CN216044213U - 一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统，包括转移轨道，转移轨道具有低海拔段和与低海拔段相对的高海拔段，以及倾斜段，并用于使重力储能元件的定向移动；推送机构设置有多个并沿转移轨道的倾斜段并排设置；电能动能转换机构连接推送机构；多个推送机构通过对应的电能动能转换机构的驱动而运动，并带动多个重力储能元件沿倾斜段由低海拔段连续顶推到高海拔段；或者多个推送机构通过多个重力储能元件的重力作用而运动，并带动对应的电能动能转换机构将机械动能转换为电能，其中重力作用由重力储能元件沿倾斜段由高海拔段连续顶推到低海拔段下滑形成。解决现有技术中存在地形要求高，适用性不强的问题。

Description

一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统

技术领域

本实用新型涉及重力储能领域，尤其涉及的是一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统。

背景技术

人类社会对能源的使用从受储量限制，在生产与生活中使用对环境有污染的煤、石油、天然气等化石能源。而对传统污染能源的依赖转型为取之不尽，用之不竭、清洁环保可再生的太阳能、风能等可再生能源将是历史的必然。

但是可再生能源具有自然产生的属性，具有间歇性和随机波动性，属于不稳定的能源。要把间歇的和随机波动的不稳定能源转化为按需求供给的智慧型能源，储能环节是能源转型的关键。能源是人类社会运行的基础物质，日常消耗量巨大。基于太阳的日照时特性，在日照时可直接利用的电量仅接近全年用电量的25％；鉴于风形成的特性，风力发电的主要出力在夜间，被直接消纳利用的电量也仅近似25％；有约75％电量需要储存。储能系统在风、光发电不能出力的时段向社会负载提供电量，因此,能源转型所需要的是超大规模储能系统。

已有的储能技术包括抽水蓄能，抽水蓄能可适用于大容量储能，但是建设抽水蓄能电站在高、低海拔都需要建造储水库的地形，而能够满足此地形条件的地理资源极为有限，根本无法满足以能源转型所需要的超大规模储能对站址的地理资源需求。

综上，现有技术中的抽水蓄能存在地形要求高，适用性不强的缺点。因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统，解决现有技术中存在对地形要求高，适用性不强的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种固体重力流运载设备，用于移动重力储能元件，其中，包括：

转移轨道，所述转移轨道具有低海拔段和与所述低海拔段相对的高海拔段，以及位于所述低海拔段和高海拔段之间的倾斜段，并用于使所述重力储能元件的定向移动；

推送机构，所述推送机构设置有多个，多个所述推送机构沿所述转移轨道的倾斜段设置；

电能动能转换机构，所述电能动能转换机构连接所述推送机构；

多个所述推送机构通过对应的所述电能动能转换机构的驱动而运动，并带动多个依次抵靠的所述重力储能元件沿倾斜段由低海拔段连续顶推到高海拔段；或者

多个所述推送机构通过多个依次抵靠的所述重力储能元件的重力作用而运动，并带动对应的所述电能动能转换机构将机械动能转换为电能，其中重力作用由所述重力储能元件沿倾斜段由所述高海拔段连续顶推到低海拔段下滑形成。

