CN113184453B - 一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，包括重物提升系统、重物转载系统、传动发电系统和协调控制系统；重物提升系统，用于使用链轮和链条类型的设备提升重物；重物转载系统，用于负责将重物块运送到卸料点或从卸料点疏散重物；传动发电系统，用于在储能时向重物提升系统提供动力，在释能时带动发电机发电；协调控制系统，用于对重物提升系统、重物转载系统和传动发电系统的连续协调控制，维持重力储能系统连续运行。本发明通过模块化设计，重物转载系统与重物提升系统没有设备上的耦合关系，这使得重力储能系统的容量和功率特性完全解耦，可以方便扩容，极大提高重力储能系统的灵活性。

Description

一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统
技术领域
本发明属于重力储能技术领域，具体涉及一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统。
背景技术
随着中国经济的发展，随机波动性电源和负荷大规模接入电网对电网造成冲击。储能可实现能源在时间维度上的措施利用稳定性。单独建设的储能系统，可以在电网用电高峰时作为电源接入电网，在电网用电低谷时作为负荷接入电网。从而为电网提供高效灵活的调节手段，为国家能源互联网的建设提供有利条件，助力国家构件清洁低碳、安全高效的能源体系。
现有的储能技术有多种，重力储能是一种低成本、高效率、无污染、长寿命、大容量、响应快、无资源消耗的储能技术。但现有重力储能技术(如瑞士能源库公司建设的重力储能电站等)，存在三个主要缺点，一是重物块进入重物提升系统时，存在加减速阶段，最终导致储能系统电力输出波动；二是重物落地时对承载面造成冲击，损失了重物的动能，造成效率降低；三是重力提升装置与重物存储区域存在耦合，难以通过增加重物块数量的方式实现扩容。随着储能需求的不断增加，迫切需要提出一种新的重力储能方案来解决上述问题，进而加快重力储能的推广及应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，可以实现重力储能系统容量和功率的完全解耦，使得重力储能系统可以灵活扩容或调整输出功率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，包括重物提升系统、重物转载系统、传动发电系统和协调控制系统；
重物提升系统，用于使用链轮和链条类型的设备提升重物；
重物转载系统，用于负责将重物块运送到卸料点或从卸料点疏散重物；
传动发电系统，用于在储能时向重物提升系统提供动力，在释能时带动发电机发电；
协调控制系统，用于对重物提升系统、重物转载系统和传动发电系统的连续协调控制，维持重力储能系统连续运行。
本发明进一步的改进在于，重物转载系统包括上承重平台和下承重平台以及相应的转载设备。
本发明进一步的改进在于，重物提升系统能够同时升降多个重物块，包括主动链轮、从动链轮、张紧链轮、链条、承重杆和锁紧头；链路径限制了重物提升系统运行时，重物的提升与下降路径；链条通过主动链轮、从动链轮和张紧链轮构成循环回路，重物块通过锁紧头与承重杆相连，储能过程中，锁紧头在下卸料点处固定重物块，并携带重物上升，当重物块到达上卸料点时，锁紧头松开，重物块由重物转载系统托起并转运至重物存储区域；释能过程中，锁紧头在上卸料点处固定重物块，并携带重物下降，当重物块到达下卸料点时，锁紧头松开，重物块由重物转载系统托起并转运至重物存储区域。
本发明进一步的改进在于，重物提升系统中，靠近上承重平台和下承重平台的链条局部为水平或近似水平设计，重物处于该链条局部时，重物底面与重物转载系统的上承重平台和下承重平台表面接触，且可以受到上承重平台和下承重平台的支撑力和摩擦力。
本发明进一步的改进在于，承重杆与链条中的内链节或外链节固定，且不能同时与内链节或外链节固定。
本发明进一步的改进在于，承重杆的数量根据需要同时提升的重物数量确定。
本发明进一步的改进在于，传动发电系统在储能时向主动轮提供动力，在释能时通过主动轮处的齿轮箱设备带动发电机发电。
本发明进一步的改进在于，传动发电系统分开布置在多个链轮处，实现储能电动机和释能发电机的分开布置，或者合并布置在一个链轮处共用一套变速设备。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明提出的一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，通过使用链轮和链条类型的设备提升重物，链条和多个链轮构成循环回路，可以增加重物提升装置中重物块的数量，减小单个重物块进出系统对电力输出的冲击；通过将重物提升装置上下的运动方向由竖直改为水平，结合合理设计的重物转载系统，可以有效利用重物落地后的动能作为转载系统能量来源，从而减小重力储能系统的能量损失，提高综合效率；可以减小重物落地时对承载面的冲击；通过重物转载系统，将重物块运送到卸料点或从卸料点疏散重物，重物转载系统与重物提升系统没有设备上的耦合关系。这使得重力储能系统的容量和功率特性完全解耦，极大提高重力储能系统的灵活性。
