CN102842987B - 环保型弹性储能电站 - Google Patents

Abstract

提供一种环保型弹性储能电站，包括可逆式电动机发电机组，所述可逆式电动机发电机组的输出轴与调速变速器的输入轴连接，所述调速变速器的输出轴两端均与储能主轴连接，所述储能主轴上均设有弹性储能装置和控制储能主轴转动的制动控制器装置。本发明利用弹簧可反复屈伸的弹性原理，实现电能的物理储存和释放弹性能量发电的储能效果，对风电和光伏发电等新能源的间歇性、波动性和随机性等先天性缺陷实现互补协调，提高电能质量，增强电网对新能源发电的接纳能力，还可应用在现有电网系统作为调峰电源，使电网在高峰期的电能和低峰期的电能实现互补协调，从而确保电网的安全平稳运行。

Description

环保型弹性储能电站

技术领域

本发明属新能源技术领域，具体涉及一种可与新能源电网配套的环保型弹性储能电站。

背景技术

随着新能源的快速发展，越来越多的风力发电和太阳能发电等间歇式电源接入电力系统，对电网的安全平稳运行造成冲击，目前，并网已经成为制约新能源产业可持续发展的瓶颈。如何解决风电、太阳能发电等新能源间歇性、波动性、随机性电源的并网问题，储能技术是唯一有效的解决办法。目前正在应用的储能技术主要有轴水蓄能和蓄电池蓄能等。轴水蓄能技术相对成熟，但存在受地理地形条件影响大，响应速度较慢等缺点，蓄电池储能因污染环境和经济性等缺点而无法满足电网储能的要求。面对电网负荷持续增加，新能源占比不断扩大，调峰手段不足等挑战，智能电网急需多种储能技术。为解决新能源发展和电网急需，大有必要开发新的储能技术，弥补现有电网储能技术的严重不足。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种环保型弹性储能电站，利用弹簧可反复屈伸的弹性原理，实现电能的物理储存和释放弹性能量发电的储能效果，对风电和光伏发电等新能源的间歇性、波动性和随机性等先天性缺陷实现互补协调，提高电能质量，增强电网对新能源发电的接纳能力，还可应用在现有电网系统作为调峰电源，使电网在高峰期的电能和低峰期的电能实现互补协调，从而确保电网的安全平稳运行。

本发明采用的技术方案：环保型弹性储能电站，包括可逆式电动机发电机组，所述可逆式电动机发电机组的输出轴与调速变速器的输入轴连接，所述调速变速器的输出轴两端均与储能主轴连接，所述储能主轴上均设有弹性储能装置和控制储能主轴转动的制动控制器装置。

优选地，所述弹性储能装置由卷簧和卷簧罩壳构成，所述卷簧的内端头与储能主轴固定连接，卷簧的外端头与卷簧罩壳里侧壁面固定连接，所述卷簧罩壳固定在基础地面上，储能主轴通过轴承支撑在卷簧罩壳内。

优选地，所述弹性储能装置由齿轮、两个齿条、一对压簧组合体和压簧框架构成，所述齿轮固定在储能主轴上，所述压簧框架固定在基础地面上，所述的一对压簧组合体设置在储能主轴两侧，一个压簧组合体外端固定在压簧框架内壁面上端，另一个压簧组合体外端固定在压簧框架内壁面下端，两个压簧组合体内端分别与两个齿条一端固定连接，两个齿条另一端均空置，且两个齿条位于齿轮两侧并与齿轮啮合。

进一步地，所述压簧组合体由压簧和弧形板簧构成，所述压簧一端与压簧框架内壁上端面固定连接，压簧另一端与弧形板簧固定连接，所述齿条一端与弧形板簧的最高端固定连接，齿条另一端悬空。

进一步地，所述压簧组合体设有六条压簧，所述压簧外端与压簧框架内壁面固定连接，压簧内端与横隔板固定连接，所述弧形板簧一端与横隔板固定连接，弧形板簧另一端与横隔板活动连接。

