CN105673364A - 提石储能电站 - Google Patents

Abstract

提石储能电站涉及电力储能发电技术；特征是以石压载重车做势能载体，依矿井矿坑山体落差建井道安装升降机发电机，建上下库铁路网停放重车，用谷电提石储能，释放势能发电为电网削峰；一升降机须提供同转向连续势能供发电运行1可逆电动发电机2变速机双出头低速轴设多组液力耦合器飞轮和超越离合器3同转向传动箱4渐增重等重停车能回收；二用矿坑山体落差建两座直达坑底双钢筒活塞式提石储能电站，由升降机钢绳牵引释储势能发电，活塞势能压气推动风机运转增速发电，四钢筒重车交替降行互补工序停车压气缺口，用调控排风量让活塞降行与工序停车时间持平，获连续压气供应；三台发电机消纳势能，上部飞轮数量够工序停车发电用能即可。

Description

提石储能电站

一.技术领域

本发明涉及一种大容量电力储能发电技术。特征是：以石压载重車做势能载体；利用采矿结束封闭的矿井矿坑及适宜山体的大落差建井道安装升降机发电机；分别建上下库铁道网存放重车；利用无消纳负荷的低值谷电提升井下重车存于上庫蓄储势能，峰电时释放势能发电提供高价值电能；这样循环运行，实现电力余缺调剂做调峰、调频、事故电源和可再生能源的消纳入网等。

二.背景技术

专家预言“建设新型能源系统要二三十年，它依赖储能技术的突破，那时可再生能源能偍供百分之百的电力需求”储能技术代表电力能源的竞争力，是竞相抢占的制高点；实践证明储能电站投资大运行费用也高，若不能营利运行就限制了发展，多种技术中抽水储能电站公认最成熟高效率可达70％，但大容量的上下水库是不多的资源，且工程投资高发展也慢；而我们的电力全系统庞大的设备资源每天超三分之一时间是处于低效维持亏损运行的，迫切需要众多储能技术各显神通建设几百座大容量的储能电站，担负起削峰平谷提高全系统设备利用率和电网运行效果；提高供电可靠性和电能貭量；提高接纳可再生能源的发电能力。电力储能行业责任重大任务坚巨，提石储能是行业中的新成员，它利用矿井矿坑現有落差、升降机、铁路资源建设提石储能电站，其容量大小取决于上下库重车的数量是相对容易做到的，它将以良好的表現为分担储能发电压力带来一种新尝试。

三.发明內容

(一)矿井矿坑适宜山体上下重车库的设置

1.上库：矿井上库与矿坑、适宜山体上下库设置相同；在井上设多股长达数公里的平行铁轨，升井的重车经驼峰与道岔编组溜放进入预定轨道停放备用。

2.矿井下库：依井下数十公里的巷道及铁轨设施来停放释放完势能的重车备用。

(二)井上升降机发电机设备

双井升降卷筒收放钢绳有不同旋转方向，且每次运行都有间歇性工序停车供重车入位，出位入库的准备时间，影响发电机运行。要化解这些问题井上设备必须做如下改造：能提供同一转向，不间断的运转势能供发电机和飞轮运行。

1.可逆发电机电动机；从井下提石储能为电动机，利用势能发电为发电机；或变速器一轴改为双出头轴，供电动机、发电机同轴串联交替工作。

2.液力耦合器飞轮和超越离合器的设置：将变速器低速轴改为双出头轴(1)右端设多组液力耦合器飞轮；用于吸收储存重车下降势能，它以软连接形式让飞轮从静到动到高速运转，时实不间断逐级吸收下降势能，让发电机保持稳定运行，又储备动能；在工序停车时段为发电机供应动能，直到最后一个飞轮停转前起动下一个重车降行，保持连续势能供应；(2)左端设超越离合器；在工序停车时切断卷筒轴与变速器的传动关係，让飞轮储备动能供发电机运行一段时间。

3.同转向传动箱的设置：将卷筒两种不同转向下降势能变为同一转向供发电机和飞轮运行；它可用增设反向卷筒和外齿轮、內齿圈外齿轮、傘齿轮、多组外齿轮、链轮外齿轮等多种形式来实現，链轮外齿轮式由链轮a、链条、链轮b、及链轮b同轴的可移动外齿轮组成一体机箱，安装于卷筒轴与变速器之间经换档实現同一转向。

