapte  blir stort sett til varme. Gjenvinningsgraden avhenger av faktorer som batteriets tilstand og ladningsprosessens effektivitet. For jernbanedrift, hvor energien kan overføres direkte til andre tog, regnes det med en effektivitet på 60 %, potensielt opptil 91 %. Men selv om gjenvinningsgraden er høy, kan ikke selve bremseeffekten bli sterk dersom bare en liten del av togets hjul er motordrevet og følgelig potensielt regenerativt bremsende.

Referanser

Energiomforming
Biler
Jernbaneteknikk