进一步地，所述制动控制器装置包括制动盘和制动蹄，所述制动盘固定在储能主轴上，所述制动蹄固定在卷簧罩壳或压簧框架内并可将制动盘夹紧。

本发明与现有技术相比的优点：

1、平谷调峰响应速度快，使用便捷安全；

2、容量可大可小、无地形条件制约；

3、储能效率高，提高电能质量；

4、无环境污染、零排放运行；

5、制造成本低、经济性好、维修方便、经济实用；

6、保障新能源并网和电网运行安全。

附图说明

图1为本发明第一种实施例结构示意图；

图2为本发明第一种实施例的卷簧结构示意图；

图3为本发明第一种实施例的卷簧罩壳结构示意图；

图4为本发明第二种实施例结构示意图；

图5为本发明第二种实施例的压簧组合体结构示意图；

图6为本发明第二种实施例的压簧排列位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-3描述本发明的一种实施例。

环保型弹性储能电站，包括可逆式电动机发电机组1，所述可逆式电动机发电机组1的输出轴通过联轴器与调速变速器2的输入轴连接，所述调速变速器2的输出轴两端均通过联轴器与储能主轴3连接，所述储能主轴3上均设有弹性储能装置和控制储能主轴3转动的制动控制器装置。所述弹性储能装置由卷簧4和卷簧罩壳5构成，所述卷簧4的内端头14与储能主轴3固定连接，卷簧4的外端头15与卷簧罩壳5里侧壁面固定连接，所述卷簧罩壳5固定在基础地面上，储能主轴3通过轴承16支撑在卷簧罩壳5内。所述制动控制器装置包括制动盘12和制动蹄13，所述制动盘12固定在储能主轴3上，所述制动蹄13固定在卷簧罩壳5内并可将制动盘12夹紧。

可逆式电动机发电机组1为可双向转动的一机两用型电机组。其功能是顺时针转动时耗用电能，为电动机，逆向反时针转动时发出电能为发电机。是本发明技术中电能储存和发电的主要部件。调速变速器2的功能是调节可逆式电动机发电机组1在储能和发电时的扭矩和转速。卷簧4的内端头14和储能主轴3固定连接，外端头15和卷簧罩壳5的外壳相连接，其功能是储存电能和释放弹性能量发电，是本发明技术的关键核心部件。卷簧罩壳5的下端用地脚螺栓固定在地基上，卷簧罩壳5的里侧壁面和卷簧4的外端头15相连接，其功能是既作为储能电站的基础部件，又是卷簧4储存电能和释放弹性能量发电的支撑点。制动控制器装置由制动盘12和制动蹄13构成，制动盘12装在储能主轴3上，置于卷簧罩壳5内，位于卷簧4的内侧，制动蹄13为半圆型，后端和卷簧罩壳5内壁面相连接，前端可以把制动盘12夹在中间，其功能是利用其制动作用，对卷簧4储存电能和释放弹性能量发电实行功能置换。

储能：储能时，电能通过导线进入可逆式电动机发电机组1，此时可逆式电动机发电机组1旋转方向为顺时针，即顺转，其功能是电动机。电能驱动可逆式电动机发电机组1顺时针旋转，其旋转的能量经调速变速器2变速后降低转速，增加扭力，增加后的扭力经过储能主轴3传递给卷簧4，对卷簧4实施卷压储能。储能容量完成后，制动蹄13对制动盘12实施制动，以保持储能效果。

发电：发电时，制动蹄13解除制动，卷簧4在被卷压过程中储存的弹性能量开始释放，卷簧中心端以强大的扭矩扭动储能主轴3反转，其反转的能量经调速变速器2变速后驱动可逆式电动机发电机组1反时针逆转，此时，可逆式电动机发电机组1的旋转方向为反时针逆转，其功能变为发电机，发出电能并入电网。

