CO2排量限制日益严格

　　电能循环利用技术不断发展

　　从混合动力车、电动自行车、电车、电梯，到工业车床、机器人、生产设备、建筑起重机等，最近，越来越多使用电动机的设备都在引入电能再生技术。通过将电动机减速时产生的电能加以回收，并进行再次利用，能够提高设备的能源效率。

　　电能再生技术最初是被应用在装备了大型电动机的设备上，目前，该技术也开始向低功率设备渗透。电能再生技术始于八十年代末，主要用于回收电车制动时产生的电能。之后，该技术开始在需要100kW以上输出功率的工业设备及机床等机械设备间推广应用。

　　开发车床设备及工业机器人的日本FANUC公司目前每年销售约100万台设备，这些设备均可以使用电能再生技术。同样，将在大型设施中使用的电梯下降中产生的能量作为电能进行回收，并加以利用的技术也不再罕见。

　　使这种电能再生技术一举成名的是1997年丰田汽车推出的混合动力车“普锐斯”。电能再生技术在混合动力车中的应用使其在汽车领域逐渐普及，之后又被应用在输出功率仅为数百W的具有电子加速器的电动自行车中。最近，不仅是带电动机的设备，在开关电源中集成了电能再生电路的AC-DC转换器也已经问世，并开始被应用于输出功率为300W左右的工业电源设备中。

　　法规强化趋势增强

　　过去，电能再生技术的发展比较缓慢。但是，为了实现在全球范围内减少CO2(二氧化碳)排量的目标，今后该技术将会出现应用范围急速扩大的发展趋势。

　　目前，各国正朝着“到2050年将CO2排量减少为目前的一半”的大目标，积极推动相关法规的实施，以支持“京都协议书”。该协议一旦开始执行将带有现实性意义，对于设备厂商而言，设备能源效率的高低将具有更大的意义：能源效率高的设备在销售时可给与相关的有利条件;反之，能源效率低的设备将会面对具有惩罚性的措施。

　　因此，看起来简单但效果惊人的电能再生技术开始受到关注。以最具代表性的混合动力车为例，将普通汽油车中的机械制动改为利用电动机让车辆减速，并将此时产生的电能储存在蓄电装置中，这样，储存的电能即可用于下一次的加速，从而达到节能的效果。

　　最重要的是，电能再生技术可以将以往舍弃的能源回收利用。以前，在谈到节能问题时，主要是考虑提高电动机及逆变器的能源效率。而电能再生技术是在过去的基础上进一步发挥节能效果的技术，该技术的应用有利于提高设备整体的能源效率。如果电动机及逆变器的能源效率能够提高，那么，对电能进行回收及再利用的效率也会提高，因此，使用电能再生技术将会产生更好的效果。

　　可明显减少CO2排量

　　在设备中使用电能再生技术后的效果很难用确切的数值表示，下面将以混合动力车为例进行讨论。

　　在混合动力车中，除了电能再生技术以外，还采取了其他一些可提高燃效的措施。与汽油车相比，混合动力车的燃料消耗可减少20%~30%。假设电能再生技术能够实现其中50%的效果，也就是说，电能再生技术能够将混合动力车的燃料消耗降低到汽油车的10%~15%。

　　此举带来的效果非常明显。2005年，日本的温室效应气体排放量按CO2换算时为12亿9300万吨，其中，在汽车排量中占绝大部分的运输部门的CO2排量为2亿5600万吨。如果运输部门的所有汽车均为具有电能再生系统的混合动力车或电动车，那么，CO2排量的削减效果将能达到2500万吨以上。

　　将来也会用于消费电子设备

　　电能再生技术不仅能在混合动力车上获得良好效果，只要是使用了电动机、频繁进行启动/停止的设备都会有明显的效果。因此，从还没有使用该技术的各种工业设备，到洗衣机等功耗较大的家电产品，今后，电能再生技术的应用范围将会不断扩大。

　　据洗衣机的设计人员介绍，在洗衣机的脱水过程中，制动电机在10几秒间会产生超过100W的电能。但是，现在的洗衣机中还没有集成蓄电装置，无法采用可以回收电能的设计。因此，为了不让产生的电能对电子器件带来不良影响，必须通过电动机的线圈将产生的热量散发出去。将来，如果蓄电装置的成本能够降低，就可以将电能再生技术应用到洗衣机中。该技术可以将脱水时回收的电能用于向烘干衣物的烘干机供电，以实现洗衣机电动机的小型化及大功率化。

　　除了这些利用电动机的设备之外，最近，在开关电源中出现了能回收开启时产生的浪涌电压，并将能源效率提高1%~2%的AC-DC转换器。该电源目前仅被用于工业设备中，市场还比较小，但电源厂商表示，汽车厂商对该电源也很感兴趣。今后，随着对CO2排量的限制更加严格，该电源将会被应用于各种各样的设备中。

　　电能再生并非难事

　　目前，在AC-DC转换器领域开始被逐渐利用的电能再生技术的主流仍然是基于电动机的电能再生，根据有无蓄电装置可分为两大类(见图1)。

　　图1 从电动机中回收电能将成为主流

　　一类是将再生的电能传到系统外部，该方式不需要蓄电装置，它将回收的电能用作工厂内及建筑内的电源，对其他设备进行瞬时供电。另一类是将回收的电能储存在系统中的蓄电装置中，在设备需要电能时再加以利用。

