CN109707575A - 一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统和方法，该系统包括支撑系统、钢丝绳、钢丝绳绞盘、弹簧组、电动发电一体机、控制系统、变压器、减速器、端头固定端和滑轮组。该方法的实施步骤包括：当电力系统出现剩余电量，或新能源电站出现“弃风”、“弃光”现象时，或者电网时段处于谷价时，储能系统通过变压器从电网获得电力，滑轮组通过钢丝绳带动电动发电一体机的转轴转动，实现钢丝绳带动弹簧组的拉伸，实现电能到弹簧弹性势能的存储；当电力系统处于用电高峰，或电网时段处于峰价时，将弹簧组的弹性势能释放，滑轮组通过钢丝绳带动电动发电一体机的转轴转动实现发电，经变压器输入电网，完成弹性势能向电能的转换。
Description
技术领域
本发明属于能量储存技术领域，具体涉及一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统和方法，用于将电能转化成弹性势能进行储存，以及将弹性势能转化成电能的高效储能/释能。
背景技术
由于风电、光电本身的不稳定以及消纳难等原因，弃风、弃光问题一直不好解决，居高不下的弃风、弃光率成为当下制约光伏、风电取得进一步发展的首要因素，难以与用电需求的实时趋势保持一致，虽然我国可再生能源装机容量不断扩大，但是电力紧张和电网调峰困难的问题反而日益严重。储能技术是实现电网稳定和风光电健康发展的关键支撑。储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能、超导储能等，这些储能方式普遍存在能量转换效率不高的问题，其中电化学储能还面临电池寿命有限、环境污染等问题。
弹簧储能作为一种清洁、无污染的机械储能方式，一直以来主要用于自关门合页、医疗器械、开关柜的断路器、车用储能等领域，如专利201410095429.3、201610052510.2、201721406026.1、201721406024.2和201721054047.1所示。这些储能方式的占用空间和储能容量都很小，只能用于局部和少量能量的储存和利用，难以进行大容量的储能和为电网提供相关服务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统和方法，用于解决新能源消纳和电网移峰填谷等问题，是一种高效清洁的能量储存方式。
本发明是采用如下技术方案来实现的：
一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，包括钢丝绳、滑轮组、弹簧组、端头固定端和支撑系统，以及设置在支撑系统上的钢丝绳绞盘、电动发电一体机和控制系统；其中，
钢丝绳绞盘通过减速器和电动发电机连接，钢丝绳一端连接钢丝绳绞盘，另一端绕过滑轮组与支撑系统连接；
滑轮组由若干定滑轮和动滑轮组成，定滑轮固定在支撑系统的下方，动滑轮与弹簧组的一端连接，弹簧组的另一端与设置在支撑系统下方的端头固定端连接；
控制系统用于控制弹簧组以及电动发电一体机的工作状况，保证弹簧组弹性势能实现均衡储存和释放。
本发明进一步的改进在于，滑轮组中的定滑轮个数为n，且n≥1，动滑轮的个数为n+1个。
本发明进一步的改进在于，弹簧组由若干弹簧并联或串联而成，其一端与滑轮组连接，另一端与端头固定端连接。
本发明进一步的改进在于，弹簧组两端的连接点收尾对齐、空间均布，以保证弹簧组的拉伸沿着轴向不产生偏移。
本发明进一步的改进在于，电动发电一体机具有连续调速能力。
一种利用滑轮组实现弹簧储能的方法，该方法基于上述一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，该方法按以下步骤实施：
当电力系统出现剩余电量，或新能源电站出现“弃风”、“弃光”现象时，或者电网时段处于谷价时，储能系统通过变压器从电网获得电力，滑轮组通过钢丝绳带动电动发电一体机的转轴转动，实现钢丝绳带动弹簧组的拉伸，实现电能到弹簧弹性势能的存储；
当电力系统处于用电高峰，或电网时段处于峰价时，将弹簧组的弹性势能释放，滑轮组通过钢丝绳带动电动发电一体机的转轴转动实现发电，经变压器输入电网，完成弹性势能向电能的转换。
本发明和现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，布置地点和布置方式灵活多变，可利用山体、崖壁、矿坑或井筒的高度落差，也可基于地面向上架空布置，或者在合适的空间水平布置。该系统采用了电动发电一体机，结构更加简单紧凑。整个过程主要包括弹簧的拉伸和弹簧压缩两个动作，均为成熟的机械技术，能量转换效率高，系统整体效率可达90％以上。该系统还利用滑轮组和弹簧组叠加布置的方式，可以实现储能时间的延长和储能能量的增加，同时也降低了电动发电机的运行功率，使造价降低。控制系统通过对下放速度进行控制，可实现电力的稳定均匀输出。
