CN115347682A - 一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置及其布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，涉及储能系统技术领域，包括水平X方向上的Z个水平单元，每个单元沿水平Y方向分为2个区以及两区之间的中间通道，每个单元从上至下分为c层上侧区域、d层中间区域和c层下侧区域，每个区沿Y方向连续布置有a个等间距的小车通道，单个小车通道包括b个等跨距的质量块单元，每个单元范围内可容纳i个质量块块体，小车沿通道内的轨道梁在X方向移动，来搬运块体；每个小车通道的X方向两端各设有一个竖井，竖井内设有内置质量块块体的升降梯；中间通道两端各设有一发电机；发电机Y向的两侧皆布置有a套动力轴，对应的动力轴通过曳引带绕过竖井的顶部机构滑轮组与升降梯相连。达到了在满足储能容量需求的同时，协调系统各机构间运动以实现安全稳定的电力输出的效果。

Description

一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置及其布置方法

技术领域

本发明涉及储能系统技术领域，特别涉及一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置及其布置方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，世界各国争先发展新能源，用于替代污染严重、并且日益短缺的传统化石能源。在国家提出“双碳”目标的大背景下，风能、光伏等可再生能源发电规模持续扩大。然而由于新能源发电出力具有不可预测性、间歇性、随机性等特点，其所发电能无法被电力系统全额消纳。为推动能源低碳转型，电力行业对大规模储能技术提出迫切需求。

现阶段常用的储能技术包括抽水蓄能和化学储能。抽水蓄能是当前解决电力系统峰谷困难的主要途径，然而开发抽水蓄能电站需适宜的地理条件和水资源，在电力调峰需求大的地区，可用站址资源通常难以满足建设要求。各类电池储能电站技术成熟且选址灵活，但成本高，存在环境污染、火灾或爆炸风险，目前尚且无法全面部署。其他储能技术，如压缩空气储能的技术成熟度有待提高，暂不具备规模化商业应用的条件。重力储能是一种新型储能技术，其因具有成本低、选址灵活、往返效率高等优势，近几年广受关注。

中国专利CN113482868A提供了一种模块化可调功率易扩容的重力储能系统，其技术方案为利用钢丝绳索卷轴筒对重物箱进行吊运，设于装置底部的联轴器可使相邻单元相连以实现扩容，然而由于吊装机构安全性较低、重物转运效率较低，该方法仍有较大改进空间。

中国专利CN111692055A提供了一种对地理条件要求较低的悬挂式重力储能系统，其利用导向槽与行吊实现重物的垂直提升与水平移动。该技术方案的重物完全独立的在经承重墙相隔的通道内运行，配合复杂的运行模式对系统的往返效率及输出电的稳定性造成了挑战。

中国专利CN113460841A提出了一种基于竖井和巷道的重力储能系统，其利用置于竖井和巷道的自动驾驶的轨道小车实现重物的转移，由于单辆轨道小车设有独立的供电和控制系统，因此多小车同步运行时难以实现精准控制，系统整体可靠性不足。该技术方案的储能容量取决于巷道内部条件，受限于地理条件，该技术难以实现规模化应用与模块化扩展。

综合考虑现有储能技术的不足之处，本发明所要解决的技术问题主要有以下3点：

(1)传统抽水蓄能电站需适宜的地理条件和水资源，其储能容量正比于上、下水库之间的可用高度差及水库容量；在电力调峰调频需求大的地区，可用站址通常不足以满足建设要求。更重要的是，抽水蓄能电站一旦建成，无法根据实际储能容量需求实施装置的扩展。

(2)现有重力储能系统技术普遍借助山体、地下竖井等结构，有限的场址资源不仅使装置不具备大规模商业化应用的能力，并且在一定程度上限制了储能规模。考虑到地形地貌等自然综合因素，需根据项目现场因地制宜规划设计方案，无法形成可复制的工艺布置方案。

(3)现有重力储能方案中，暂无适用于多动机构协调运行的工艺布置方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置，可在满足储能容量需求的同时，协调系统各机构间运动以实现安全稳定的电力输出。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置，其特征在于，包括水平X方向上的Z个水平单元，每个单元沿水平Y方向分为2个区以及两区之间的中间通道，每个单元从上至下分为c层上侧区域、d层中间区域和c层下侧区域，