下面结合附图4-6描述本发明的第二种实施例。

环保型弹性储能电站，包括可逆式电动机发电机组1，所述可逆式电动机发电机组1的输出轴通过联轴器与调速变速器2的输入轴连接，所述调速变速器2的输出轴两端均通过联轴器与储能主轴3连接，所述储能主轴3上均设有弹性储能装置和控制储能主轴3转动的制动控制器装置。所述弹性储能装置由齿轮6、两个齿条7、一对压簧组合体8和压簧框架9构成，所述齿轮6固定在储能主轴3上，所述压簧框架9固定在基础地面上，所述的一对压簧组合体8设置在储能主轴3两侧，一个压簧组合体8外端固定在压簧框架9内壁面上端，另一个压簧组合体8外端固定在压簧框架9内壁面下端，两个压簧组合体8内端分别与两个齿条7一端固定连接，两个齿条7另一端均空置，且两个齿条7位于齿轮6两侧并与齿轮6啮合。所述压簧组合体8由压簧10和弧形板簧11构成，所述压簧10一端与压簧框架9内壁上端面固定连接，压簧10另一端与弧形板簧11固定连接，所述齿条7一端与弧形板簧11的最高端固定连接，齿条7另一端悬空。具体说，所述压簧组合体8设有六条压簧10，所述压簧10外端与压簧框架9内壁面固定连接，压簧10内端与横隔板固定连接，所述弧形板簧11一端与横隔板固定连接，弧形板簧11另一端与横隔板活动连接，在弧形板簧11被压缩时可以有伸缩余地。

所述制动控制器装置包括制动盘12和制动蹄13，所述制动盘12固定在储能主轴3上，所述制动蹄13固定在卷簧罩壳5或压簧框架9内并可将制动盘12夹紧制动。上述压簧组合体8由弧形板簧11和螺旋形压簧10两种弹簧优化组合而成，其目的可加大能量储存功率，其功能是储存电能和释放弹性能量发电、是本发明技术的关键核心部件。压簧框架9下方为地基基础，上方为顶层基础，四组螺旋弹簧底部分别固定在各基础面上，压簧框架9也可设置为左右方向，即螺旋弹簧的底部分别固定在压簧框架9左右两边基础面上，其功能是即作为储能电站的基础部件，又是压簧组合体8储存电能和释放弹性能量发电的支撑点。制动盘12安装在储能主轴3上，制动蹄13后端用支撑架固定在压簧框架9内壁面上，前端把制动盘13夹在中间。齿轮6为圆柱型直齿轮，齿条7为直齿齿条，两个直齿齿条7的底端分别和弧形板簧11中部的受压点（最高端）相接触，齿条7的齿面和中间的圆柱形直齿轮6相啮合，圆柱形直齿轮6内圆的花键槽与储能主轴3端头的花键轴头相配合，并和左右两个直齿齿条7相啮合，齿轮6和齿条7的功能是把储能主轴3传来的能量传递给终端的压簧组合体8，反之将压簧组合体8释放的弹性能量传递给储能主轴3，实施能量的双向传递。

储能：储能时，电能通过导线进入可逆式电动机发电机组1，此时可逆式电动机发电机组1的旋转方向为顺时针，既顺转，其功能是电动机，电能驱动可逆式电动机发电机组1顺时针旋转，其旋转的能量经调速变速器2变速后转速降低，扭力增加，增加后的扭力经过储能主抽3两端头的齿轮6和齿条7传递给压簧组合体8，对压簧组合体8实施压缩储能。储能容量完成后，制动蹄13实施制动，以保持储能效果。

发电：发电时，制动蹄13解除制动，压簧组合体8在被压缩过程中储存的弹性能量开始释放，压簧组合体8以强大的弹力通过齿轮6和齿条7，扭动储能主轴3反转，其反转的能量经调速变速器2变速后推动可逆式电动机发电机组1反时针逆转，此时，可逆式电动机发电机组1的旋转方向为反时针逆转，其功能变为发电机、发出电能并入电网。

