CN113357107A - 一种通过重物储能发电的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过重物储能发电的系统和方法，包括钢架结构塔，位于钢架结构塔底部设置钢索绞盘，钢架结构塔上套有圆环形重物组，所述圆环形重物组顶部延圆周平均布置四个吊耳，圆环形重物组顶部的吊耳连接传动钢索组一端，传动钢索组通过钢架结构塔顶部的变向滑轮组连接到钢索合并装置，钢索合并装置通过一根钢索连接至钢架结构塔底部的钢索绞盘，所述钢索绞盘转动带动发电机组进行发电，发电机组通过变压器系统将电能稳定地输出至电网。本发明可以通过重物的重力势能来进行储能发电的系统，来缓解可再生能源迅速发展而对电网带来的冲击和压力，实现对能量更为充分的利用。

Description

一种通过重物储能发电的系统和方法
技术领域
本发明属于新能源储能技术领域，具体涉及一种通过重物储能发电的系统和方法。
背景技术
新能源虽然可以实现接近零排放零污染，在发电生产过程当中却同时也具备着间歇性与波动性，这给大规模可再生能源并网带来了极大的挑战。储能技术可以实现能量在时间和空间上的转移，通过中间处理使得具有间歇性和波动性的新能源输出变得更为平滑稳定，从而极大提高电网的稳定性，并在最大程度上缓解“弃风弃光”现象。
抽水蓄能作为目前比较成熟的一种储能手段，其原理是将水作为能量载体，通过提升和释放大量的水来实现储能和释能的过程。然而，其建站初始投资巨大，受自然条件限制的影响，地点的选取也需要考虑很多因素，尤其是在西北地区等缺乏水资源但是新能源发展较快的地域，抽水蓄能将不再适用。虽然当今电力系统中，抽水蓄能是唯一被广泛采用的大规模，但建设工期长，工程投资较大，可能破坏环境，人口被迫迁移，影响当地生态。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种通过重物储能发电的系统和方法，可以通过重物的重力势能进行储能发电，缓解可再生能源迅速发展对电网带来的冲击和压力，实现对能量更为充分的利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种通过重物储能发电的系统，包括钢架结构塔2，位于钢架结构塔2底部设置有钢索绞盘1，钢架结构塔2上套有圆环形重物组3，所述圆环形重物组3顶部延圆周平均布置四个吊耳，各吊耳连接传动钢索组6一端，传动钢索组6的另一端通过钢架结构塔2顶部的变向滑轮组5连接到钢索合并装置4，钢索合并装置4通过一根钢索连接至钢架结构塔底部的钢索绞盘1，钢索一端固定在钢索合并装置4中部吊环，另一端固定在钢索绞盘1的一端，在圆环形重物组3下落的过程中，所述钢索绞盘1由圆环形重物组3通过钢索带动钢索绞盘1转动，带动发电机组进行发电，发电机组通过变压器系统将电能稳定地输出至电网。
所述的钢架结构塔2为四脚结构。
所述的圆环形重物组3内部为中空结构。
所述的传动钢索组6为四条传动钢索，所述的钢索合并装置4将连接圆环形重物3的四条传动钢索集中在一端，另一端通过一根传动钢索连接至钢索绞盘1。
所述的钢索绞盘1位于钢架结构塔2底部，通过电动机绞动传动钢索实现对圆环形重物组3的缓慢提升和缓慢释放。
所述钢索绞盘1与变速箱相连，在提升圆环形重物组3的过程中，变速箱与钢索绞盘1脱离，在释放圆环形重物组3的过程中，通过变速箱将钢索绞盘1较为缓慢的转动变速成为快速的转动，所述变速箱通过控制系统7控制，控制系统7用于控制重物的提升与降落，使重物运动速度均匀稳定。
一种通过重物储能发电的系统的运行方法，包括以下步骤；
在储能阶段，通过弃风弃光电等可再生能源，或者是传统能源的过剩电力来驱动钢索绞盘1收回传动钢索6，传动钢索6通过钢架结构塔顶部的变向滑轮组5将位于钢架结构塔2底部的圆环形重物组3提升至塔顶，固定在塔顶处，完成对于能量的储存；