进一步，所述推送机构包括位于两侧的两个链传动组件，以及设置在两个所述链传动组件之间的传力件；

所述链传动组件包括：主动链轮，从动链轮，以及套设在所述主动链轮和所述从动链轮上的链条，所述链条沿倾斜段的延伸方向设置；

所述传力件连接在两侧所述链条上，并用于连接所述重力储能元件。

进一步，所述推送机构还包括主动轴，两个所述链传动组件的主动链轮均连接在所述主动轴上；

所述电能动能转换机构连接在所述主动轴上；

所述推送机构上设置有制动机构，所述制动机构包括：

制动鼓，所述制动鼓连接在所述主动轴背离所述电能动能转换机构的一端；

制动闸片，所述制动闸片用于抵靠所述制动鼓。

进一步，所述固体重力流运载设备还包括水平推移机构，所述水平推移机构设置在所述转移轨道的低海拔段和高海拔段；

所述水平推移机构包括：滑道，所述滑道与所述转移轨道同向设置；

滑枕，所述滑枕滑移设置在所述滑道上；

伸缩组件，所述伸缩组件设置在所述滑枕上，并通过伸缩而连接或脱离所述重力储能元件；以及

直线电机，所述直线电机设置在所述滑枕下方，并连接所述滑枕。

基于相同的构思，本实用新型还提出一种重力储能元件，用于如上所述的固体重力流运载设备；其中，所述传力件包括传力杆；

重力储能元件包括：储能元件体，以及设置在所述储能元件体上的钩齿；

所述钩齿挂勾所述传力杆并传递力矩。

进一步，所述储能元件体的一端设置有顶推凹台，另一端设置有顶推凸台；

其中一个所述重力储能元件的所述顶推凹台用于抵靠相邻的另一所述重力储能元件的所述顶推凸台。

进一步，所述重力储能元件还包括：轨道轮，所述轨道轮转动设置在所述储能元件体上，并抵靠在所述转移轨道上移动；

所述转移轨道设置有两组，两组所述转移轨道位于左右两侧，所述轨道轮设置有多个，多个轨道轮分别抵靠在两侧的所述转移轨道上。

进一步，所述重力储能元件的上表面设置有钩齿陷槽，以及滚轮陷槽；

当重力储能元件堆叠时，所述钩齿陷槽用于容纳相邻的另一所述重力储能元件的钩齿，所述滚轮陷槽用于容纳相邻的另一所述重力储能元件的轨道轮；

所述重力储能元件的左右侧面上分别设置有吊挂部。

基于相同的构思，本实用新型还提出一种重力储能元件，包括如上所述的固体重力流运载设备，以及多个重力储能元件、低海拔堆场和高海拔堆场；所述重力储能元件与所述推送机构分离或连接，所述低海拔段贯穿所述低海拔堆场，所述高海拔段贯穿所述高海拔堆场；

当所述储能系统储能时，所述低海拔堆场用于向所述低海拔段输送所述重力储能元件，所述高海拔堆场用于从所述高海拔段接收并存储所述重力储能元件；

当所述储能系统释能时，所述高海拔堆场用于向所述高海拔段输送所述重力储能元件，所述低海拔堆场用于从所述低海拔段接收并存储所述重力储能元件。

进一步，所述低海拔堆和所述高海拔堆场均安装有装卸、堆垛重力储能元件的行车，所述行车沿所述转移轨道的延伸方向垂直排列；

所述行车设置有多台，多台所述行车交替装载或卸载所述转移轨道上的重力储能元件。保证所述低海拔堆和所述高海拔堆场的集、散速度与固体重力流的流速协调，以确保升降通道的固体重力流的形成。

有益效果：本实用新型与直线电机推进技术相比，本实用新型电能动能转换机构的能量转换元件是采用旋转电机，能量转换效率更高。本实用新型提出的一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统，其中，以机械动力推升重力储能元件,通过铺设转移轨道，使重力储能元件能沿转移轨道定向上升或者定向下降。当进行储能时，倾斜段上的多个电能动能转换机构将电网的电能转换为机械动能，驱动多个所述推送机构运动，并多个所述推送机构运动带动全程的所述重力储能元件沿倾斜段由低海拔段连续顶推到高海拔段。当进行释能时，所述重力储能元件在重力作用下沿倾斜段由所述高海拔段连续顶推到低海拔段，多个所述推送机构通过多个所述重力储能元件的重力作用而运动，并带动对应的所述电能动能转换机构将机械动能转换为电能。从而实现了电能的储存与释放。在电能充足时，将电能转化为机械能将重力储能元件输送到高处，形成重力位能进行储存；在电能短缺时，实现将储存在高处的重力储能元件的重力位能转换为电能，馈入电网。而且倾斜段全程的固体重力储能元件在推送时相互抵靠而形成固体重力流，固体重力储能元件密集分布在倾斜段，在倾斜段全程形成很大的向下推力，对整个推送机构的结构强度要求非常高，单级推送机构的零部件无法承受这样集中的推力。因此本实用新型所述推送机构采用分段设置，将全程的重力储能元件进行分段接力推送，所述每一个推送机构只需要负责将部分重力储能元件推送一段距离，从而避免倾斜段全程固体重力流的推力过于集中。而分段设置的推送机构，分段接力推送，避免了推力集中，满足了在材料强度限定条件下大海拔高差固体重力储能电站的大推力要求。而且连续顶推的过程使重力储能元件能源源不断的进行上升或下降，如同水流一样，在各功能时间段内，保持连续的单方向运动，设备利用效率很高，使得储能成本降低。本固体重力流运载设备可适用大海拔高差的地形，相比抽水蓄能来说，所利用的海拔高差更大，使得储能元件的质量能量密度更高，可以减少固体储能元件大的用量和土地的占用。利用固体重力储能没有水资源条件的要求，可适应在干旱地区的高原高海拔与盆地(平原)低海拔之间的大海拔高差，而且该地形是丰富的地理资源，分布广，能满足能源转型所需的超大规模储能的资源保障。

附图说明

图1为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例的右视图；

图2为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例的部分结构的右视图；

图3为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例应用在重力梯级电站时的原理示意图；

图4为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例的推送机构的结构原理示意图；

图5为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例的倾斜段的俯视图；

图6为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例的链条部分的结构剖视图；

图7为本实用新型一种固体重力流运载设备的实施例的水平转移机构部分的剖视图；

图8为本实用新型一种重力储能元件的实施例的右视图；

图9为本实用新型一种重力储能元件的实施例的主视图；

图10为实用新型一种储能系统的实施例的原理框图；

图11为实用新型一种储能系统的实施例的低海拔堆场的右视图。

图中各标号：100、重力储能元件；110、储能元件体；120、轨道轮；130、齿条板；140、钩齿；141、弯钩；142、斜面；150、顶推凹台；160、顶推凸台；170、钩齿陷槽；171、滚轮陷槽；180、吊挂部；181、吊装抠槽；200、转移轨道；210、低海拔段；220、高海拔段；230、倾斜段；300、推送机构；310、链传动组件；311、主动链轮；312、从动链轮；313、链条；314、主动轴；315、联轴器；316、销轴；320、传力件；321、传力杆；400、电能动能转换机构；410、电网；500、水平推移机构；510、轨基；520、增高轨台；530、滑道；540、滑枕；550、伸缩组件；551、伸缩舌；560、直线电机；561、定子；562、动子；600、制动机构；610、制动鼓；620、制动闸片；700、低海拔堆场；710、高海拔堆场；720、行车；730、缓存段；740、装卸段；750、堆场；800、系统主控制器；810、低海拔堆场控制组件；820、高海拔堆场控制组件；830、变流器。

