CN103334887A - 环保型重锤式储能电站 - Google Patents
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Abstract
提供一种环保型重锤式储能电站，具有电机组、调速变速器和框架，所述发电机组输出端接调速变速器输入端，所述调速变速器输出端接设置在框架侧边的卷扬机输入端，所述卷扬机上的钢丝绳绕过固定在框架上端的定滑轮后与重锤固定连接。本发明以重锤的垂直引力为能量载体，通过将重锤垂直提升和直线下落，将电能以物理的方式储存在重锤的引力之中，是一种环境友好型现代化物理储能技术方法，对新能源发电并网和智能电网调峰调频实施技术支撑，用以增强新能源发电和智能电网的优势互补和互动协调，提高电能质量，保障新能源发电和智能电网运行安全，保护生态环境，提高经济社会效益。
Description
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和智能电网配套的环保型重锤式储能电站。
背景技术
经济社会的快速发展，导致人们对能源的需求越来越大，目前，人类利用化石能源对生态环境产生的污染正在急剧恶化，发展可再生能源和保护生态环境已是人类可持续发展所必须解决的首要问题。储能技术是可再生能源发展的关键，是智能电网系统的核心技术之一，是新能源领域发展所必须解决的技术瓶颈，现有储能技术主要有化学储能和物理储能，化学储能主要是各类电池储能，因其安全性、经济性和对环境的污染而无法满足新能源和电网储能及调峰的要求，物理储能主要是抽水蓄能，因受地理地形条件的限制，使其使用范围受到很大的制约。面对新能源在全球范围的蓬勃发展之势，现有的储能技术根本难以适应新能源发展的需要，新能源和智能电网急需多种新型储能技术，因此，大有必要开发新的环境友好型，经济实用的新一代储能技术，以弥补现有储能技术的严重不足。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种环保型重锤式储能电站，对新能源发电并网和智能电网调峰调频实施技术支撑，用以增强新能源发电和智能电网的优势互补和互动协调，提高电能质量，保障新能源发电和智能电网运行安全，保护生态环境，提高经济社会效益。
本发明采用的技术方案：环保型重锤式储能电站，具有电机组、调速变速器和框架，所述发电机组输出端接调速变速器输入端，所述调速变速器输出端接设置在框架侧边的卷扬机输入端，所述卷扬机上的钢丝绳绕过固定在框架上端的定滑轮后与重锤固定连接。
优选地，所述调速变速器具有两个输出端且分别与卷扬机输入端连接，所述卷扬机上的钢丝绳分别绕过设置在框架上端的定滑轮后与重锤固定连接。
优选地，所述电机组由电动机和发电机构成且两者的输出轴相向平行设置，所述调速变速器为变档式调速变速器且可在其花键轴上左右滑动与电动机或发电机的输出轴连接，所述调速变速器具有两个输出端且分别与卷扬机输入端连接，所述卷扬机上的钢丝绳分别绕过设置在框架上端的定滑轮后与重锤固定连接。
进一步地，所述电机组为可逆式电动机发电机组。
进一步地，所述框架上端平行设有多个定滑轮，所述卷扬机上的钢丝绳顺序绕过多个定滑轮后与重锤固定连接。
本发明与现有技术相比的优点：
1、作为新能源发电的备用容量，促进新能源又好又快发展；
2、响应速度快，应用安全，不受地理地形条件制约；
3、储能效率高，经济实用，性价比优越；
4、无环境污染为环境友好型现代化新型储能电站；
5、保障新能源并网消纳和智能电网调峰调频技术急需；
6、维修应用方便，制造成本低，经济性能优越。
附图说明
图1为本发明第一实施例结构示意图；
图2为本发明第二实施例结构示意图；
图3为本发明第三实施例结构示意图；
图4为本发明的第三实施例储能时结构示意图；
图5为本发明的第三实施例发电时结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1描述本发明的第一种实施例。
环保型重锤式储能电站，具有电机组1、调速变速器2和框架4，所述发电机组1输出端接调速变速器2输入端，所述调速变速器2输出端接设置在框架4侧边的卷扬机3输入端，所述卷扬机3上的钢丝绳绕过固定在框架4上端的定滑轮5后与重锤6固定连接，上述电机组1为可逆式电动机发电机组。
