CN121172999A - 基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，包括上堆场和下堆场，上堆场和下堆场上均堆设有重物块，上堆场上架设有上起重机且位于位于重物块上方，下堆场上架设有下起重机且位于重物块上方，上起重机和下起重机之间设置有轨道输送装置；轨道输送装置包括轨道，轨道包括设置运载轨道和回环轨道，运载轨道位于山体斜坡上且包括上运载轨道和下运载轨道，上运载轨道设置在下运载轨道上方，回环轨道包括上回环轨道和下回环轨道，上回环轨道位于上堆场且与运载轨道的顶端衔接，下回环轨道位于下堆场且与运载轨道的底端衔接。本发明可以减少建设难度和成本，提高了装卸效率，降低了重力储能系统的作业能耗。

Description

基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，更具体地说，基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统。

背景技术

随着工业生产的快速发展，电力需求持续增长，电网负荷峰谷差异不断加大，这使得电力系统的调峰压力日益突出。为了解决这一难题，发展高效可靠的储能技术显得尤为重要。目前主流的储能技术包括物理储能、化学储能和电磁储能三大类，各具特色又都存在一定局限性。

当前重力储能技术的发展仍面临多重挑战。在重力储能领域，依托废弃矿井的垂直竖井储能方式，不仅受限于特定地形，还需满足复杂的结构设计要求，同时储能效率也相对较低。而依托山体的重力储能系统，尽管其装置组成看似简单，但主要输送方式为缆绳牵引、链条驱动和自带动力的小车等，存在传动不稳定的问题，难以满足实际应用的需求。

现有的斜坡式重力储能系统在循环运输的时候，小车轨道既可能用作上行轨道，也可能用于下行轨道，需同时满足空载和重载小车载重要求，轨道基建要求高、成本多，且占地面积大。现有的斜坡式重力储能系统在装卸重物时，通常使用顶升装置使重物与小车分离，增加系统能耗和复杂程度，并且降低了重力储能系统的循环效率。现有的斜坡式重力储能系统将输送区与装卸区混合，两者之间缺少缓冲区域设计，导致小车转运与重物装卸作业相互影响，存在等待时间，系统无法连续不停机运行，降低了重力储能系统效率。中国专利“基于多车循环链的斜坡式重力储能系统及储能、发电方法，公开号为（CN120120208A），针对在循环运输的时候，存在小车轨道基建承重要求高，占地面积大，基建成本多的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其降低上轨道承重要求，减少建设难度和成本，提高了装卸效率降低了重力储能系统的作业能耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，包括上堆场和下堆场，所述上堆场位于山上，所述下堆场位于山下，所述上堆场和下堆场之间连接有山体斜坡，所述上堆场和下堆场上均堆设有重物块，所述上堆场上架设有上起重机且位于位于重物块上方，所述下堆场上架设有下起重机且位于重物块上方，所述上起重机和所述下起重机之间设置有轨道输送装置；

所述轨道输送装置包括轨道，所述轨道包括设置运载轨道和回环轨道，所述运载轨道位于山体斜坡上且包括上运载轨道和下运载轨道，所述上运载轨道设置在下运载轨道上方，所述回环轨道包括上回环轨道和下回环轨道，所述上回环轨道位于上堆场且与运载轨道的顶端衔接，所述下回环轨道位于下堆场且与运载轨道的底端衔接；

所述轨道上连接有用于装载重物块的小车，所述小车沿着轨道移动；所述运载轨道的上端侧面设置有可用于储能的发电机；

所述回环轨道上设置有输送带和传送带，所述传送带卡设在所述输送带上方，所述输送带铺设满所述回环轨道的始终，所述传送带设置在回环轨道与运载轨道的衔接段，所述传送带包括两段分别位于所述上起重机和所述下起重机的侧面。