本发明技术方案所依据的科学原理是:利用弹簧可反复屈伸的弹性物质原理，实现电能的物理储存和释放弹性能量发电的储能效果，是一种新的储能方案。

本发明在新能源发电，储能和并网中的经济社会效益分析：

1、作为风电、太阳能等新能源发电的备用容量。风力发电和太阳能发电是目前人类共识的新能源，其优势是取之不歇、用之不尽，面广量大、无污染、无排放，是人类今后向大自然索取能源的主要方向。但其特有的间歇性、波动性和随机性等先天性缺陷却是人类开发利用新能源的主要瓶颈。弹性储能电能为有效破解这一瓶颈提供了技术支撑。当风电、太阳能发电由于天气气候变化出现发电容量大起大落时，弹性储能电站在新能源发电超过额定容量时，把超出额定容量的电能储存起来，在新能源发电低于额定容量时，弹性储能电站将储存的电能释放出来，弥补新能源发电的不足容量。此备用容量的作用是：对新能源发电容量的有效储存和补充，提高新能源发电质量，保障新能源发电均衡并网，增加新能源发电的经济效益。

2、作为电网系统的主要调峰电源。电网用户用电量分为峰段、谷段和平段，晚上12时至早6时为用电低谷时段，此时电网的电量用不完，剩余的电力白白浪费掉了，被称为垃圾电力。此时，弹性储能电站将这部分剩余电力储存起来。中午和傍晚为用电高峰时段，电网的电力不够用，此时，弹性储能电站将低谷时储存的电能释放出来，对电网的电量进行补充。通过弹性储能电站在不同用电时段对电网实施谷时储存，峰时释放，即移峰填谷的技术措施，用作电网的调峰电源，对电网容量实现互补协调，增强了电网的经济效益。

3、经济效益分析：以北京电网峰谷电价为例：北京电网低谷时段电价0.35元/千瓦时，高峰时段电价1.20元/千瓦时。以弹性储能电站容量10000千瓦计算，每晚12时至6时可储存电量60000千瓦时。到中午和傍晚用电高峰时把存储的60000千瓦电能释放出来，取掉10％的摩擦和储能损耗，可为电网补充54000千瓦时电量，其经济效益为：54000千瓦时×0.80元=43200元/天，即一天可创造价值43200元。我国电网的低谷剩余电量达30％，若将这些剩余电量用储能的方式利用起来，每年可创造数千亿元的经济价值，其经济和社会效益将是非常巨大的。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (2)

1.环保型弹性储能电站，包括可逆式电动机发电机组（1），其特征在于：所述可逆式电动机发电机组（1）的输出轴与调速变速器（2）的输入轴连接，所述调速变速器（2）的输出轴两端均与储能主轴（3）连接，所述储能主轴（3）上均设有弹性储能装置和控制储能主轴（3）转动的制动控制器装置；所述弹性储能装置由齿轮（6）、两个齿条（7）、一对压簧组合体（8）和压簧框架（9）构成，所述齿轮（6）固定在储能主轴（3）上，所述压簧框架（9）固定在基础地面上，所述的一对压簧组合体（8）设置在储能主轴（3）两侧，一个压簧组合体（8）外端固定在压簧框架（9）内壁面上端，另一个压簧组合体（8）外端固定在压簧框架（9）内壁面下端，两个压簧组合体（8）内端分别与两个齿条（7）一端固定连接，两个齿条（7）另一端均空置，且两个齿条（7）位于齿轮（6）两侧并与齿轮（6）啮合；所述压簧组合体（8）由压簧（10）和弧形板簧（11）构成，所述压簧（10）一端与压簧框架（9）内壁上端面固定连接，压簧（10）另一端与弧形板簧（11）固定连接，所述齿条（7）一端与弧形板簧（11）的最高端固定连接，齿条（7）另一端悬空；所述制动控制器装置包括制动盘（12）和制动蹄（13），所述制动盘（12）固定在储能主轴（3）上，所述制动蹄（13）固定在卷簧罩壳（5）或压簧框架（9）内并可将制动盘（12）夹紧。

2.根据权利要求1所述的环保型弹性储能电站，其特征在于：所述压簧组合体（8）设有六条压簧（10），所述压簧（10）外端与压簧框架（9）内壁面固定连接，压簧（10）内端与横隔板固定连接，所述弧形板簧（11）一端与横隔板固定连接，弧形板簧（11）另一端与横隔板活动连接。

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