CN114183317A - 山地多索道多循环分载式重力储能电站系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，包括卷扬装置、发电装置、两个转动轮和循环运转于两个转动轮之间的牵引索道，转动轮与所述卷扬装置或发电装置选择性连接，一个转动轮设置于低海拔位置，另一个转动轮设置于高海拔位置，牵引索道包括挂载侧缆索和空载侧缆索，在挂载侧缆索上通过挂载装置可拆卸连接有若干个储能体，挂载侧缆索活动连接有若干个与地面固定的承载架。其对近地空间的占用宽度小、结构紧凑，可在有利地形下设置更多的并列索道来提升整个储能电站的总装机容量，大大减少因地形干扰而造成的施工成本增加。

Description

山地多索道多循环分载式重力储能电站系统

技术领域

本发明属于电力储能技术领域，具体涉及一种山地多索道多循环分载式重力储能电站系统。

背景技术

由于太阳能和风能存在间歇性，利用太阳能和风能所发的电能也存在间歇性问题，而人类所需要的能源则需要稳定且连续供应，因而又发展出电力储能技术。现有的电力储能技术分为抽水电站、蓄电池组电站和山地储能电站。而关于山地储能电站，公开号为CN103448734B的一种利用索道运输储能的风电功率调节装置公开了使用索道提升重物的储能方式，但其索道系统采用了固接于索道上的缆车的形式，使用时需往缆车内装填砂石等重物进行提升储能或降落释能，其缆车在上下两条索道上单向循环运行，两条索道均需配置相应的承载塔架和承载滑轮等设施设备，不仅建造成本相对较高，且因上下两条索道的并列排布以及为防止上下行缆车的相向碰撞，使得索道系统对近地空间的占用宽度相对较大，布局不紧凑，不易适应多壑而狭窄的复杂山地地形。此外装填砂石的缆车在雨天中易积聚雨水，造成储能系统外无效提升重量的增加，降低了系统能效。而公开号为CN203805891U的架空索道式缆车提沙储能电站同样具有上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对近地空间的占用宽度小、结构紧凑的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，包括卷扬装置、发电装置、两个转动轮和循环运转于两个转动轮之间的牵引索道，转动轮与所述卷扬装置或发电装置选择性连接，一个转动轮设置于低海拔位置，另一个转动轮设置于高海拔位置，牵引索道包括挂载侧缆索和空载侧缆索，在挂载侧缆索上通过挂载装置可拆卸连接有若干个储能体，挂载侧缆索活动连接有若干个与地面固定的承载架。