　　在这两种方式中，将再生的电能传到外部的方式历史较长，早已被应用于电车及车床设备上。而随着混合动力车的出现，利用蓄电装置储存电能的方式在近几年开始成为热点。

　　无论哪种方式，从技术上讲，只要具有可进行AC-DC转换及DC-AC转换的转换器(整流器和变频器)，就能在电源和电动机之间有效地产生双向电流，就可以获得电能再生带来的节能效果(见图2)。

　　图2 更轻松地再生电能

　　不使用电阻器以降低成本

　　最初，在电车上应用电能再生技术的目的其实是降低制动系统的成本。过去的电车会令电动机减速时再生的电能流向电阻器，并作为热量消耗掉。但是，如果能将再生的电能直接传到电线上，就可以节省电阻器以降低成本，于是该技术被广泛应用于电车中。目前，各公司都在通过将再生的电能重新利用于其他电车的方法，来提高节能效果。

　　对于车床等工业设备应用领域来说，取消电阻器不仅能够降低成本，还可以省电，因此得到了广泛应用(见图3)。省电的方式可分为两种：首先，通过将再生的电能用于向工厂内的其他设备供电，可以实现省电的效果;其次，以往在使用电阻器时，由于电阻器会产生热量，于是必须启动工厂内的冷气系统，因此，取消电阻器后，在这方面也可省电。

　　图3 电能再生可以大幅度削减功耗

　　由于有这些优势，因此在使用电动机的工业设备中，将再生的电能传到外部的方式占据着主流地位。为了能让具有电动机、但没有集成电能再生功能的设备也可以对电能进行回收再利用，也有一些厂商推出了可再生电能的外置电动机驱动装置。

　　在混合动力车领域受青睐

　　与将电能传到外部的再生方式相比，先将回收的电能储存在蓄电装置中，在需要时再进行利用的方式最近开始受到青睐。

　　由于蓄电装置的价格较高，而且充电电池及电容器存在着可靠性的问题，因此，很多设备设计师都不愿意将蓄电装置放在设备内。工业设备厂商的技术工程师表示：“大多数设备最先损坏的地方都是电容器及电池的蓄电装置，所以，我们尽量不使用蓄电设备。”

　　丰田汽车于1997年推出的普锐斯打破了这种僵局。和电车不同，汽车无法从外部引入电源，因此，再生电能的唯一方式就是内置蓄电装置。

　　普锐斯的问世推动了镍氢充电电池、锂离子充电电池、大容量电容器等大功率应用蓄电装置的开发工作，同时也促进了提高性能和降低成本的开发活动。与汽油车相比，混合动力车的价格偏高。但是，随着汽油价格的高涨，以行驶10年计算，从包含汽油费在内的总成本来看，一些混合动力车开始和汽油车持平，而其CO2排量可远远低于汽油车。

　　受到这种状况的影响，使用蓄电装置来回收电能的产品逐渐增多。三洋电机通过使用目前在混合动力车中成为主流的镍氢充电电池，开发出可实现电能再生的、带电子加速器的自行车ENAKURU，并于2001年开始销售。以往，带电子加速器的自行车没有安装蓄电装置，因此不具备电能再生功能。通过集成电能再生功能，不仅可减少在家充电的次数，而且可使自行车加速器维持更长时间，因此获得了用户的大力支持。

　　以新的价值决定胜负

　　混合动力车和电动自行车以其节能效果为优势，销售量不断增加，但蓄电装置的价格仍然居高不下，如果仅依靠节能效果，在很多领域还很难推广普及。因此，在节能效果的基础上增加了新的附加价值的商品也相继问世。

　　三菱电机于2001年上市的小型电梯中采用了在混合动力车中得到应用的镍氢充电电池。楼宇中使用的小型电梯即使将电能传到外部，也没有可利用该电能的设备，因此，要将回收的电能存储到蓄电装置中，作为电梯的驱动源。与普通电梯相比，由于需要蓄电装置和控制装置，因此，成本会高出100万日元左右。但是，这种电梯在停电的情况下还能继续使用10分钟，在医院等地有较大的需求。

　　2007年7月，JR东日本公司试运行了集成锂离子充电电池的混合动力火车。同时，竹中工务店和小川制作所推出了使用电气双层电容器的建筑塔式起重机。混合动力火车的燃料削减效果达10%，建筑塔式起重机中效果达7%，除此之外，它们都还有更大的附加价值。

　　混合动力火车将柴油发动机和发电机连接在一起，因此可利用和电车相同的逆变器及驱动电动机。这样，混合动力火车不仅可以使用和电车相同的维修方式，而且，和传统的火车不同，它还可以通过降低机械制动的损耗来减少器件的更换次数。

　　通过对电容器进行组合，建筑塔式起重机可降低从外部引入交流电源时的最大电压，从而可实现受电设备的小型化。在建造以往无法放置受电设备的中型楼宇设施时，就可以使用建筑塔式起重机了。

　　此外，川崎重工业正在开发利用镍氢充电电池的新一代路面电车。该公司通过将蓄电装置设置在车辆内，可在不接受电线供电的情况下，以10km以上的速度行驶，这样可将架设电线等基础设施的投资控制在最低限。

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