每个区沿Y方向连续布置有a个等间距的小车通道，单个小车通道包括b个等跨距的质量块单元，每个单元范围内可容纳i个质量块块体，小车沿通道内的轨道梁在X方向移动，来搬运块体；每个小车通道的X方向两端各设有一个竖井，竖井内设有内置质量块块体的升降梯；

中间通道两端各设有一发电机；发电机Y向的两侧皆布置有a套动力轴，对应的动力轴通过曳引带绕过竖井的顶部机构滑轮组与升降梯相连。

本发明的目的还在于提供一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置的布置方法，通过以下技术方案得以实现：

一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置的布置方法，包括如下步骤：

S10：根据重力储能装置基本构造以及质量块尺寸，计算框架结构尺寸；

S20：基于目标装机规模确定最大单元模块装机规模；

S30：保证发电机数量不变，成倍增加发电机功率得基于单元模块的纵向延伸重储装置；

S40：保证发电机功率不变，成倍增加发电机数量得基于纵向延伸的横向耦合重储装置；

S50：计算目标装机规模重力储能装置的发电机数量及单台发电机功率。

更进一步地，步骤S10中计算的框架结构尺寸包括纵向轴网间距e，e＝L_m+I_v+W_c；其中，L_m为质量块长度，I_v为质量块两侧设计间隙；W_c为立柱宽度；

质量块单侧设计间隙不小于

其中H表示重储装置高度(mm)，Y表示视觉系统调节精度(mm)，S表示质量块制造精度(mm)。

更进一步地，步骤S10中计算的框架结构尺寸包括小车通道层高u，u＝H_m+I_h+H_b，H_m为质量块高度，I_h为净高余量、H_b为单梁高度；净高余量I_h不小于20+(质量块高度×3‰+S)，S表示质量块制造精度(mm)。

更进一步地，步骤S10中计算的框架结构尺寸还包括横向轴网间距f，f＝i*(W_m+I_w)，W_m为质量块宽度，I_w为质量块间预留空间，不小于质量块宽度×6‰+2S，S表示制造精度。

更进一步地，步骤S20具体包括：

S21：确定目标装机规模P及发电机额定功率运行时间T；并预设初始参数，包括质量块密度ρ、上下区域对应层高度差h、质量块下落速度v、质量块单元内存放块体数量i、质量块层层数c；

S22：发电机数量n恒为偶数，初始赋值为2，计算最大单元模块规模，并通过P_Unit表征。

更进一步地，所述P_Unit满足等式P_Unit*2^r＝P，且装置长宽比近1，计算偏差为±0.1。

更进一步地，S20具体包括：

①赋值r，通过公式P_Unit＝P/(2^r)确定r条件下的单元模块装机规模P_Unit；

②根据步骤S10中的质量块长L_m、宽W_m、高H_m及已知质量块密度ρ，计算单个质量块质量m，表示为m＝L_m*W_m*H_m*ρ；

根据步骤S22确定的单元模块装机规模P_Unit以及预设额定功率运行时间T、上下区域对应层高度差h计算所需质量块总重M，表示为M＝P_Unit*T/(g*h)，g代指重力加速度；

通过不等式N≥M/m确定单元模块所需质量块数量N；

③根据已知单元模块装机规模P_Unit与发电机数量n确定单台发电机功率P_G，建立不等式P_G>P_Unit/n；基于不等式a≤P_G/(mgv)确定单区纵轴方向发电机组数量a；

④基于已知所需质量块数量N、单区纵轴方向发电机组数量a及质量块单元内存放块体数量i，反推质量块单元数量b与质量块层层数c的分配，且满足储能容量需求；

⑤根据上下区域对应层高度差h、层高u、质量块层层数c确定中间区域层数d，表示为d＝(h/u)-c；

通过公式H＝u*(2c+d)确定重力储能装置高度，若装置高度超出允许范围，返回调整b、c及上下对应层高度差h；赋值发电机区域宽度w与升降梯区域长度l，计算装置长度与宽度；