可逆式电动机发电机组1为可双向转动的电动机发电机一机两用型电器机组，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。卷扬机3由调速变速器2的动力输出轴带动，卷扬机3上的钢丝绳端头经过两个定滑轮5与重锤6顶部的吊环紧扣。卷扬机3的功能是由调速变速器2的动力输出轴驱动，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳对重锤6实施提升，通过设置在卷筒上的制动闸，控制重锤6的提升和下落。框架4是整个环保型重锤式储能电站装备的骨架和承重载体，所有装置和部件都安装在它的上面，承载着储能、发电的全部质量。定滑轮5固定在框架4上端相应的位置，是钢丝绳运行的滚动轨道，承载钢丝绳提升重锤6时产生的质量。重锤6是一个方锥形铁块，顶部吊环和卷杨机3的钢丝绳紧扣，储能时重锤6被钢丝绳吊起或悬停在空中，重锤下落时利用其重力和引力的叠加能量，经卷扬机3，调速变速器2驱动可逆式电动机发电机组1反时针转动发出电能，是本发明技术的关键核心部件。
储能：储能时，电能通过导线驱动可逆式电动机发电机组1转动，此时可逆式电动机发电机组1的旋转方向为顺时针旋转，其功能是电动机。电能驱动电动机顺时针旋转，其旋转的能量经调速变速器2变速后降低转速增加扭力，增加后的扭力经调速变速器2的动力输出轴带动卷扬机3转动，卷扬机3卷筒上缠绕的钢丝绳经框架4上固定的定滑轮5提升重锤6，在提升过程中将电能用机械转动的物理方式储存起来。重锤6在额定时间内被提升到额定高度后，锁闭装置在卷扬机卷筒上的制动闸，重锤6被悬吊在空中，电能被储存在重锤的质量和引力之中。
发电：发电时，开启装置在卷扬机3卷筒上的制动闸，重锤6在自身重量和引力的双重作用下向地面垂直下落，紧扣在重锤6上的钢丝绳经框架4上固定的定滑轮5拉动卷扬机3倒转，经调速变速器2驱动可逆式电动机发电机组1反时针旋转，此时可逆式电动机发电机组的功能变为发电机，发出电能并入电网，本方案适合于小规模新能源发电和分布式电站应用。
下面结合附图2描述本发明的第二种实施例。
环保型重锤式储能电站，具有电机组1、调速变速器2和框架4，所述发电机组1输出端接调速变速器2输入端，所述调速变速器2具有两个输出端且分别与卷扬机3输入端连接，所述卷扬机3上的钢丝绳分别绕过设置在框架4上端的定滑轮5后与重锤6固定连接。上述电机组1为可逆式电动机发电机组。
本方案中，可逆式电动机发电机组1一台不变，调速变速器2的动力输出轴为左、右双向输出，卷扬机3为左右两台，分别和调速变速器2的动力输出轴左右二端相连接，二台卷扬机3卷筒上缠绕的钢丝绳，分别经两个定滑轮5和左右二个重锤6顶部的吊环紧扣，框架4为双框架结构，结构体积是第一实施例单框架结构的一倍，定滑轮5分别固定在双框架4相应的位置，重锤6为二个，其顶部吊环分别和双框架左右二根钢丝绳相紧扣。本方案实施过程中，安装在双框架4内的所有装置和部件1、2、3、5、6其功能和第一套技术方案相同，不同之处是双框架结构实现了储能和发电效率的倍增。本方案适合较大规模的新能源发电场应用，其集群式布局完全可作为大型风电场和大规模智能电网系统调峰调频技术的急需。
下面结合附图3、4、5描述本发明的第三种实施例。
环保型重锤式储能电站，具有电机组1、调速变速器2和框架4，所述发电机组1输出端接调速变速器2输入端，上述电机组1由电动机8和发电机7构成且两者的输出轴相向平行设置，所述调速变速器2为变档式调速变速器且可在其花键轴上左右滑动与电动机8或发电机7的输出轴连接，所述调速变速器2具有两个输出端且分别与卷扬机3输入端连接，所述卷扬机3上的钢丝绳分别绕过设置在框架4上端的定滑轮5后与重锤6固定连接。
本方案中，电动机8为单纯的电动机，仅在储能时用电能驱动其旋转作功。变档式调速变速器2上的大齿轮可在其花键轴的花键上左右滑动，以改变与电动机8和发电机7输出轴上的传动齿轮啮合或分离状态，其它设施如卷扬机3，双框架4，定滑轮5，和重锤6的功能与第二套技术实施方案相同。
储能：储存电能时，电能通过导线驱动电动机8旋转，此时变档式调速变速器2的大齿轮变换到和电动机8输出轴端的传动齿轮相啮合的位置，电动机8由电力驱动，通过大齿轮带动变档式调速变速器2的动力输出轴转动，在动力输出轴的带动下，卷扬机3卷筒上缠绕的钢丝绳经固定在双框架4上的定滑轮5将重锤6从地面向上提升，在提升重锤的过程中，将电能用物理的方式储存在重锤6的质量和引力之中。
发电：发电时，开启装置在卷扬机3卷筒上的制动闸，重锤6在自身重量和引力的双重作用下向地面垂直下落，紧扣在重锤6上的钢丝绳经双框架4上固定的定滑轮5拉动卷扬机3转动，此时，变档式调速变速器2的大齿轮变换到和发电机7输出轴端的传动齿轮相啮合的位置，卷扬机3经动力输出轴带动变档式调速变速器2的大齿轮经发电机7主轴端的传动齿轮驱动发电机旋转，发出电能并入电网。本方案因电动机8和发电机7分开设置，可实现环保型重锤式储能电站储能和发电效率的最大化。