4渐增重等重停车能量回收装置：升降机往复运行每次安全顺稳释放势能发电，都伴随着停车巨大能量的流失；渐增重等重停车是将多块同体积长方形重铁，用等距离钢绳松动连接每块重铁成为一串，停车时钢绳从上到下逐一提起重铁到等重停车为一次回收；并将每块重铁中部设置一个150毫米的中心孔，供中孔钢绳从上到下穿过每块重铁中孔，并鎖定在最底部一块重铁的中孔轴上；在一次回收停车能的基础上需停车時中孔钢绳从下到上逐一提起重铁到等重停车实现二次停车能的回收，这样可交替回收停车能；它利用下降势能启动反向缠绕钢绳的卷筒提起一块块重铁到等重停车并回收能量；或在井下利用重车下降势能压下挡阻横樑带动钢绳提起一块块重铁实现停车及能量回收；若设两套停车能回收装置可交替回收释放利用势能，供小型发电机运行，为电机转子启动助力，等重反向平衡井上重车上位降低刹车能耗，用于重车出库入库调度用能等。

5単井道卷筒钢绳两端设吊钩交替牵引重车升降运行也可用井上升降机发电机做提石储能电站；为使空钩及重铁回升不影响重车降行；须做两项改动1)从井底重车脱钩处到井口为钢绳各设一条沿井壁上升的滑道，其滑轮钩挂住吊钩及重铁沿井壁上行；2)井口处两钢绳靠近井壁的对面各设一个定轴能摆动的滑轮推杆，将钢绳推向井壁侧让空吊钩及重铁从下到上沿井壁滑道上升，为重车下降运行留出空间。

(三)双钢筒活塞升降台式提石储能电站：利用矿坑适宜山体大落差及开阔場地，建两座直达坑底的AB双钢筒活塞升降台式提石储能电站；钢筒上部升降机发电机由活塞重车势能经钢绳带动发电机飞轮运行；升降台底部下周边设碗式橡胶密封圈，两活塞升降台底部设尾绳连接互动保持平稳运行；井底部各设密封门供重车出入；A活塞重车下降势能压气从A筒底部经被换向阀切断的通往B筒管道旁进入风机作功后出风机推开进入B钢筒底部单向阀进入B筒頂升B活塞平台上升；同样压气从B筒底部管道经被换向阀切断的通往A筒管道旁进入风机作功后出风机推开A钢筒底部单向阀进入A筒頂升A活塞平台上升；压气推动风机运转经变速器增速带动发电机运行；两座设施四个钢筒活塞重车，交替释放势能产生压气供发电运行相互补上工序停车时段压气供应缺口；并用控制排风量的办法，使活塞重车下降时间与工序停车时间持平，从而实现连续不间断的压气供发电运行；上下三台发电机消纳重车势能发电运行；只是上部飞轮数量减少到够工序停车时发电机动力需求即可。从坑下提升重石车运行前，要打开AB活塞平台的密封底板，任空气自由贯通减少升降阻力。

以上利用已封井的矿井落差和矿坑资源，将現有的设备经过改造就可实現大容量的提石储能发电工作，投入少見效快解决急需。

四.附图说明

井上升降机发电机设备整体结构示意图

它主要由：1发电机电动机2变速机3液力耦合器4飞轮5离合器6內齿轮接手、外齿轮、超越离合器7卷筒轴头可移动外齿轮接手8链轮a及内齿轮接手9链条10链轮b11链轮b同轴可移动外齿轮12卷筒13离合器14渐增重等重停车能量回收卷筒逆向链轮a和顺向链轮b15由逆向链轮a卷筒钢绳和顺向链轮b卷筒钢绳