本发明提供的一种利用滑轮组实现弹簧储能的方法，充分利用了山体、崖壁、矿坑或井筒等的高度落差或地面闲置空间。此外，本发明运行灵活，在电网低负荷时可缓慢储能，在电网高负荷时可实现在几秒钟内快速响应。最后，本发明运营过程无污染，能量长期保存无损失，可有效克服现有抽水蓄能技术和电力机车蓄能技术效率低、成本较高、占地面积大等问题，也没有电池蓄电的环境污染和寿命次数问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：
1是支撑系统，2是钢丝绳，3是滑轮组，4是钢丝绳绞盘，5是弹簧组，6是电动发电一体机，7是控制系统，8是端头固定端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，包括支撑系统1、钢丝绳2、滑轮组3、钢丝绳绞盘4、弹簧组5、电动发电一体机6，控制系统7、端头固定端8。
所述钢丝绳绞盘4通过减速器和电动发电一体机6连接，钢丝绳2一端连接钢丝绳绞盘，4另一端绕过滑轮组3与支撑系统1连接。
所述控制系统7用于控制所述弹簧组5以及所述电动发电一体机6的工作状况，保证弹簧组5的弹性势能实现均衡储存和释放。
所述滑轮组3由若干定滑轮和动滑轮组成，定滑轮个数为n，且n≥1，动滑轮的个数为n+1个，定滑轮固定在支撑系统1上，动滑轮与弹簧组5连接。
所述弹簧组5由若干弹簧并联或串联而成，其一端与所述混轮组3连接，另一端与所述端头固定端9连接，弹簧组两端的连接点收尾对齐、空间均布，以保证弹簧组5的拉伸沿着轴向不产生偏移。
所述电动发电一体机6具有连续调速能力，能够依靠电子技术自动实现发电模式和电力拖动模式的切换。
本发明提供的一种利用滑轮组实现弹簧储能的方法，该方法按以下步骤实施：
当电力系统出现剩余电量，或新能源电站出现“弃风”、“弃光”现象时，或者电网时段处于谷价时，储能系统通过变压器从电网获得电力，滑轮组3通过钢丝绳2带动电动发电一体机6的转轴转动，实现钢丝绳2带动弹簧组5的拉伸，实现电能到弹簧弹性势能的存储；
当电力系统处于用电高峰，或电网时段处于峰价时，将弹簧组5的弹性势能释放，滑轮组3通过钢丝绳2带动电动发电一体机的转轴转动实现发电，经变压器输入电网，完成弹性势能向电能的转换。
以上结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，其特征在于，包括钢丝绳(2)、滑轮组(3)、弹簧组(5)、端头固定端(8)和支撑系统(1)，以及设置在支撑系统(1)上的钢丝绳绞盘(4)、电动发电一体机(6)和控制系统(7)；其中，
钢丝绳绞盘(4)通过减速器和电动发电机(6)连接，钢丝绳(2)一端连接钢丝绳绞盘，另一端绕过滑轮组(3)与支撑系统(1)连接；
滑轮组(3)由若干定滑轮和动滑轮组成，定滑轮固定在支撑系统(1)的下方，动滑轮与弹簧组(5)的一端连接，弹簧组(5)的另一端与设置在支撑系统(1)下方的端头固定端(8)连接；
控制系统(7)用于控制弹簧组(5)以及电动发电一体机(6)的工作状况，保证弹簧组(5)弹性势能实现均衡储存和释放。
2.根据权利要求1所述的一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，其特征在于，滑轮组(3)中的定滑轮个数为n，且n≥1，动滑轮的个数为n+1个。
3.根据权利要求1所述的一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，其特征在于，弹簧组(5)由若干弹簧并联或串联而成，其一端与滑轮组(3)连接，另一端与端头固定端(8)连接。
4.根据权利要求3所述的一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，其特征在于，弹簧组(5)两端的连接点收尾对齐、空间均布，以保证弹簧组的拉伸沿着轴向不产生偏移。
5.根据权利要求1所述的一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，其特征在于，电动发电一体机(6)具有连续调速能力。
6.一种利用滑轮组实现弹簧储能的方法，该方法基于上述一种利用滑轮组实现弹簧储能的系统，该方法按以下步骤实施：
当电力系统出现剩余电量，或新能源电站出现“弃风”、“弃光”现象时，或者电网时段处于谷价时，储能系统通过变压器从电网获得电力，滑轮组(3)通过钢丝绳(2)带动电动发电一体机(6)的转轴转动，实现钢丝绳(2)带动弹簧组(5)的拉伸，实现电能到弹簧弹性势能的存储；
当电力系统处于用电高峰，或电网时段处于峰价时，将弹簧组(5)的弹性势能释放，滑轮组(3)通过钢丝绳(2)带动电动发电一体机(6)的转轴转动实现发电，经变压器输入电网，完成弹性势能向电能的转换。
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