上述三种技术方案中，第一套技术方案适用于小规模分布式新能源备用容量和电网调峰范围；第二套和第三套技术实施方案适用于大中型规模的集群化新能源备用容量和大规模智能电网系统调峰调频应用领域。
本发明技术方案所依据的科学原理是利用质量和引力相叠加的双重力学作用，用机械提升的物理方法，在机械运动中对电能进行物理储存和释放引力发电，是一种创新的储能技术方法。
环保型重锤式储能电站在新能源和智能电网系统应用的经济社会效益分析。
1、作为风电，太阳能等新能源发电消纳的关键技术之一
储能技术作为新能源领域的备用容量，对风电、太阳能发电的上网消纳起着重要的技术保障，可大幅提升新能源的发电效率，增加新能源的经济社会效益。
2、作为电网系统的主要调峰技术，保障智能电网安全运行，提高电网经济效益。储能技术可有效地对智能电网实行削峰填谷，使夜间低谷时段的电力得到有效利用，大幅增加电网的安全运行和其经济社会效益。
3、环保节能效果显著
环保型重锤式储能电站，在整个运行过程中无污染、无排放，为环境友好型储能电站，为保护环境和生态平衡产生积极的社会效果。
环保型重锤式储能电站适用范围广泛，可应用于小型分散的分布式新能源发电，也可应用于较大规模的集中风电场和太阳能电站，其集群布局应用可作为新能源和智能电网系统大规模储能和调峰调频的技术需求。
经济效益分析：智能电网的电能供用户应用分为用电高峰时段和用电低谷时段。用电高峰时段主要在白天和傍晚10时以前，此时用电量最大，电价最高。晚上12时至凌晨6时为用电低谷时段，此时用电量最小，电价最低，多余的电能像流水一样白白的流逝掉十分可惜。环保型重锤式储能电站的作用就是将用电低谷时段智能电网多余的电量储存起来，在用电高峰时段释放出来供电网用户应用，提高电能利用效率，保障电网运行安全，以南方电网的电价为例：用电高峰时段的电价为1.5元/千瓦时，用电低谷时段的电价为0.50元/千瓦时，环保型重锤式储能电站的储能容量为1万千瓦/台计算，（储能和发电过程中的电能消耗为10%，储能效果按每天的用电低谷时段6小时计算）
用电低谷时段储能：10000千瓦×6时×0.50元=30000元/天
用电高峰时段发电：10000千瓦×6时×1.50元=90000元/天
储能和发电过程中的能耗损失：90000元*10%=9000元
储能和发电的经济效益=90000元-9000元-30000元=51000元/天
即一台1万千瓦的环保型重锤式储能电站每天可为智能电网创造直接经济收益51000元，其节能减排增效的效益是显著的，在为智能电网创造经济效益的同时，其无污染无排放而产生的生态环境效益更是巨大的。
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 (5)
1.环保型重锤式储能电站，具有电机组（1）、调速变速器（2）和框架（4），其特征在于：所述发电机组（1）输出端接调速变速器（2）输入端，所述调速变速器（2）输出端接设置在框架（4）侧边的卷扬机（3）输入端，所述卷扬机（3）上的钢丝绳绕过固定在框架（4）上端的定滑轮（5）后与重锤（6）固定连接。
2.根据权利要求1所述的环保型重锤式储能电站，其特征在于：所述调速变速器（2）具有两个输出端且分别与卷扬机（3）输入端连接，所述卷扬机（3）上的钢丝绳分别绕过设置在框架（4）上端的定滑轮（5）后与重锤（6）固定连接。
3.根据权利要求1所述的环保型重锤式储能电站，其特征在于：所述电机组（1）由电动机（8）和发电机（7）构成且两者的输出轴相向平行设置，所述调速变速器（2）为变档式调速变速器且可在其花键轴上左右滑动与电动机（8）或发电机（7）的输出轴连接，所述调速变速器（2）具有两个输出端且分别与卷扬机（3）输入端连接，所述卷扬机（3）上的钢丝绳分别绕过设置在框架（4）上端的定滑轮（5）后与重锤（6）固定连接。
4.根据权利要求1所述的环保型重锤式储能电站，其特征在于：所述电机组（1）为可逆式电动机发电机组。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的环保型重锤式储能电站，其特征在于：所述框架（4）上端平行设有多个定滑轮（5），所述卷扬机（3）上的钢丝绳顺序绕过多个定滑轮（5）后与重锤（5）固定连接。
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