按上述方案，所述运载轨道两侧设置有输送链条，所述小车两侧设置有侧钩，所述小车通过侧钩卡设在输送链条上实现小车在运载轨道上的上下移动运行。

按上述方案，所述发电机通过转轴与支撑链轮连接，所述输送链条安装在所述支撑链轮上。

按上述方案，所述发电机设置为两个，分别位于所述运载轨道的上端左右两侧。

按上述方案，所述小车设置有多个。

按上述方案，所述起重机和下起重机均为龙门起重机。

按上述方案，所述输送带用于在小车脱离输送链条后带动小车回还运行。

按上述方案，所述传送带用于将重物块运送到小车上部，所述传送带为中部开口的结构，卡设在回环轨道的上方。

本发明还提供一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的储能方法，包括以下步骤：

S1、小车进入位于下堆场的第二位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S2、小车在输送带的带动下进入下装卸区，下起重机将重物块吊装到传送带上；

S3、小车位于下装卸区，输送带和传送带的速度保持一致；

S4、随着轨道上行使重物块沿传送带自动装载至小车上；

S5、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条；

S6、上堆场的发电机组通过驱动转轴带动支撑链轮转动，进而推动小车和重物块运动；

S7、输送链条带动小车运动，沿着下轨道从下堆场运行到上堆场；

S8、小车进入位于上堆场的第一位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S9、输送带带动小车进入上装卸区；

S10、传送带保持速度与输送带一致，在小车下行途中使重物块与小车自动分离；

S11、上起重机将重物块调离传送带；

S12、小车在输送带的带动下离开上装卸区；

S13、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条，沿上轨道运行至第二位置2；

S13、重复步骤S1-S12，实现储能阶段的运行。

本发明还提供一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的发电方法，包括以下步骤：

S1、小车进入位于上堆场的第一位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S2、小车在输送带的带动下进入上装卸区，上起重机将重物块吊装到传送带上；

S3、小车位于上装卸区，输送带和传送带的速度保持一致；

S4、随着轨道上行使重物块沿传送带自动装载至小车上；

S5、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条；

S6、小车沿着下轨道从上堆场运行到下堆场，输送链条带动电动发电机组发电；

S7、小车进入位于下堆场的第二位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S8、输送带带动小车进入下装卸区；

S9、传送带保持速度与输送带一致，在小车下行途中使重物与小车自动分离；

S10、上起重机将重物块调离传送带；

S11、小车在输送带的带动下离开下装卸区

S12、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条，沿上轨道运行至第一位置；

S13、重复步骤S1-S12，实现发电阶段的运行。

实施本发明的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，具有以下有益效果：

1、本发明针对移动小车在装卸过程中需要储能系统（输送链条）停机的问题，将装卸区与储能系统分离，移动小车将在不需要储能系统（输送链条）停机的情况下，装载/分离重物块，同时设计了传送带分离装置，重物沿传送带水平移动，小车沿轨道下行，使重物与小车分离，实现了系统循环运行，提高了装卸效率；

2、本发明针对单个轨道单小车运输重物低效的问题，采用垂直布置上下双轨道的形式，每条轨道多辆小车同时运输重物，且上轨道下行小车下坡能量可回收，供下轨道上行小车爬坡使用；

3、本发明采用垂直布置上下双轨道的形式，储能阶段和放电阶段过程中，载重小车均在下轨道运行，空载小车均在上轨道运行，降低上轨道承重要求，减少建设难度和成本；

4、本发明设计小车与重物块自动分离装置，使得重物沿传送带水平移动，小车沿轨道下行，实现重物与小车自动分离，反之亦然，提高了装卸效率。此装置可代替顶升分离装置，降低了重力储能系统的作业能耗。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的结构示意图；

