CN111237145A

CN111237145A - 新型势能储电、调峰系统

Info

Publication number: CN111237145A
Application number: CN202010123999.4A
Authority: CN
Inventors: 李军
Original assignee: Ben Zhen Energy Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Ben Zhen Energy Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明涉及一种变向储电发电系统，特别涉及一种新型势能储电、调峰系统，它包括负载升降库和输变电系统，所述的负载升降库包括升降机、立体负载库、发电设备，所述的升降机将立体负载库内的负载物由低处运至高处；负载物再由高处降至低处时产生动能驱动发电设备产生电能，电能接入输变电系统进入公网使用，其特征在于：所述的负载升降库在晚间低价电费时启动将负载物由低处运至高处；在白天高价电位时，将负载物由高处送至低处，利用负载物的自重在下降过程中带动传动机构，进而带动发电设备发电。

Description

新型势能储电、调峰系统

技术领域

本发明涉及一种变向储电发电系统，特别涉及利用昼夜之间的电价格差而设计的一种新型储电变电设备。

背景技术

目前的电能主要是依靠煤、天然气等化石燃料通过燃烧产生的。化石燃料燃烧之后产生热量，热量用来加热高温高压的水蒸气，水蒸气再推动汽轮机旋转，汽轮机和发电机相连接，汽轮机的旋转带动发电机旋转从而产生电能。

由于整个系统非常的庞大和复杂，尤其是汽轮机的结构比较精密，汽轮机转速提高和降低都有严格的时间要求，要慢慢的改变让金属材料有足够的热胀冷缩的时间余量，这种调速过程有时需要几个小时甚至是几天才能慢慢完成，所以发电厂的发电量是不能在短时间内进行大幅波动和调节的。发电厂希望整个电网的用电量越稳定越好。

但是，实际的生产、生活的用电量是波动的，尤其是在夜间22:00~次日6:00这个时间段内，整个电网的用电量比白天大幅降低，电厂不得不采取很多措施来应对这种周期性的负荷波动。

为了缓解这个问题，目前的办法是：

1、采取分时电价，以价格手段来驱使工厂企业在用电量低谷的时候多用电，在用电量高峰的时候少用电。但是此方法依然无法实现有效的调节峰电和谷电的大幅波动。

2、采用电池储电，但是由于目前锂电池的储电能力有限，而且价格昂贵，投资回收期非常长，所以此方法很少采用；

3、水电站采用在谷电期间消耗电力利用水泵把大量的水从水坝的下游抽送到水坝里，这相当于把电力变成了水的势能，等到第二天再防水发电。此方法比较成熟，已经在水利电厂普遍采用。但是只能应用于水力发电的场合，火电厂无法应用。而且，水电站距离城市等用电场所比较远，电力的输送损耗比较多。

如果能够发明一种不受地理位置限制的储电技术，将有非常广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用昼夜电价差的特点，利用晚间做功，将电能转变成另一种储蓄能（重力势能），在白天再将这种储蓄能转化成电能，达到节约用电的目的。此技术不受地域的限制，最适合于在城市周边，避免远距离的输电损失，而无需储水的新型势能储电、调峰系统。

为完成上述发明目的，本发明是这样实现的：一种新型势能储电、调峰系统，它包括负载升降库和输变电系统，所述的负载升降库包括升降机、立体负载库、发电设备，所述的升降机将立体负载库内的负载物由低处运至高处；负载物再由高处降至低处时产生动能驱动发电设备产生电能，电能接入输变电系统进入公网使用，其特征在于：所述的负载升降库在晚间低价电费时启动将负载物由低处运至高处；在白天高价电费时，将负载物由高处送至低处，利用负载物的自重在下降过程中带动传动机构，进而带动发电设备发电。

借鉴水电站的储能原理，在夜间消耗电力通过水泵把下游的水泵送到上游，在白天再放水发电。这是利用将电能暂时转化为水的重力势能来存储电能。

F=mgh。

W=F÷t÷1000。

F：做功 N（牛）。

_m：物体的质量kg （公斤）。

g：重力加速度，是常数，通常取10，N/kg（牛/公斤）。

h：物体运动的高度m（米）。

W: 功率KW（千瓦）。

t: 物体运动的时间 s（秒）。

把一个10吨重的物体在30秒内从地面提高100米所能存储的势能是：

F=10×1000×10×100=10,000,000牛。

W=10,000,000÷30÷1000=333.3KW。

即：一小时可以存储333KW的电能（333度电）。

我们利用此原理，我们发明了新型的储电系统，在夜间（谷电期间）把电能转化成物体（水泥块）的重力势能，在白天（峰电期间）再把重力势能转化为电能，利用水泥块下落过程产生的驱动力来带动发电机发电。