⑥基于⑤确定的参数，计算装置长宽比，若数值超出0.9至1.1的允许范围，则返回至步骤①重新赋值r，降低单元模块装机规模P_Unit直至符合其基本条件。

更进一步地，所述步骤S30具体包括：保持初始设定的发电机数量不变，单台发电机功率增加至原有标准的二倍级得基于单元模块的纵向延伸重力储能装置；所得二级方案的发电机数量n'为2台，单台发电机功率P_G'为2×P_G，装机规模成倍增加至2×P_Unit。

更进一步地，所述步骤S40具体包括：保持二级方案设定的单台发电机功率不变，发电机数量增加至二级方案的二倍级得基于纵向延伸的横向耦合重储装置；所得三级方案的发电机数量n”为4台，单台发电机功率P_G”为2×P_G，装机规模成倍增加至2²×P_Unit。

更进一步地，所述步骤S50具体包括：根据步骤S30、步骤S40所示规则，确定目标装机规模重力储能装置的发电机数量n及单台发电机功率P_G；此时装置长宽比近似于1或0.5。

更进一步地，还包括步骤S60：限定发电机数量，调整可变参数使设备运动时序达极限平衡，确定工艺设计方案。

更进一步地，步骤S60具体包括：限定步骤S50计算得出的发电机数量n及单台发电机功率P_G，调整可变参数，包括质量块密度ρ、上下区域对应层高度差h、下落速度v、质量块层层数c，使设备运动时序达极限平衡，即升降梯有载运行时间+升降梯空载返回时间≥水平车有载运行时间+水平车空载返回时间；通过以下流程确定目标装机规模的工艺设计方案：

①通过公式m＝L_m*W_m*H_m*ρ计算单个质量块质量m；根据目标装机规模P及预设额定功率运行时间T、上下区域对应层高度差h计算所需质量块总重M，表示为M＝P*T/(g*h)；通过不等式N≥M/m确定目标装机规模所需质量块数量N；

②根据步骤S50计算出的单台发电机功率P_G，通过不等式a≤P_G/(mgv)确定单区纵轴方向发电机组数量a；

③反推质量块单元数量b与质量块层层数c的最优分配，方案应至少满足储能容量需求；其中，质量块层层数c恒定为偶数；

④通过公式d＝(h/u)-c确定中间区域层数d，通过公式H＝u*(2c+d)确定装置高度，若数值超出范围，返回调整b、c及上下对应层高度差h；赋值发电机区域宽度w与升降梯区域长度l，计算装置长度与宽度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明装置为采用混凝土框架结构的立体构筑物，其对地形、地质等地理条件无特殊要求，沙漠、戈壁、荒漠地区等均可作为建设场地。本发明还采用模块化布局，单个装置可满足20至100兆瓦时的储能容量需求，若超出该区间或储能需求增加，则可通过装置复制实现功能扩展，该方法便于实施且不影响整体储能效果；

(2)本发明提供一种根据装机规模、额定功率运行时间制定工艺布置方案的方法，该方法以等比例装置为基准，初次装机规模成倍增加时，保持发电机台数不变，功率增加至原有标准的两倍级；二次装机规模成倍增加时，保持发电机功率不变，台数增加至原有的标准两倍级，以此类推直至获得目标装机规模的工艺参数。该方法因受自然综合因素(如，地震烈度)影响极小而适用于多应用场景，可复制的设计方案使装置具备大规模商业化应用的能力；

(3)本发明将结构方案设计融合至工艺方案的设计过程中，便于对多机构的配合进行综合考虑，可实现设备的协调运行，保证系统安全性、结构稳定性及输出电力持续性。

附图说明

图1是本发明的工艺方案设计流程；

图2是本发明的装置平面示意图；

图3是本发明的小车通道正视图；

图4是本发明的小车通道侧视图；

图5是本发明的单元模块扩容示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。

一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置工艺布置方法，包含以下步骤：

S10、设定重力储能装置基本构造，并根据重力储能装置基本构造以及质量块尺寸，计算框架结构设计方案；

本实施例中，具体包括：

S11、设定重力储能装置为一个无楼板的、采用混凝土框架结构的立体构筑物，建筑顶部及四周设有围护结构以将质量块及配套设备保护在内；

如图1所示，装置包括东西方向(水平X方向)上Z个运行距离相等的水平单元，每个单元沿南北方向(水平Y方向)分为2个区以及两区之间的中间通道，每个单元从上至下分为c层上侧区域、d层中间区域和c层下侧区域，