图2是本发明图1中A处的局部放大图；

图3是本发明图1中B处的局部放大图；

图4是本发明的功能位置示意图；

图5是本发明重物块转运输送带压力传感器及控制逻辑示意图；

图6是本发明基于多传感器协同监测的小车速度和间距控制流程图；

图7是本发明斜坡式重力储能系统工作模块示意图；

图中：1、上堆场，2、下堆场，3、上运载轨道，4、下运载轨道，5、上起重机，6、下起重机，7、重物块，8、山体斜坡，9、输送带，10、传送带，11、上回环轨道，12、发电机，13、小车，14、支撑链轮，15、输送链条，16、侧钩，17、下装卸区，18、第二位置，19、输送区，20、第一位置，21、上装卸区，22、下回环轨道。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-7所示，本发明的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，包括上堆场1和下堆场2，上堆场1位于山上，下堆场2位于山下，上堆场1和下堆场2之间连接有山体斜坡8，上堆场1和下堆场2上均堆设有重物块7，上堆场1上架设有上起重机5且位于位于重物块7上方，下堆场2上架设有下起重机6且位于重物块7上方，上起重机5和下起重机6之间设置有轨道输送装置；上起重机5和下起重机6均为龙门起重机。

轨道输送装置包括轨道，轨道包括设置运载轨道和回环轨道，运载轨道位于山体斜坡8上且包括上运载轨道3和下运载轨道4，上运载轨道3设置在下运载轨道4上方，回环轨道包括上回环轨道11和下回环轨道22，上回环轨道11位于上堆场1且与运载轨道的顶端衔接，下回环轨道22位于下堆场2且与运载轨道的底端衔接；回环轨道11上设置有输送带9和传送带10，传送带10卡设在输送带9上方。输送带9铺设满回环轨道的始终，输送带9用于在小车13脱离输送链条15后带动小车13回还运行。传送带10设置在回环轨道与运载轨道的衔接段，传送带10包括两段分别位于上起重机5和下起重机6的侧面。传送带10用于将重物块7运送到小车13上部，传送带10为中部开口的结构，卡设在回环轨道11的上方。

轨道上连接有用于装载重物块7的多个小车13，小车13沿着轨道移动，运载轨道两侧设置有输送链条15，小车13两侧设置有侧钩16，小车13通过侧钩16卡设在输送链条15上实现小车13在运载轨道上的上下移动运行。运载轨道的上端侧面设置有可用于储能的发电机12；发电机12通过转轴与支撑链轮14连接，输送链条15安装在支撑链轮14上。发电机12设置为两个，分别位于运载轨道的上端左右两侧。

本发明的优选实施例中，旨在帮助发电厂平衡发电量与用电量，在发电量大于用电量时，将重物块7从下装卸区17装载至小车13，通过输送区19从第二位置18输送至第一位置20，再将重物块7从上装卸区21卸载至上堆场1，实现重物块7从下堆场2输送至上堆场1的过程，将多余的电量转化为重力势能储存；在发电量小于用电量时，将重物块7从上装卸区21装载至小车13，通过输送区19从第一位置20输送至第二位置18，再将重物块7从下装卸区17卸载下堆场2，实现重物块7从上堆场1输送至下堆场2的过程，重物在输送过程中带动电动发电机12组发电，将重力势能转化为电能。

本发明的优选实施例中，系统的储能阶段和放电阶段过程中，载重小车13均在下轨道运行，空载小车13均在上轨道运行，两个阶段转换时，发电机12的驱动方向相反。因此，储能阶段发电机12通过支撑链轮14带动输送链条15转动，从而带动载重小车13在下轨道上行，空载小车13在上轨道下行，实现将多余的电量转化为重力势能储存；放电阶段载重小车13在下轨道下行，空载小车13在上轨道上行，带动电动发电机12组发电，将重力势能转化为电能。