此系统是为了存储电能而设计，在电能-势能-电能的转化过程中存在损耗，所以要考虑系统的经济效益。电机的效率大约在87~92%，再加上链条、滑轨等的摩擦阻力和辅助设备耗电，整个系统的效率大约在70%左右。这就意味着当系统在夜间消耗一度电，可以存储0.7度电的重力势能；在白天可以产生0.49度电（0.7×0.7=0.49）。按照北京地区谷电0.38元/度，峰电1.35元/度来计算，消耗一度电可以产生的经济价值是：

0.49×1.35-0.38=0.28元。

其利润率是0.28÷0.38×100%=73.6%。

其经济性相当好，收益可观。

所述的负载升降库是具有一定高的度建筑，其低部设有若干楼层用于放置负载物；其顶部设有若干楼层，其面积与底部相同。上部的存储库存在10度角的倾斜，即仓库口较内部偏低；下部的存储库也存在10度角的倾斜，仓库口较高，向内渐低。在负载升降库的楼层内辅有电动水平滑轨，电动水平滑轨上设有推送机构，顶层的推送机构在入库时启动推送；底层的推送机构在出库时启动。

负载重物输送到相应的楼层后，需要通过电动滑轨水平移动到仓库内部，这一过程需要消耗少量的电能。整个系统的盈利模式就是利用谷电和峰电的价格差来赚差价，由于峰电的价格较高，所以要尽量减少峰电的电力消耗。为此，负载重物存储库有独特的设计：上部的存储库存在10度角的倾斜，仓库侧高；下部的存储库也存在10度角的倾斜，仓库侧低。这样设计的目的是尽量的利用夜间的谷电来水平移动负载重物，由于负载重物存储的楼面存在倾斜，负载重物可以在导轨上自由的滑行。在夜间运行时，负载重物提升到顶部的楼层后，移动滑轨消耗电力把负载重物移动到仓库内，此实消耗的是价格便宜的谷电。当白天需要发电时，由于楼面存在倾斜角度，水泥块可以自行滑落到升降机处，移动滑轨不需要消耗价格较高的峰电。底部的楼层也是类似的原理，只在谷电时消耗电力来移动负载重物。

所述的负载升降库为100米至300米之间，其最低层用于存放变电设备。负载物为水泥块。

负载升降库用于将水泥块进行存储，存储库的高度根据发电量来设计，可以达到300米以上，通常采用100米。存储库的最底层用于存放变电设备，减少设备的占用面积。

电动机和发电机是同样的设备，当供电时就是电动机，当有外力驱动旋转时就是发电机。

附图说明

图1为立体库的整体结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步的说明：一种新型势能储电、调峰系统，它包括负载升降库和输变电系统，所述的负载升降库5包括升降机3、立体负载库5、发电设备1，所述的升降机将立体负载库内的负载物由低处运至高处；负载物4再由高处降至低处时产生动能驱动发电设备产生电能，电能接入输变电系统2进入公网使用，所述的负载升降库是具有一定高的度建筑，所述的负载升降库为100米至300米之间，其低部设有若干楼层用于放置负载物；其顶部设有若干楼层，其面积与底部相同。上部的存储库存在10度角的倾斜，即仓库口较内部偏低；下部的存储库也存在10度角的倾斜，仓库口较高，向内渐低。在负载升降库的楼层内辅有电动水平滑轨，电动水平滑轨6上设有推送机构，顶层的推送机构在入库时启动推送；底层的推送机构在出库时启动。负载升降库最低层用于存放变电设备以结省空间占用。负载物可是砖块或水泥块类的重物。

所述的负载升降库在晚间低价电费时启动将负载物由低处运至高处；在白天高价电费时，将负载物由高处送至低处，利用负载物的自重在下降过程中带动传动机构，进而带动发电设备发电。

新型的储电系统，在夜间（谷电期间）把电能转化成物体（水泥块）的重力势能，在白天（峰电期间）再把重力势能转化为电能，利用水泥块下落过程产生的驱动力来带动发电机发电。

0.49×1.35-0.38=0.28元。

其利润率是0.28÷0.38×100%=73.6%。

其经济性相当好，收益可观。

整个系统由以下几部分组成：

1、电动机（发电机）：电动机和发电机是同样的设备，当供电时就是电动机，当有外力驱动旋转时就是发电机。

2、输变电系统：把发出的电力进行增压并入电网。

3、升降机：用于竖直方向搬运水泥块，把电能转化为水泥块的重力势能。

4、水泥块：重量可以根据系统的规模来设计。

5、水泥块立体存储库：用于将水泥块进行存储，存储库的高度根据发电量来设计，可以达到300米以上，通常采用100米。存储库的最底层用于存放变电设备，减少设备的占用面积；水泥块移动滑轨：用于水平方向移动水泥块。