每个区沿南北向紧邻连续布置有a个等间距的小车通道；单个小车通道由b个等跨距的质量块单元组成，每个单元范围内存放i个块体，单个通道共计布置b*i个质量块，水平小车1沿通道内轨道梁在东西方向移动；每个小车通道的东西两端各设有一个长度恒定的竖井，竖井内设有内置质量块块体的升降梯，升降梯2及内置质量块沿竖井垂直运动；

S12、设置上侧和下侧区域分别包含c层质量块层，而中间区域共计d层，用于提高上侧区域与下侧区域的高度差；为保证电力释放持续性，各层间平行且间隔相等，上侧区域第一层的质量块下降至下侧区域第一层，以此类推，上侧区域第c层的质量块下降至下侧区域第c层，上下区域层数对应使质量块高度落差均相同；c始终为偶数以便升降梯交替下降。

中间通道均无小车及质量块，根据储能装机规模需求，中间通道东西两端的地面位置各布置有一台在500千瓦至60兆瓦范围内的发电机；在该发电机南北两侧，升降梯竖井范围内的地面上各布置有a套动力轴，对应的动力轴通过曳引带绕过竖井的顶部机构滑轮组与升降梯相连，用于驱动质量块的上下吊运。

S13、根据模具规格获得质量块长度L_m，结合质量块两侧设计间隙I_v、立柱宽度W_c计算小车通道间距e(即，纵向轴网间距)，e＝L_m+I_v+W_c；

①确定I_v：出于对梁柱施工精度、质量块位移控制准确度、质量块制造精度三方面的考虑，视项目实际情况调整块体距离两侧立柱的间距以保证块体与结构框架无碰撞，质量块单侧设计间隙不小于

否则小车带载状态下无法正常通行(该设计值以及下方的各具体设计可以通过预设的安全系数调节)；在增加间隙的情况下，为保证质量块置于轨道梁上的搭接面积，选择增加质量块单边搁置在轨道梁承重接触面的宽度以避免质量块在放置过程中从轨道梁掉落；

其中H表示重储装置高度(mm)，Y表示视觉系统调节精度(mm)，S表示质量块制造精度(mm)；制造精度取决于加工工艺，为不可控因素，设误差在±S毫米范围内，同时考虑到砖块热胀冷缩特性，参照混凝土热胀冷缩比配置3‰的允许长度误差；

②确定W_c：立柱宽度取决于重力储能装置高度、地震烈度及质量块设置情况。其中地震烈度受项目现场条件影响，主要因素包括地震等级、土壤和地质条件、建筑性能、地貌和地下水位等，可参考相关标准计算该数值；质量块的设置情况受层数及储能容量影响，可以预设表格等确定；

S14、根据模具规格获得质量块高度H_m，进一步结合净高余量I_h、单梁高度H_b计算小车通道层高u＝H_m+I_h+H_b，考虑到建筑超限要求，所求层高不可超出标准范围；

①确定I_h：根据梁柱施工精度及质量块制造精度确定小车带载状态顶起质量块后距离上层梁底的预留高度以满足小车通行要求，净高余量应不小于20+(质量块高度×3‰+S)；

其中S表示质量块制造精度(mm)，参照混凝土热胀冷缩比配置3‰的允许高度误差；

S15、根据模具规格获得质量块宽度W_m，进一步结合质量块间预留空间I_w、立柱宽度W_c计算横向轴网间距f，f＝i*(W_m+I_w)；

①确定I_w：根据质量块制造精度确定宽度方向设计间隙，为满足摆放需求，单个间隙不小于质量块宽度×6‰+2S，S表示制造精度，配置6‰的允许误差。

S20、基于目标装机规模确定长宽比近1的最大单元模块装机规模(长宽比近1可以使得机构间协调运行效果最优、能源足迹最低，且结构稳定、便于模块耦合)；

所述步骤S20具体为：

S21、参照新能源项目装机规模及政策对储能设施配置比例、储能/充电时间的要求，设定目标装机规模P及发电机额定功率运行时间T；同时预设初始参数，即质量块密度ρ、上下区域对应层高度差h、质量块下落速度v、质量块单元内存放块体数量i、质量块层层数c；