在释能发电阶段，通过控制系统7给电动机发出指令，使圆环形重物组3匀速下落，通过传动钢索6带动钢索绞盘1匀速转动；通过变速箱的传递，将钢索绞盘1较慢速度的转动变为在额定速度下转动，从而带动发电机组进行发电，再通过变压器系统将电能稳定地输出至电网，完成发电。
本发明的有益效果：
(1)本发明的技术原理简单，系统结构简单，具有低成本、高收益的特性。无高温高压区域，性能稳定安全可靠，寿命长，且工程建造难度低，风险小；投资小、运营成本低，与现代化信息控制技术相结合，甚至可以做到无人看守，完全自动化运行；经济效益显著、社会效益巨大。
(2)通过叠加设计以及方阵化建设，可以实现超大容量储能。能量密度高、占地面积小、容量可控，储能释能过程响应快，运行灵活，也可以起到调频调相调压等作用，运营管理简单，检修维修方便。
(3)能量循环效率高。整个过程仅有电动机耗电提升重物组、重物组下降驱动发电机发电两个动作。电机的选择范围广，技术已经十分成熟，且电机是目前所有动力机械中效率最高的，远高于内燃机、汽轮机、水轮机等。系统内其他的损失主要来源于极少的滑轮间机械摩擦、钢索间摩擦、传动轴与轴座间摩擦以及空气阻力，几乎再无其它能量损耗，综合能量循环效率高。
(4)相对于基于同样原理的抽水蓄能电站，本发明不需要特殊地理条件，选址灵活，尤其在广阔的西北荒漠以及平原地带，可以大量建设；无任何有害废物排放，对环境几乎无负面影响，做到了对可再生能源的纯绿色储存与转换。
(5)应用场景广泛，不但可以作为可再生能源的中转站，也可以作为火电、核电等进行调峰的手段。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明提供的一种通过重物储能发电的系统和方法，其特征在于包括钢架结构塔2、圆环形重物组3、传动钢索组6、钢索合并装置4、变向滑轮组5、钢索绞盘1、变速箱、控制系统7、发电机以及变压器系统。
其中，所述的钢架结构塔2为四脚结构，用于承载储能用的重物3、传动钢索组6、变向滑轮组5等附属设备。
所述的圆环形重物组3内部为中空结构，其顶部延圆周平均布置四个吊耳，连接四条传动钢索，从而实现重物的垂直上下运动。
所述的传动钢索组6一端固定于圆环形重物组3顶部的吊耳，通过钢架结构塔2顶部的变向滑轮组5连接到钢索合并装置4，再通过一根钢索连接至钢架结构塔底部的钢索绞盘1。
所述的钢索合并装置4将连接圆环形重物3的四条传动钢索集中在一端，另一端通过一根传动钢索连接至钢索绞盘1。
所述的变向滑轮组5设置于钢架结构塔2顶部，与传动钢索相连，通过改变传动钢索方向，使得传动钢索对圆环形重物组3垂直向上的拉力，转变为垂直向下的拉力。
所述的钢索绞盘1位于钢架结构塔2底部，通过绞动传动钢索实现对圆环形重物组3的缓慢提升和缓慢释放。
所述的变速箱与钢索绞盘1相连接，在提升圆环形重物组3的过程中，变速箱与钢索绞盘1脱离，在释放圆环形重物组3的过程中，通过变速箱将钢索绞盘1较为缓慢的转动变速成为快速的转动。
所述的控制系统7用于控制重物的提升与降落，使重物运动速度均匀稳定。
所述的发电机与变压器系统与电网相连接，将整个重力储能发电系统发出的电力输送至电网。
其中用于储能的钢架结构塔及圆环形重物以及发电机等，不仅仅局限于一套储能设备对应一套发电设备的系统，也可以为多个设备和系统的组合。
本发明提供一种通过重物储能发电的方法，该方法基于上述的一种通过重物储能发电的系统，以一套储能设备对应一套发电设备为例，包括如下操作内容：
在储能阶段，通过弃风弃光电等可再生能源，或者是传统能源的过剩电力来驱动钢索绞盘1收回传动钢索6，传动钢索6通过钢架结构塔顶部的变向滑轮组5将位于钢架结构塔2底部的圆环形重物组3提升至塔顶，固定在塔顶处，完成对于能量的储存。