本发明的优选实施例中，系统的储能实现过程为：小车13进入第二位置18，小车13的侧钩16脱离输送链条15，小车13接触输送带9，小车13在输送带9的带动下进入下装卸区17，下起重机6将重物块7吊装到传送带10上，小车13位于下装卸区17，输送带9和传送带10的速度保持一致，随着轨道上行使重物块7沿传送带10自动装载至小车13上，小车13脱离输送带9，小车13的侧钩16挂入输送链条15，上堆场1的发电机12驱动支撑链轮14带动输送链条15从而推动小车13和重物块7运动，输送链条15带动小车13运动，沿着下轨道从下堆场2运行到上堆场1，小车13进入第一位置20，小车13的侧钩16脱离输送链条15，小车13接触输送带9，输送带9带动小车13进入上装卸区21，传送带10保持速度与输送带9一致，在小车13下行途中使重物与小车13自动分离，上起重机5将重物块7调离传送带10，小车13在输送带9的带动下离开上装卸区21，小车13脱离输送带9，小车13的侧钩16挂入输送链条15，沿上轨道运行至第二位置18。

本发明的优选实施例中，压力传感器监测运输带上的压力，速度监测器监测小车13的速度，采集数据，系统进行重物块7压力和小车13速度分析处理，检测该重力储能系统功率是否达到需求并保持稳定，达到需求并保持稳定，则维持现有小车13速度和间距，保持发电/储能功率的稳定性，实时更新监测数据；未达到需求或功率出现波动，则调整现有小车13速度和间距，触发电动发电机12组动作，根据需求动态调节发电/储能功率，直至发电/储能功率稳定并达到数值。该控制系统实现了循环运行，提高了装卸效率。

本发明还提供一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的储能方法，包括以下步骤：

S1、小车13进入第二位置18，小车13的侧钩16脱离输送链条15，小车13进入输送带9；

S2、小车13在输送带9的带动下进入下装卸区17，下起重机6将重物块7吊装到传送带10上；

S3、小车13位于下装卸区17，输送带9和传送带10的速度保持一致；

S4、随着轨道上行使重物块7沿传送带10自动装载至小车13上；

S5、小车13脱离输送带9，小车13的侧钩16挂入输送链条15；

S6、上堆场1的发电机12组通过驱动转轴带动支撑链轮14转动，进而推动小车13和重物块7运动；

S7、输送链条15带动小车13运动，沿着下轨道从下堆场2运行到上堆场1；

S8、小车13进入第一位置20，小车13的侧钩16脱离输送链条15，小车13进入输送带9；

S9、输送带9带动小车13进入上装卸区21；

S10、传送带10保持速度与输送带9一致，在小车13下行途中使重物块7与小车13自动分离；

S11、上起重机5将重物块7调离传送带10；

S12、小车13在输送带9的带动下离开上装卸区21；

S13、小车13脱离输送带9，小车13的侧钩16挂入输送链条15，沿上轨道运行至第二位置182；

S13、重复步骤S1-S12，实现储能阶段的运行。

本发明还提供一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的发电方法，包括以下步骤：

S1、小车13进入第一位置20，小车13的侧钩16脱离输送链条15，小车13进入输送带9；

S2、小车13在输送带9的带动下进入上装卸区21，上起重机5将重物块7吊装到传送带10上；

S3、小车13位于上装卸区21，输送带9和传送带10的速度保持一致；

S4、随着轨道上行使重物块7沿传送带10自动装载至小车13上；

S5、小车13脱离输送带9，小车13的侧钩16挂入输送链条15；

S6、小车13沿着下轨道从上堆场1运行到下堆场2，输送链条15带动电动发电机12组发电；

S7、小车13进入第二位置18，小车13的侧钩16脱离输送链条15，小车13进入输送带9；

S8、输送带9带动小车13进入下装卸区17；

S9、传送带10保持速度与输送带9一致，在小车13下行途中使重物与小车13自动分离；

S10、上起重机5将重物块7调离传送带10；

S11、小车13在输送带9的带动下离开下装卸区17

S12、小车13脱离输送带9，小车13的侧钩16挂入输送链条15，沿上轨道运行至第一位置20；

S13、重复步骤S1-S12，实现发电阶段的运行。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，包括上堆场和下堆场，所述上堆场位于山上，所述下堆场位于山下，所述上堆场和下堆场之间连接有山体斜坡，所述上堆场和下堆场上均堆设有重物块，所述上堆场上架设有上起重机且位于位于重物块上方，所述下堆场上架设有下起重机且位于重物块上方，其特征在于，所述上起重机和所述下起重机之间设置有轨道输送装置；