S22、发电机数量n恒为偶数，初始限定为2，基于如下流程计算长宽比近1的最大单元模块规模，通过P_Unit表征；

其中P_Unit具备两项条件：a、满足等式P_Unit*2^r＝P，其中r为P的均分级数(r≥1；初级方案r＝0，装机规模P_Unit；二级方案r＝1，装机规模2P_Unit；三级方案r＝2，装机规模4P_Unit；以此类推之P；均分级数即其翻倍次数)；b、长宽比计算偏差为±0.1，使单元装置总体近似于正方形：

①赋值r，通过公式P_Unit＝P/(2^r)确定r条件下的单元模块装机规模P_Unit；

②根据步骤S10中设定的质量块长L_m、宽W_m、高H_m及已知质量块密度ρ计算单个质量块质量m，用公式表示为m＝L_m*W_m*H_m*ρ；根据步骤S22①确定的单元模块装机规模P_Unit以及预设额定功率运行时间T、上下区域对应层高度差h计算所需质量块总重M，用公式表示为M＝P_Unit*T/(g*h)，g代指重力加速度，恒为9.8m/s²；通过不等式N≥M/m确定单元模块所需质量块数量N，原则上所求小数进至最近整数；

③根据已知单元模块装机规模P_Unit与发电机数量n确定单台发电机功率P_G，建立不等式P_G>P_Unit/n。由于本实施例中，单台发电机用于驱动同侧2a套动力轴系统但同一时间仅半数动力轴运作，因此单台发电机单次操控a块质量块下落；根据质量块质量m与质量块下落速度v确定单台升降机发电功率，基于不等式a≤P_G/(mgv)确定单区纵轴方向发电机组数量a；

④基于已知所需质量块数量N、单区纵轴方向发电机组数量a及质量块单元内存放块体数量i反推质量块单元数量b与质量块层层数c的最优分配，方案应至少满足储能容量需求不等式；出于结构稳定性考虑，质量块层层数c恒定为偶数；

⑤根据上下区域对应层高度差h、层高u、质量块层层数c确定中间区域层数d，用公式表示为d＝(h/u)-c；通过公式H＝u*(2c+d)确定重力储能装置高度，若装置高度超出允许范围，返回调整b、c及上下区域对应层高度差h；赋值发电机区域宽度w与升降梯区域长度l，最后计算装置的长度和宽度；

⑥基于步骤⑤确定的参数计算装置长宽比，若数值超出0.9至1.1的允许范围，则返回至步骤①重新赋值r，降低单元模块装机规模P_Unit直至符合其基本条件。

S30、保证发电机数量不变，成倍增加发电机功率得基于单元模块的纵向延伸重储装置；

保持初始设定的发电机数量不变，单台发电机功率增加至原有标准的二倍级得基于单元模块的纵向延伸重力储能装置；所得二级方案(即，装机规模成倍增加至2×P_Unit)的发电机数量n'为2台，单台发电机功率P_G'为2×P_G。

S40、保证发电机功率不变，成倍增加发电机数量得基于纵向延伸的横向耦合重储装置；

保持二级方案设定的单台发电机功率不变，发电机数量增加至二级方案的二倍级得基于纵向延伸的横向耦合重储装置；所得三级方案(即，装机规模成倍增加至2²×P_Unit)的发电机数量n”为4台，单台发电机功率P_G”为2×P_G。

S50、计算目标装机规模重力储能装置的发电机数量及单台发电机功率；

根据步骤S30、步骤S40所示规则，确定目标装机规模重力储能装置的发电机数量n及单台发电机功率P_G；此时装置长宽比近似于1或0.5，

这样可求得最小发电机台数，使装置成本最低；由于单台发电机功率不可无限增加，考虑到动力轴的稳定性及极限承受能力，当发电机功率达到一定数值时，需成倍增加发电机数量，本发明提供了一种最简单、实用的发电机数量增加方法，使小车水平运送友好，且多机构始终协调运行。

S60、限定发电机数量，调整可变参数使设备运动时序达极限平衡，确定工艺设计方案。

限定步骤S50计算得出的发电机数量n及单台发电机功率P_G，调整可变参数(质量块密度ρ、上下区域对应层高度差h、下落速度v、质量块层层数c)，使设备运动时序达极限平衡，即，升降梯有载运行时间+升降梯空载返回时间≥水平车有载运行时间+水平车空载返回时间；