进一步的：还包括支撑道，所述支撑道为用于支撑储能体的固定索道或轨道，固定索道或轨道的走向与挂载侧缆索的走向一致。

进一步的：所述支撑道为固定于地面的固定索道，在储能体上转动连接有支撑轮，支撑轮抵接在所述支撑道上。

进一步的：支撑轮上开设有与所述支撑道相适配的凹槽。

进一步的：储能体为条状，挂载装置设置在储能体的一端，支撑轮设置在储能体的另一端。

进一步的：储能体为条状，挂载装置设置在储能体的一端，在储能体的相对两侧均设置有支撑轮，每个支撑轮均抵接有一条所述支撑道。

进一步的：支撑轮设置在靠近储能体设置有挂载装置的一端。

进一步的：承载架包括横梁和固定连接于横梁两端的立柱，挂载侧缆索活动连接于横梁内侧，两根立柱的内侧均固定连接有所述支撑道。

进一步的：储能体的截面为方形、圆形或多边形。

进一步的：牵引索道上等间距分布有凸块，转动轮上沿圆周方向均匀分布有与凸块卡接的卡槽。

通过采用上述技术方案，本发明的技术效果为：因其不具有缆车结构，使用标准化制造的储能体挂载或卸载于牵引索道上，避免了传统缆车结构中必须使用并列缆索的布局形式，其缆索既可以采用纵向布局以节省系统占地宽度，也可采用传统的并列布局，而即便采用并列布局，因为返程缆索仅为空索，不具有其他挂载碰撞物，因而不会出现传统缆车索道系统的相向碰撞问题。而正因其对近地空间占用宽度小，因而可在有利地形下设置更多的并列索道来提升整个储能电站的总装机容量，大大减少因地形干扰而造成的施工成本增加。另外由于负重的缆索承重大，因此需要配套相应的承载架以及承托滑轮等配件，而传统缆车索道系统因为只能单向运转，其上程与下程均参与负重作业，因而其承托系统需配备较多的承载架以及承托滑轮，从而造成制造与施工成本增加的问题，而本系统由于可以正反向运转，其共用一套承托系统即可，节省了相应成本。且由于本系统使用标准化制造的储能体，不仅方便装卸和码放，还避免了雨天时缆车结构填装沙子时会吸水兜水的问题，避免了无效载荷的提升浪费，提高了系统能效。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的储能体与牵引索道和固定索道的连接示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明实施例2的储能体与牵引索道和固定索道的连接示意图；

图5为本发明实施例3的承载架的结构示意图；

图6为本发明实施例3的转动轮与牵引索道的连接结构示意图；

其中，1-转动轮、2-空载侧缆索、3-挂载侧缆索、4-牵引索道、5-储能体、6-固定索道、7-挂载装置、8-支撑轮、9-山体、10-承载架、11-固接装置、12-发电机、13-卷扬机、14-传动箱、15-挂钩、16-吊环、17-承托滑轮、18-横梁、19-立柱、20-卷扬发电一体机、21-凸块、22-卡槽。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示，本实施例的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，包括卷扬装置(本实施例即卷扬机13)、发电装置(本实施例即发电机12)、两个转动轮1和循环运转于两个转动轮1之间的牵引索道4。在两个转动轮1中的一个上，通过可换挡的传动箱14与卷扬机13和发电机12传动连接，通过对传动箱14的换挡操作，使得卷扬机13和发电机12两者仅能选择一个与转动轮1连接；换句话说即转动轮1与所述卷扬装置或发电装置选择性连接。一个转动轮1设置于低海拔位置，通常来说就是山体9的山脚下，而另一个转动轮1设置于高海拔位置，通常来说就是山顶之上。牵引索道4因为运行在两个转动轮1之间，因而区分出挂载侧缆索3和空载侧缆索2。在挂载侧缆索3上通过挂载装置7可拆卸连接有若干个储能体5，挂载侧缆索3活动连接有若干个与地面固定的承载架10。本实施例的挂载装置7具体包括设置在挂载侧缆索3上的挂钩15和设于储能体5上的吊环16，此外还可使用夹钳或磁吸装置等可拆卸连接装置来用作此处的挂载装置。

该系统在需要储能时，先将卷扬机13或称电动机连接于转动轮1上，再将堆放于山脚堆场上的储能体5挂接于挂载侧缆索3上的挂钩15上。此后每间隔一定距离便挂载一个储能体5，当在储能体5运行于山顶上时在从挂钩15中卸下，堆放于山顶堆场中，挂载侧缆索3绕过高位的转动轮1后成为空载侧缆索2，空载侧缆索2再返回位于低位的转动轮1进行循环。而当需要释能时，则将转动轮1与发电机12连接，从山顶挂载储能体5依靠自重下滑而在山脚被卸下，牵引索道4此时相比于储能时为反向运转。

该系统相比于现有技术，其不具有缆车结构，使用标准化制造的储能体5挂载或卸载于牵引索道4上，避免了传统缆车结构中必须使用并列缆索的布局形式，其缆索既可以采用图1所示的纵向布局以节省系统占地宽度，也可采用传统的并列布局，而即便采用并列布局，因为返程缆索仅为空索，不具有其他挂载碰撞物，因而不会出现传统缆车索道系统的相向碰撞问题。正因其对近地空间占用宽度小，因而可在有利地形下设置更多的并列索道来提升整个储能电站的总装机容量，大大减少因地形干扰而造成的施工成本增加。

此外由于负重的缆索承重大，因此需要配套相应的承载架10以及承托滑轮17等配件，而传统缆车索道系统因为只能单向运转，其上程与下程均参与负重作业，因而其承托系统需配备较多的承载架10以及承托滑轮17，从而造成制造与施工成本增加的问题，而本系统由于可以正反向运转，其共用一套承托系统即可，空载侧缆索2可不必或仅配备少量承载装置即可，因而节省了相应成本。