所述轨道输送装置包括轨道，所述轨道包括设置运载轨道和回环轨道，所述运载轨道位于山体斜坡上且包括上运载轨道和下运载轨道，所述上运载轨道设置在下运载轨道上方，所述回环轨道包括上回环轨道和下回环轨道，所述上回环轨道位于上堆场且与运载轨道的顶端衔接，所述下回环轨道位于下堆场且与运载轨道的底端衔接；

所述轨道上连接有用于装载重物块的小车，所述小车沿着轨道移动；所述运载轨道的上端侧面设置有可用于储能的发电机；

所述回环轨道上设置有输送带和传送带，所述传送带卡设在所述输送带上方，所述输送带铺设满所述回环轨道的始终，所述传送带设置在回环轨道与运载轨道的衔接段，所述传送带包括两段分别位于所述上起重机和所述下起重机的侧面。

2.根据权利要求1所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述运载轨道两侧设置有输送链条，所述小车两侧设置有侧钩，所述小车通过侧钩卡设在输送链条上实现小车在运载轨道上的上下移动运行。

3.根据权利要求1所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述发电机通过转轴与支撑链轮连接，所述输送链条安装在所述支撑链轮上。

4.根据权利要求3所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述发电机设置为两个，分别位于所述运载轨道的上端左右两侧。

5.根据权利要求1所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述小车设置有多个。

6.根据权利要求1所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述起重机和下起重机均为龙门起重机。

7.根据权利要求1所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述输送带用于在小车脱离输送链条后带动小车回还运行。

8.根据权利要求1所述的基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统，其特征在于，所述传送带用于将重物块运送到小车上部，所述传送带为中部开口的结构，卡设在回环轨道的上方。

9.一种权利要求1-8任意一项所述基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的储能方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、小车进入位于下堆场的第二位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S2、小车在输送带的带动下进入下装卸区，下起重机将重物块吊装到传送带上；

S3、小车位于下装卸区，输送带和传送带的速度保持一致；

S4、随着轨道上行使重物块沿传送带自动装载至小车上；

S5、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条；

S6、上堆场的发电机组通过驱动转轴带动支撑链轮转动，进而推动小车和重物块运动；

S7、输送链条带动小车运动，沿着下轨道从下堆场运行到上堆场；

S8、小车进入位于上堆场的第一位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S9、输送带带动小车进入上装卸区；

S10、传送带保持速度与输送带一致，在小车下行途中使重物块与小车自动分离；

S11、上起重机将重物块调离传送带；

S12、小车在输送带的带动下离开上装卸区；

S13、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条，沿上轨道运行至第二位置；

S13、重复步骤S1-S12，实现储能阶段的运行。

10.一种权利要求1-8任意一项所述基于多车垂直循环自动装卸的斜坡式重力储能发电系统的发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、小车进入位于上堆场的第一位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S2、小车在输送带的带动下进入上装卸区，上起重机将重物块吊装到传送带上；

S3、小车位于上装卸区，输送带和传送带的速度保持一致；

S4、随着轨道上行使重物块沿传送带自动装载至小车上；

S5、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条；

S6、小车沿着下轨道从上堆场运行到下堆场，输送链条带动电动发电机组发电；

S7、小车进入位于下堆场的第二位置，小车的侧钩脱离输送链条，小车进入输送带；

S8、输送带带动小车进入下装卸区；

S9、传送带保持速度与输送带一致，在小车下行途中使重物与小车自动分离；

S10、上起重机将重物块调离传送带；

S11、小车在输送带的带动下离开下装卸区

S12、小车脱离输送带，小车的侧钩挂入输送链条，沿上轨道运行至第一位置；

S13、重复步骤S1-S12，实现发电阶段的运行。