它是这样释放重车势能发电运行的

(一)A笼B笼释放重车势能发电运行

A笼重车降行发电

1准备：(1)A笼井上重车上位；B笼井下空位

(2)档位1)7与6內齿啮合；11与6外齿分开

2)5离合器接合；13离合器分开

2启动A笼重车降行：重车钢绳带动卷筒放绳旋转经7、6、5、2、1供发电机运行；同时7、6、5、3、4带动飞轮不间断时实吸储势能，让发电机稳定运行。

3当A笼到达井底前13离合器接合，启动14渐增重等重停车装置，卷筒由逆向链轮a链条带动逆向链轮a卷筒反向缠绕钢绳从上到下逐一提起15多块重铁到等重停车。

4A笼停车卷筒停转，6超越离合器失去动力切断了卷筒与减速机的传动关係，飞轮带动发电机运行一段时间为工序停车迎得准备工作时间，直到最后一个飞轮停转前启动B笼下降。

B笼重车降行发电

1准备(1)B笼井上重车上位；A笼井下空位重车出位入库

(2)档位1)7与8内齿啮合；11与6外齿轮啮合

2)离合器5接合；13离合器分开

2启动B笼重车降行：重车钢绳带动卷筒放绳旋转经7、8、9、10、11、6、5、2、1供发电机运行，同时5、2、3、4带动飞轮不间断时实逐级吸储势能。

3当B笼到达井底前13离合器接合启动14渐增重等重停车能量回收装置，卷筒顺向链轮b链条带动顺向链轮b卷筒反向缠绕钢绳逐块从下到上提起15多块重铁到等重停车。

4B笼停车、卷筒12停转，超越离合器6失去动力切断卷筒与减速机的传动关係，飞轮带动发电机运行一段时间，为A笼下降迎得做准备的工序停车时间，直到最后一个飞轮停转前启动A笼下降获得连续的发电势能。

以上是双井道A笼B笼重车释放势能发电的一个过程，它的多次循环取决于上下库能储备多少重车供连续运行，这是较易实現的。

(二)A笼B笼提石蓄储电力势能

A笼提升井下重车蓄储势能

1准备：(1)A笼井下重车入位B笼井上空位

(2)档位1)7与6內齿啮合；外齿轮11与6分开

2)5离合器分开；13离合器分开

2启动A笼重车提升：

1)1电动机启动经2、3、4带动飞轮存储一定动能

2)5离合器接合1电动机经2、5、6、7、12带动卷筒收钢绳提升重车，同时4飞轮经3、5、6、7、12助力重车提升。

3当A笼重车升到井口快到位时变频调速电机处于低速爬行，要求到位刹车，13离合器接合反向加载等重负荷，5离合器分开切断卷筒与減速机传动关係三个动作同步进行；电动机不停机其动力供飞轮吸收存储供下次提升重车时用以助力。

B笼提升井下重车蓄储势能

1准备：(1)B笼井下重车入位；A笼井上空位重车入上库

(2)档位1)7与8内齿啮合；外齿轮11与6啮合

2)5离合器分开；13离合器分开

2启动B笼重车升井：5离合器接合动力经1、2、5、6、11、10、9、8、7、12及飞轮4、3、5、6一起带动卷筒收钢绳提升B笼重车。

3当B笼重车升到井口快到位时为变频调速电机低速爬行运行要求到位刹车，13离合器接合反向加载等重负荷，5离合器分开切断卷筒与减速机传动关係三个动作同步进行；电动机不停机，其动力供飞轮吸收储存备用。

以上是A笼B笼先后利用谷电和可再生能源，完成从井下将重车提升到井上入上库蓄储电力势能作业。

具体优选方案：

在矿井矿坑适宜山体落差开发中，首先以矿井現有资源利用来开发提石储能电站，是投入少見效快的捷径；三千多座关闭的矿井其几百米至上千米的井深落差，井下几十公里的巷道是珍贵的遗产资源，矿井內升降机、运输矿车、轨道、通讯、通风、电力设施齐全，不少矿井具有由计算机控制的全自动化升降机械，这些均可利用只要将设备加以改造提供同转向连续的势能动力供发电机和飞轮运行即可建成大容量的提石储能电站；

站在矿坑边沿眺望远处若大的百吨电动轮矿车在坑下作业如同玩具车在演示运行，无不为之感叹愚公移山是真实存在的；在此建双钢筒活塞式提石储能电站，有落差、有場地空间建上下重车库，更有无尽的精神力量的催人奋进，建两座同时运行的储能电站。

在缺雨水、无矿井矿坑利用的山区，利用山体落差和山上山下的公路平台建上下重车库，就可因地建设提石储能电站。

我国有130个急需改造的独立矿区，东北就有50个；特别是21个资源枯竭城市的输血，造血并举的发展中，从过去的采煤提供能源到今天利用矿上現有资源，建设成投资少見效快，运行费用低经济效益好，可快速复制能尽快形成規模的大容量提石储能电站，构建新型能源系统；为提供百分之百的可再生能源，跨入低碳可持续发展的新业态，为产业转型提供动力能源作出新贡献。