另外由于本系统使用标准化制造的储能体5，不仅便于使用定制工装器具来快速完成装卸，也方便仓库码放的管理，还避免了雨天时缆车结构填装沙子时会吸水兜水的问题，避免了无效载荷的提升浪费，提高了系统能效。

如图1所示，本系统还进一步的包括支撑道，所述支撑道为用于支撑储能体5的索道或轨道，以分担牵引索道4的承重。所述索道或轨道的走向与挂载侧缆索3的走向一致。具体来说，本实施例的所述支撑道为通过固接装置11(此处具体为地桩)固定于地面的固定索道6。在储能体5上转动连接有支撑轮8，支撑轮8抵接在固定索道6上。轨道的安全性较高但成本相对高，索道铺设成本低但安全性相对略低，可视具体情况选择使用。

这样设置之后，固定索道6起到了对牵引索道4分担承重的作用。传统的索道系统其索道既发挥牵引作用又发挥承重作用，因而对缆索规格以及相配套的承托滑轮17和卷扬机13均提出了极高要求，使得设备造价居高不下。而分担承重之后的牵引索道4主要发挥牵引作用，因而降低了相关配合部件的规格要求，尤其是减少了诸如轴承等活动部件的维护更换成本，使得运维费用大为降低。

而为了使支撑轮8在运行过程中始终保持与固定索道6的有效接触，如图2所示，本实施例在上支撑轮8开设有与固定索道6相适配的凹槽。

此外本实施例储能体5为条状，挂载装置7(具体在这里也即吊环16)设置在储能体5的一端。这样设置后，因为储能体5在运行过程中始终保持垂向姿态，细长的条状储能体5便使整个系统的占用宽度变得更小，使结构更为紧凑。储能体5的截面形状可为方形、圆形或多边形；而为了方便码放，本实施例的储能体5的截面优选为方形。

而本实施例在储能体5的另一端设置支撑轮8。整个储能体5通过位于正下方的固定索道6来分担重力，这种结构布局的固定索道6由于只需铺设一条，因而造价相对较低。此外由于固定索道6更贴近地面，此时使山体9具体地形情况也可将其替换为轨道，以增加系统安全性。

实施例2

如图3和4所示，本实施例与上一实施例大体相同，其不同之处在于：

本实施例对卷扬装置和发电装置集成一体化为卷扬发电一体机20，其兼具卷扬与发电功能，其传动箱14无需换挡，仅根据具体工况对卷扬发电一体机20进行切换即可，换句话说仍然是转动轮1与所述卷扬装置或发电装置选择性连接。

本实施例在储能体5的相对两侧(即大体相互呈180°对应的两侧面)均设置有支撑轮8，每个支撑轮8下面均连接有一根固定索道6。这种结构的储能体5通过三点定位，使得储能体5在运行过程中的运行姿态更稳定，其承重体系也更完备，系统安全性更高。

而为了进一步的增强储能体5在运行过程中的姿态稳定性，如图4所示，本实施例的支撑轮8设置在靠近储能体5设有挂载装置7的一端(即图4上端)。这样储能体5中心位于支撑轮8下方，储能体5即便出现偏摆也能依靠重心回落在消除偏摆，提高了系统的运行稳定性。

实施例3

本实施例与上一实施例大体相同，其不同之处在于：

如图5所示，本实施例的承载架10为龙门式结构，包括横梁18和固定连接于横梁18两端的立柱19。挂载侧缆索3通过承托滑轮17活动连接于横梁18内侧，两根立柱19的内侧均通过固接装置11(这里具体为连接块)固定连接有固定索道6。龙门式结构的承载架10相比于传统丁字形具有悬臂的承载塔架而言，其避免了悬臂承挑的结构，承重结构更合理，安全性更高，此外还充分利用两侧的立柱16来搭载连接固定索道6，使得固定索道6的铺设成本大为降低。

另外如图6所示，本实施例的两个转动轮1上，沿圆周方向有分布均匀的卡槽22，循环运转于两个转动轮1之间的牵引索道4上按相应间距均匀分布有凸块21。在牵引索道运动中，其凸块21和两个转动轮1上的卡槽22在运转时能够自动吻合。这样设置相比于仅依靠摩擦力来传动的方式，其防止了在载荷较大的情况下转动轮1与牵引索道4的打滑现象。此外在牵引索道4上设置凸块21也便于在外表较光滑的索缆上去设置大载荷的挂载装置7。