调整方法如下：①保持质量块尺寸不变，增加其密度ρ，使单个质量块的质量m增加，所需质量块数量N降低；②增加上下区域对应层高度差h，同步增加装置总高度H；③增加下落速度v使单台升降机的发电功率增加；④增加质量块层层数c，使横轴方向质量块单元数量b降低。

通过以下流程确定目标装机规模的工艺设计方案：

①通过公式m＝L_m*W_m*H_m*ρ计算单个质量块质量m；根据目标装机规模P及预设额定功率运行时间T、上下区域对应层高度差h计算所需质量块总重M，用公式表示为M＝P*T/(g*h)；通过不等式N≥M/m确定目标装机规模所需质量块数量N；

②根据已知目标装机规模P与发电机数量n确定单台发电机功率P_G；基于不等式a≤P_G/(mgv)确定单区纵轴方向发电机组数量a；

③反推质量块单元数量b与质量块层层数c的最优分配，方案应至少满足储能容量需求；出于结构稳定性考虑，质量块层层数c恒定为偶数；(再次计算的主要原因为大幅度降低装置总成本，包括质量块成本、结构成本及小车成本，经测试，基于以上扩容方法确定目标装机规模的发电机数量，并进一步调整这4个参数，可使装置成本达到最低。)

④通过公式d＝(h/u)-c确定中间区域层数d，进一步通过公式H＝u*(2c+d)确定装置高度，若数值超出范围，返回调整b、c及上下区域对应层高度差h；赋值发电机区域宽度w与升降梯区域长度l，计算装置长度和装置宽度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (13)

1.一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置，其特征在于，包括水平X方向上的Z个水平单元，每个单元沿水平Y方向分为2个区以及两区之间的中间通道，每个单元从上至下分为c层上侧区域、d层中间区域和c层下侧区域，

每个区沿Y方向连续布置有a个等间距的小车通道，单个小车通道包括b个等跨距的质量块单元，每个单元范围内可容纳i个质量块块体，小车沿通道内的轨道梁在X方向移动，来搬运块体；每个小车通道的X方向两端各设有一个竖井，竖井内设有内置质量块块体的升降梯；

中间通道两端各设有一发电机；发电机Y向的两侧皆布置有a套动力轴，对应的动力轴通过曳引带绕过竖井的顶部机构滑轮组与升降梯相连。

2.一种基于权利要求1所述的基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置的布置方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10：根据重力储能装置基本构造以及质量块尺寸，计算框架结构尺寸；

S20：基于目标装机规模确定最大单元模块装机规模；

S30：保证发电机数量不变，成倍增加发电机功率得基于单元模块的纵向延伸重储装置；

S40：保证发电机功率不变，成倍增加发电机数量得基于纵向延伸的横向耦合重储装置；

S50：计算目标装机规模重力储能装置的发电机数量及单台发电机功率。

3.根据权利要求2所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：步骤S10中计算的框架结构尺寸包括纵向轴网间距e，e＝L_m+I_v+W_c；其中，L_m为质量块长度，I_v为质量块两侧设计间隙；W_c为立柱宽度；

质量块单侧设计间隙不小于

其中H表示重储装置高度(mm)，Y表示视觉系统调节精度(mm)，S表示质量块制造精度(mm)。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：步骤S10中计算的框架结构尺寸包括小车通道层高u，u＝H_m+I_h+H_b，H_m为质量块高度，I_h为净高余量、H_b为单梁高度；净高余量I_h不小于20+(质量块高度×3‰+S)，S表示质量块制造精度(mm)。

5.根据权利要求2所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：步骤S10中计算的框架结构尺寸还包括横向轴网间距f，f＝i*(W_m+I_w)，W_m为质量块宽度，I_w为质量块间预留空间，不小于质量块宽度×6‰+2S，S表示制造精度。

6.根据权利要求2所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：

步骤S20具体包括：

S21：确定目标装机规模P及发电机额定功率运行时间T；并预设初始参数，包括质量块密度ρ、上下区域对应层高度差h、质量块下落速度v、质量块单元内存放块体数量i、质量块层层数c；