进一步，重物提升系统使用链轮和链条类型的设备提升重物，链传动可以保证链条上悬挂重物块时，不会产生打滑或主动轮转而链条不转的情况。链条和多个链轮构成循环回路，可以同时升降多个重物块，该方案降低了单个重物块进入重物提升系统时对重力储能系统的冲击，且链条上悬挂的重物越多，单个重物块进入系统造成的冲击越小。这解决了现有重力储能系统的一些缺点，如通过起重机械或牵引轨道车等方案实现的重力储能系统，电力输出不连续，且单个重物存在较长的加减速阶段。
进一步，重物提升系统中，靠近上承重平台和下承重平台的链条局部为水平或近似水平设计，这使得重物块落地时的动能可以被重物转载系统利用，重物转载系统只需要改变重物运动的方向，即可实现重物的转运，避免了重物落地时重物动能的损失，从而进一步提高重力储能系统的效率。
进一步，重物处于上卸料点或下卸料点时，重物底面与转载系统的承重平台表面接触，且可以受到承重平台的支撑力和摩擦力，这一设计可以减小传统重物转载系统在码垛重物时需要改变重物竖直方向的位置从而造成的能量消耗，且该设计有利于重物转载机构从锁紧头上卸下重物或锁紧重物(转向相反即可)。
进一步，重力储能系统中的重物转载系统负责将重物块运送到卸料点或从卸料点疏散重物，重物转载系统与重物提升系统没有设备上的耦合关系。这使得重力储能系统的容量和功率特性完全解耦，极大提高重力储能系统的灵活性。
进一步，重物块通过锁紧头与承重杆相连，储能过程中，锁紧头在下卸料点处固定重物块，并携带重物上升，当重物块到达上卸料点时，锁紧头松开，重物块由重物转载系统托起并转运至重物存储区域；释能过程中，锁紧头在上卸料点处固定重物块，并携带重物下降，当重物块到达下卸料点时，锁紧头松开，重物块由重物转载系统托起并转运至重物存储区域；锁紧头的动作可以根据链条的传动方向和重物受到承重平台的托举力而设计机械结构操作，无需通过协调控制系统操作，以增强系统的可靠性。
进一步，承重杆与链条中的内链节或外链节固定，且不能同时与内链节或外链节固定，承重杆的数量和间距根据需要同时提升的重物数量确定，不需要每一个内链节或外链节上都固定承重杆。当与滚子链的内链节或外链节连接时，因为销轴的相对位置是不变的，所以承重板可以加粗固定在内链节的两个销轴上，从而增加承重板的强度。
进一步，传动发电系统可以分开布置在多个链轮处，实现储能电动机和释能发电机的分开布置，也可以合并布置在一个链轮处共用一套变速设备。
附图说明
图1是本发明所述一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统示意图。
图2是本发明所述一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统整体结构图。
图3是本发明所述一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统链条处细节图。
图4是本发明所述一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统重物悬挂方式示意图。
附图标记说明：
1、上承重平台，2、张紧链轮；3、主动链轮；4、下承重平台；5、从动链轮；6、链条；7、齿轮箱；8、外链节；9、内链节；10、承重杆；11、重物块，12、锁紧头；13、下卸料点，14、上卸料点。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明提供的一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，包括重物提升系统、重物转载系统、传动发电系统和协调控制系统。
其中，重物提升系统包括主动链轮3、从动链轮5、张紧链轮2、链条6、承重杆10和锁紧头12；链路径限制了重物提升系统运行时，重物的提升与下降路径；重物转载系统包括上承重平台1和下承重平台4以及相应的转载设备；传动发电系统在储能时向主动轮3提供动力，在释能时通过主动轮3处的齿轮箱7设备带动发电机发电；协调控制系统实现对重物提升系统、重物转载系统和传动发电系统的连续协调控制，维持重力储能系统连续运行。本实施例中重力储能试验台重物提升高度10m，重物块大小为0.5m×0.5m×0.5m，单个重物块重250kg，材质为砂石。提升系统同时提升5个重物块，链条载荷最大处承重约1.5t，链条参考国家标准滚子链20A-1(极限拉伸载荷88.5kN)，并经改造定制，以方便安装承重杆。该重力储能系统峰值功率约6kW，储能容量约5kWh。