Claims (6)

1.提石储能电站涉及一种电力储能发电技术；特征是：以石压载重车作势能载体；依矿井矿坑适宜山体落差，建井道安装升降机发电机；建上下库铁道网，停放重车；用谷电提升井下重车存于上库蓄储势能，释放势能发电为电网削峰；这样循环运行，调剂电力余缺做调峰调频亊故电源及可再生能源的消纳。

2.如1提石储能电站的升降机往复运行，每次都有间歇性工序停车影响连续发电，化解這一问题要将升降机改造成能提供连续不间断的势能动力供发电机和飞轮运行：将变速器低速轴改为双出头轴(1)右端设多组液力耦合器和飞轮；它以软连接形式让飞轮从静到动到高速运转，时实不间断逐级吸收储存下降势能让发电机保持稳定运行，在工序停车时为发电机提供动能，直到最后一个飞轮停转前启动下一次重车降行，保持连续的势能供应。(2)左端设超越离合器；在工序停车时切断卷筒与变速器的传动关係，让飞轮储备动能供发电机运行一段时间，迎得工序准备工作的停车时间。

3.如1提石储能电站的升降机往复运行每次钢绳牵引卷筒放绳都出垷不同旋转方向问题，化解它升降机必须增设同转向传动箱；每次经換档达到两次下降势能以同一转向供发电机和飞轮运行，它可以增设反向卷筒外齿轮、内齿圈外齿轮、傘型齿轮、多组外齿轮转向及链轮外齿轮几种形式来实现。链轮式由8链轮a、9链条、10链轮b和链轮b同轴的11可移动外齿轮组成一体机箱，安装于卷筒轴与变速器之间经換档实现同一转向。

4.如1提石储能电站的升降机往复运行，每次安全顺稳释放势能都伴随着刹车停车的巨大能量流失，设渐增重等重停车装置可实现能量回收再利用；它是将多块同体积长方形重铁用等距离钢绳松动连接每块重铁成为一串，钢绳从上到下逐一提起到等重停车为一次利用；并将每块重铁中部设置一个150毫米的中孔，供中孔钢绳从上到下穿过每块重铁，并鎖定在最底部重铁的中孔轴上，停车时中孔钢绳从下到上逐一提起重铁实现二次停车能的回收，可交替储能。利用卷筒下降势能在停车前启动返向缠绕钢绳卷筒逐一提起重铁或在井下停车前利用重车下降势能下压拦阻横樑带动钢绳逐一提起重铁实现停车能的回收；其回收能可用于小型发电机运行动力，电机转子起动助力，等重反向平衡井上重车上位降低刹车动力，用于重车出入库调度用能，设两套停车能回收装置可交替收储释放利用刹车能。

5.单井道巻筒钢绳两端设吊钩及配重铁交替牵引重车升降运行亦可用方案一的井上升降机、发电机做提石储能电站：为使空钩及重铁回升时不影响重车下降运行须作两项改动(1)从井底重车脱钩处到近井口为吊钩各设一条滑道，由滑道内滑抡钩挂住空吊钩及重铁沿井壁上升。(2)井口处两钢绳靠井壁的对面各设一定轴能摆动的滑轮推杆，将空车吊钩钢绳及重铁推向井璧让其从下到上靠井壁滑道回升为重车降行留出空间。

6.双钢筒活塞升降台式提石储能电站：利用矿坑适宜山体的大落差及开阔場地，建两座直达坑底的双钢筒活塞升降台式提石储能电站；井上设备按方案一的升降机发电机设置，重车下降势能经钢绳牵引带动发电机飞轮运行；升降台底部下周边设皮碗式橡胶密封圈，两钢筒活塞底部设尾绳连接互动平稳运行，井底部各设密封门供重车出入，活塞式重车平台下降产生压气堆动风机运转，经变速器增速供发电运行；四钢筒活塞重车交替降行互补上工序停车压气缺口；用调控排风量方式让活塞重车降行与工序停车时间持平，获连续圧气供应；上下三台发电机消纳势能发电；上部飞轮数量能够工序停车时发电用能即可；提石储能运行前须打开活塞平台底板让空气上下自由贯通，降底活塞运行阻力。