经上述设置的储能电站系统，可根据地形在30至60度坡之间选择，为计算方便，以45度坡作为设计依据。因重力势能E＝mgh，1KWH＝m*9.8*1M，算出m＝367.3T，即一度电相当于把367.3T重物提升1M高度的势能。设卷扬机为市面常见的35T规格，其牵拉力为35吨，提升速度为20M/min，则1H行进1200M，为提高设备利用率，设循环为2次/H，则斜边提升长度为600M，垂直提升高度为424M。每度电储能重量为(367.3÷424/90％)＝0.96T，或1T重物的储能为1.04KWH。另设储能体5单重为0.8吨，外形为边长0.39M×1.8M吊锤形长方体。

本系统用于与电网配套的峰谷电储能，因上下行工作在不同时间段，因此上行卷扬过程和下行牵引发电过程可共享索道。且储能体因使用时段不同，上下堆场之间可做循环使用。设为晚上8H提升，白天8H释放发电，循环运行装置每个小时循环2次，每日便可完成16次循环。每条索道每间隔10M挂载一个储能体5，即每分钟处理2块储能体5，则一小时可释放60×2＝120块，总重120×0.8T＝96T，每日8小时作业时间便可释放960块，即总重768T。本系统单台套使用峰谷电日可输出电量为768×1.04KWH≈799KWH,为达到10MWH储能能力，则可采用多索道多循环布局，并联12条组合索道。

做到上述10兆瓦时的电站规格，预计每度电投资成本可控制在2000元以内，已经比国内已经开始出现规模化应用场景的电池储能最近出现的最低中标价2154元/KWH的价格要低，而本系统相比电池储能无需消耗大量重金属资源，无环境污染，且运行安全可靠，因而具有很强的市场竞争力，极具推广价值。

另外目前本申请的技术方案已经进行了中试，即产品在大规模量产前的小规模实验；中试完成后，在小范围内开展了用户使用调研，调研结果表明用户满意度较高；现在已经着手准备产品正式投产进行产业化(包括知识产权风险预警调研)。

Claims (10)

1.一种山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：包括卷扬装置、发电装置、两个转动轮(1)和循环运转于两个转动轮(1)之间的牵引索道(4)，转动轮(1)与所述卷扬装置或发电装置选择性连接，一个转动轮(1)设置于低海拔位置，另一个转动轮(1)设置于高海拔位置，牵引索道(4)包括挂载侧缆索(3)和空载侧缆索(2)，在挂载侧缆索(3)上通过挂载装置(7)可拆卸连接有若干个储能体(5)，挂载侧缆索(3)活动连接有若干个与地面固定的承载架(10)。

2.根据权利要求1所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：还包括支撑道，所述支撑道为用于支撑储能体(5)的固定索道(6)或轨道，固定索道(6)或轨道的走向与挂载侧缆索(3)的走向一致。

3.根据权利要求2所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：所述支撑道与地面之间固定连接，在储能体(5)上转动连接有支撑轮(8)，支撑轮(8)抵接在所述支撑道上。

4.根据权利要求3所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：支撑轮(8)上开设有与所述支撑道相适配的凹槽。

5.根据权利要求3所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：储能体(5)为条状，挂载装置(7)设置在储能体(5)的一端，支撑轮(8)设置在储能体(5)的另一端。

6.根据权利要求3所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：储能体(5)为条状，挂载装置(7)设置在储能体(5)的一端，在储能体(5)的相对两侧均设置有支撑轮(8)，每个支撑轮(8)均抵接有一条所述支撑道。

7.根据权利要求6所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：支撑轮(8)设置在靠近储能体(5)设有挂载装置(7)的一端。

8.根据权利要求6所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：承载架(10)包括横梁(18)和固定连接于横梁(18)两端的立柱(19)，挂载侧缆索(3)活动连接于横梁(18)内侧，两根立柱(19)的内侧均固定连接有所述支撑道。

9.根据权利要求5所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：储能体(5)的截面为方形、圆形或多边形。

10.根据权利要求1所述的山地多索道多循环分载式重力储能电站系统，其特征在于：牵引索道(4)上等间距分布有凸块(21)，转动轮(1)上沿圆周方向均匀分布有与凸块(21)卡接的卡槽(22)。

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