重物提升系统使用链轮和链条类型的设备提升重物，链条6通过多个链轮构成循环回路，重物提升系统可以同时升降5个重物块11。可以根据需要适当增加同时提升重物块数量，重物块数量需要考虑重物块间隔(间隔需大于重物块尺寸)以及链条最大承重(约8t)，本例中可以增加到10个。
重物提升系统中，靠近上承重平台1和下承重平台4的链条局部为水平或近似水平设计，重物处于该链条局部时，重物底面与转载系统的上承重平台1和下承重平台4表面接触，且可以受到上承重平台1和下承重平台4的支撑力和摩擦力。本实施例中，链条水平段长度为1m，在储能阶段，重物块运行并接触到上承重平台4时，上承重平台4底部的传送带装置会提供重物块的托举力，且传送带装置的运行速度略大于链条速度，从而使得重物由锁紧头12上脱离。释能阶段，重物转载机构的传送带装置运行速度略小于链条运行速度，重物块由传送带装置运送到上卸料点14处时，锁紧头12会锁紧重物，并携带重物进入下降段，从而带动发电机发电。需要说明的是，本发明的重物转载系统并不限于该实施例中涉及的传送带转运方式，其他可以实现将重物块转运到指定地点或从指定地点疏散重物的装置都可以用作本发明的重物转载系统。
重物提升系统中，承重杆10与链条中的内链节8或外链节9固定，且不能同时与内链节8或外链节9固定。承重杆10的数量根据需要同时提升的重物数量确定，不需要每一个内链节8或外链节9上都固定承重杆。本实施例中链条间隔2m固定一个承重杆，链条运行速度为0.5m/s，每4s有一个重物块11进入重物提升系统。
以上所述仅为本发明具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构组成的重力储能系统，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，其特征在于，包括重物提升系统、重物转载系统、传动发电系统和协调控制系统；
重物提升系统，用于使用链轮和链条类型的设备提升重物；
重物转载系统，用于负责将重物块(11)运送到卸料点或从卸料点疏散重物；
传动发电系统，用于在储能时向重物提升系统提供动力，在释能时带动发电机发电；
协调控制系统，用于对重物提升系统、重物转载系统和传动发电系统的连续协调控制，维持重力储能系统连续运行；
重物转载系统包括上承重平台(1)和下承重平台(4)以及相应的转载设备；
重物提升系统能够同时升降多个重物块(11)，包括主动链轮(3)、从动链轮(5)、张紧链轮(2)、链条(6)、承重杆(10)和锁紧头(12)；链路径限制了重物提升系统运行时，重物的提升与下降路径；链条(6)通过主动链轮(3)、从动链轮(5)和张紧链轮(2)构成循环回路，重物块(11)通过锁紧头(12)与承重杆(10)相连，储能过程中，锁紧头(12)在下卸料点(13)处固定重物块(11)，并携带重物上升，当重物块(11)到达上卸料点(14)时，锁紧头(12)松开，重物块(11)由重物转载系统托起并转运至重物存储区域；释能过程中，锁紧头(12)在上卸料点(14)处固定重物块(11)，并携带重物下降，当重物块(11)到达下卸料点(13)时，锁紧头(12)松开，重物块(11)由重物转载系统托起并转运至重物存储区域；
重物提升系统中，靠近上承重平台(1)和下承重平台(4)的链条局部为水平或近似水平设计，重物处于该链条局部时，重物底面与重物转载系统的上承重平台(1)和下承重平台(4)表面接触，且可以受到上承重平台(1)和下承重平台(4)的支撑力和摩擦力，重物块落地时的动能被重物转载系统利用。
2.根据权利要求1所述的一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，其特征在于，承重杆(10)与链条中的内链节(8)或外链节(9)固定，且不能同时与内链节(8)或外链节(9)固定。
3.根据权利要求2所述的一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，其特征在于，承重杆(10)的数量根据需要同时提升的重物数量确定。
4.根据权利要求1所述的一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，其特征在于，传动发电系统在储能时向主动链轮(3)提供动力，在释能时通过主动链轮(3)处的齿轮箱(7)设备带动发电机发电。
5.根据权利要求1所述的一种基于链传动的模块化循环提升重力储能系统，其特征在于，传动发电系统分开布置在多个链轮处，实现储能电动机和释能发电机的分开布置，或者合并布置在一个链轮处共用一套变速设备。
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