S22：发电机数量n恒为偶数，初始赋值为2，计算最大单元模块规模，并通过P_Unit表征。

7.根据权利要求6所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：所述P_Unit满足等式P_Unit*2^r＝P，且装置长宽比近1，计算偏差为±0.1。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：

S20具体包括：

①赋值r，通过公式P_Unit＝P/(2^r)确定r条件下的单元模块装机规模P_Unit；

②根据步骤S10中的质量块长L_m、宽W_m、高H_m及已知质量块密度ρ，计算单个质量块质量m，表示为m＝L_m*W_m*H_m*ρ；

根据步骤S22确定的单元模块装机规模P_Unit以及预设额定功率运行时间T、上下区域对应层高度差h计算所需质量块总重M，表示为M＝P_Unit*T/(g*h)，g代指重力加速度；

通过不等式N≥M/m确定单元模块所需质量块数量N；

③根据已知单元模块装机规模P_Unit与发电机数量n确定单台发电机功率P_G，建立不等式P_G>P_Unit/n；基于不等式a≤P_G/(mgv)确定单区纵轴方向发电机组数量a；

④基于已知所需质量块数量N、单区纵轴方向发电机组数量a及质量块单元内存放块体数量i，反推质量块单元数量b与质量块层层数c的分配，且满足储能容量需求；

⑤根据上下区域对应层高度差h、层高u、质量块层层数c确定中间区域层数d，表示为d＝(h/u)-c；

通过公式H＝u*(2c+d)确定重力储能装置高度，若装置高度超出允许范围，返回调整b、c及上下对应层高度差h；赋值发电机区域宽度w与升降梯区域长度l，计算装置长度与宽度；

⑥基于⑤确定的参数，计算装置长宽比，若数值超出0.9至1.1的允许范围，则返回至步骤①重新赋值r，降低单元模块装机规模P_Unit直至符合其基本条件。

9.根据权利要求6或7所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：

所述步骤S30具体包括：保持初始设定的发电机数量不变，单台发电机功率增加至原有标准的二倍级得基于单元模块的纵向延伸重力储能装置；所得二级方案的发电机数量n'为2台，单台发电机功率P_G'为2×P_G，装机规模成倍增加至2×P_Unit。

10.根据权利要求9所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：

所述步骤S40具体包括：保持二级方案设定的单台发电机功率不变，发电机数量增加至二级方案的二倍级得基于纵向延伸的横向耦合重储装置；所得三级方案的发电机数量n”为4台，单台发电机功率P_G”为2×P_G，装机规模成倍增加至2²×P_Unit。

11.根据权利要求10所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：所述步骤S50具体包括：根据步骤S30、步骤S40所示规则，确定目标装机规模重力储能装置的发电机数量n及单台发电机功率P_G；此时装置长宽比近似于1或0.5。

12.根据权利要求2所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：还包括步骤S60：限定发电机数量，调整可变参数使设备运动时序达极限平衡，确定工艺设计方案。

13.根据权利要求12所述的一种基于纵向延伸与横向耦合的重力储能装置布置方法，其特征在于：步骤S60具体包括：限定步骤S50计算得出的发电机数量n及单台发电机功率P_G，调整可变参数，包括质量块密度ρ、上下区域对应层高度差h、下落速度v、质量块层层数c，使设备运动时序达极限平衡，即升降梯有载运行时间+升降梯空载返回时间≥水平车有载运行时间+水平车空载返回时间；通过以下流程确定目标装机规模的工艺设计方案：

①通过公式m＝L_m*W_m*H_m*ρ计算单个质量块质量m；根据目标装机规模P及预设额定功率运行时间T、上下区域对应层高度差h计算所需质量块总重M，表示为M＝P*T/(g*h)；通过不等式N≥M/m确定目标装机规模所需质量块数量N；

②根据步骤S50计算出的单台发电机功率P_G，通过不等式a≤P_G/(mgv)确定单区纵轴方向发电机组数量a；

③反推质量块单元数量b与质量块层层数c的最优分配，方案应至少满足储能容量需求；其中，质量块层层数c恒定为偶数；

④通过公式d＝(h/u)-c确定中间区域层数d，通过公式H＝u*(2c+d)确定装置高度，若数值超出范围，返回调整b、c及上下对应层高度差h；赋值发电机区域宽度w与升降梯区域长度l，计算装置长度与宽度。

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