在释能发电阶段，通过控制系统7给电动机发出指令，使圆环形重物组3匀速下落，通过传动钢索6带动钢索绞盘1匀速转动；通过变速箱的传递，将钢索绞盘1较慢速度的转动变为在额定速度下转动，从而带动发电机组进行发电，再通过变压器系统将电能稳定地输出至电网，完成发电。
本发明提供一种通过重物储能发电的系统和方法，采用本发明的方法，通过叠加设计以及方阵化建设，可以实现超大容量储能，也可以起到调频调相调压等作用，运营管理简单，检修维修方便。本发明的技术原理简单，系统结构简单，具有低成本、高收益的特性，且综合能量循环效率高。另外，本发明不需要特殊地理条件，选址灵活，无任何有害废物排放，对环境几乎无负面影响，且应用场景广泛，不但可以作为可再生能源的中转站，也可以作为火电、核电等进行调峰的手段。

Claims (7)

1.一种通过重物储能发电的系统，其特征在于，包括钢架结构塔(2)，位于钢架结构塔(2)底部设置有钢索绞盘(1)，钢架结构塔(2)上套有圆环形重物组(3)，所述圆环形重物组(3)顶部延圆周平均布置四个吊耳，各吊耳连接传动钢索组(6)一端，传动钢索组(6)的另一端通过钢架结构塔(2)顶部的变向滑轮组(5)连接到钢索合并装置(4)，钢索合并装置(4)通过一根钢索连接至钢架结构塔底部的钢索绞盘(1)，，钢索一端固定在钢索合并装置(4)中部吊环，另一端固定在钢索绞盘(1)的一端，在圆环形重物组(3)下落的过程中，所述钢索绞盘(1)由圆环形重物组(3)通过钢索带动钢索绞盘(1)转动，带动发电机组进行发电，发电机组通过变压器系统将电能稳定地输出至电网。
2.根据权利要求1所述的一种通过重物储能发电的系统，其特征在于，所述的钢架结构塔(2)为四脚结构。
3.根据权利要求1所述的一种通过重物储能发电的系统，其特征在于，所述的圆环形重物组(3)内部为中空结构。
4.根据权利要求1所述的一种通过重物储能发电的系统，其特征在于，所述的传动钢索组(6)为四条传动钢索，所述的钢索合并装置(4)将连接圆环形重物(3)的四条传动钢索集中在一端，另一端通过一根传动钢索连接至钢索绞盘(1)。
5.根据权利要求1所述的一种通过重物储能发电的系统，其特征在于，所述的钢索绞盘(1)位于钢架结构塔(2)底部，通过电动机绞动传动钢索实现对圆环形重物组(3)的缓慢提升和缓慢释放。
6.根据权利要求1所述的一种通过重物储能发电的系统，其特征在于，所述钢索绞盘(1)与变速箱相连，在提升圆环形重物组(3)的过程中，变速箱与钢索绞盘(1)脱离，在释放圆环形重物组(3)的过程中，通过变速箱将钢索绞盘(1)较为缓慢的转动变速成为快速的转动，所述变速箱通过控制系统(7)控制，控制系统(7)用于控制重物的提升与降落，使重物运动速度均匀稳定。
7.基于权利要求1-6任一项所述的一种通过重物储能发电的系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤；
在储能阶段，通过弃风弃光电等可再生能源，或者是传统能源的过剩电力来驱动钢索绞盘(1)收回传动钢索(6)，传动钢索(6)通过钢架结构塔顶部的变向滑轮组(5)将位于钢架结构塔(2)底部的圆环形重物组(3)提升至塔顶，固定在塔顶处，完成对于能量的储存；
在释能发电阶段，通过控制系统(7)给电动机发出指令，使圆环形重物组(3)匀速下落，通过传动钢索(6)带动钢索绞盘(1)匀速转动；通过变速箱的传递，将钢索绞盘(1)较慢速度的转动变为在额定速度下转动，从而带动发电机组进行发电，再通过变压器系统将电能稳定地输出至电网，完成发电。
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