操作过程如下：

在夜间的谷电期间，电动机消耗电力把存放在下面的水泥块提升到存储库的顶部，水泥块到达顶部后，在移动滑轨的带动下水平移动到存储库里，依次排放整齐。当最顶部的楼层存储满后，开始下面一层的存储，以此类推，直到谷电时间结束（一般为8小时）。存储库的高度和存储层的数量根据发电量来设计，高度越高、存储层的数量越多，发电量越大。

在峰电期间内，先从最顶部的楼层把水泥块平移出来，升降机在水泥块重力的拖拽下开始下降，从而带动发电机运转发电，水泥块先存放到第二楼层（第一层是用来安装发电、变电设备、办公室等），第二层放满之后再放到第三层，依次类推。

水泥块输送到相应的楼层后，需要通过电动滑轨水平移动到仓库内部，这一过程需要消耗少量的电能。整个系统的盈利模式就是利用谷电和峰电的价格差来赚差价，由于峰电的价格较高，所以要尽量减少峰电的电力消耗。为此，水泥块存储库有独特的设计：上部的存储库存在10度角的倾斜，仓库侧高；下部的存储库也存在10度角的倾斜，仓库侧低。这样设计的目的是尽量的利用夜间的谷电来水平移动水泥块，由于水泥块存储的楼面存在倾斜，水泥块可以在导轨上自由的滑行。在夜间运行时，水泥块提升到顶部的楼层后，移动滑轨消耗电力把水泥块移动到仓库内，此实消耗的是价格便宜的谷电。当白天需要发电时，由于楼面存在倾斜角度，水泥块可以自行滑落到升降机处，移动滑轨不需要消耗价格较高的峰电。底部的楼层也是类似的原理，只在谷电时消耗电力来移动水泥块。

整个系统都是自动控制，无需人工操作。

采用上述系统后，其效果明显：以前我们国家的电力紧缺，没有“分时电价”政策，此技术就没有任何的经济价值。现在电力资源丰富，全国都实行了“分时电价”政策，此技术有巨大的市场潜力和经济价值，以及其它优势：

1、毛利润率可达70%，即使再打5折，也依然可以达到35%的毛利率，这在任何行业都是非常好的。

2、可以作为调节电网锋、谷的有效手段，提高电网的抗冲击能力和稳定性。

3、此技术是利用了物体在高度上的变化（重力势能）来发电，是利用了垂直空间，占地面积相对较小。

4、不受地理位置的限制，在任何城市的周边（甚至是市区）都可以实施；不像水电站需要有水的地方。

5、输电损耗少，由于不受地理位置的限制，可以建造在城市的附近，这就避免了长距离的输电损失。

6、整个过程不产生任何的污染，没有噪音，也不存在类似于锂电池的使用寿命问题。

7、整个系统稳定性好，水泥块坚固耐用，而且价格便宜，后续的维护成本低。

8、整个项目的投资少，无论是电力系统，还是水泥块存储仓库，都是成熟的系统，不存在技术风险；项目的经济收益简单明了，不存在投资风险。

9、项目不受天气、地域的限制，可以在任何地方复制和推广。

10、整个系统实现全自动运行，人力成本较低。

综上所述，此技术不仅有较好的经济价值，还可以调节电网的峰谷，应用前景非常好。

Claims

1.一种新型势能储电、调峰系统，它包括负载升降库和输变电系统，所述的负载升降库包括升降机、立体负载库、发电设备，所述的升降机将立体负载库内的负载物由低处运至高处；负载物再由高处降至低处时产生动能驱动发电设备产生电能，电能接入输变电系统进入公网使用，其特征在于：所述的负载升降库在晚间低价电费时启动将负载物由低处运至高处；在白天高价电位时，将负载物由高处送至低处，利用负载物的自重在下降过程中带动传动机构，进而带动发电设备发电。

2.根据权利要求1所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：所述的负载升降库是具有一定高的度建筑，其低部设有若干楼层用于放置负载物；其顶部设有若干楼层，其面积与底部相同。

3.根据权利要求2所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：上部的存储库存在10度角的倾斜，即仓库口较内部偏低；下部的存储库也存在10度角的倾斜，仓库口较高，向内渐低。

4.根据权利要求3所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：在负载升降库的楼层内辅有电动水平滑轨，电动水平滑轨上设有推送机构，顶层的推送机构在入库时启动推送；底层的推送机构在出库时启动。

5.根据权利要求1所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：所述的升降机是由电机和起吊链构成，起吊链通过离合与发电设备。

6.根据权利要求1所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：所述的负载升降库为100米至300米之间，其最低层用于存放变电设备。

7.根据权利要求1所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：负载物为水泥块。

8.根据权利要求1所述的一种新型势能储电、调峰系统，其特征在于：所述的发电设备为电机与发电机的同体机。