具体实施方式

本实用新型提供了一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现有技术中，已有的储能技术包括抽水蓄能，压缩空气蓄能，飞轮蓄能等物理储能；和铅电池、锂电池、钠硫电池、液流电池等化学储能等二大主要储能技术方向。抽水蓄能可适用于大容量储能，但是建设抽水蓄能电站在高、低海拔都需要建造储水库的地形，而能够满足此地形条件的地理资源极为有限，根本无法满足以能源转型所需要的超大规模储能对站址的地理资源需求。化学电池储能的储能成本较高，储能的度电成本目前接近煤电的上网电价二倍(0.6元+～0.80元+)，远期也看不到度电成本低于煤电上网电价的可能性。除为了改善电网运行，利用峰谷电价差套利经营外，用于能源转型储能，化学电池不具有经济可行性。更有存在潜在的风险：尚若以化学电池满足能源转型所需的超大规模储能，化学电池更新再生产所造成对环境的危害将难以估量，甚至可能将形成新的环境灾难。

利用物体的重力在海拔高差之间的转移，实现能量的储存与释放是一种物理常识。基于液体流动性的抽水蓄能电站就是这一物理常识的具体应用。利用固体重力在海拔高差之间的转移实现能量的储存与释放，尚未见有价值的工程实例。在专利检索到的重力储能的现有技术中，有利用卷扬技术实现搬运，但卷扬提升技术作为储能应用并不合适。绳缆牵引卷扬提升(下降)重物，每次都要重复上升、下降过程，周期占时长；一条长度200米轨道8小时拖拽50吨重块500块，计每块占时57.6秒，可见设备利用效率极低；而且卷扬提升钢丝绳的损耗大，运行维护成本高。方案海拔高差的适宜范围200～400米，计理论能量密度0.544～1.09wh/kg。这样低能量密度将需要大量的固体储能元件。以储电量1.0亿千瓦时计，则需要9184.4232～18382.3529万吨固体重物作为储能元件。据笔者研究，通过能源转型使我国成为能源强国，每天的储能电量将约达到420亿千瓦时。如果利用的海拔高差仅有200～400米，储能元件所需要的固体重物385.75～772.06亿吨，该方案通过现有技术是无法实现的事。

山体是地球最丰富的自然形态，固体是地球最丰富的物质，极易按工艺要求成型。从资源量而言，固体重力储能极适用于超大规模储能。因此，本实施例中提出一种固体重力流运载设备，利用固体重力在海拔高差之间的转移实现能量的储存与释放，相比化学储能而言，没有污染物排放，节能环保。既解决了已有的抽水蓄能的地理环境要求高的缺点，也解决了卷扬过程中，工程难道大，设备利用率低的缺点。具体如下：

实施例一如图1、图3所示，本实施例中提出一种固体重力流运载设备，用于转移重力储能元件100，其中，包括：转移轨道200，推送机构300，以及电能动能转换机构400。所述转移轨道200具有低海拔段210和与所述低海拔段210相对的高海拔段220，以及位于所述低海拔段210和高海拔段220之间的倾斜段230，其中，低海拔段210和高海拔段220为水平段。如本设备设置在山体上时，在山脚下设置平地，用于设置转移轨道200的低海拔段210。山顶或山腰上设置平地，用于设置转移轨道200的高海拔段220。沿山脊上设置转移轨道200的倾斜段230，倾斜段230的坡度根据地形条件和工程要求在15～75度之间选择。这样通过转移轨道200构成重力储能元件100升降通道，所述重力储能元件100在所述转移轨道200上定向地上升或下降移动。所述推送机构300设置有多个，多个所述推送机构300沿所述转移轨道200的倾斜段230设置。具体为，通常各推送机构300之间间隔一段距离，从而形成动力段和非动力段，各推送机构300的推送方向与倾斜段的延伸时方向同向。所述推送机构300驱动重力储能元件100移动，所述电能动能转换机构400连接所述推送机构300。电能动能转换机构400可以将电能转换为机械能，例如电动机功能，还可以将机械能转换为电能，例如发电机功能。当储能时，多个所述推送机构300通过对应的所述电能动能转换机构400的驱动而运动，并带动多个所述重力储能元件100沿倾斜段230由低海拔段210连续顶推到高海拔段220；当释能时，多个所述推送机构300通过多个所述重力储能元件100的重力作用而运动，并带动对应的所述电能动能转换机构400将机械动能转换为电能，其中重力作用由所述重力储能元件100沿倾斜段230由所述高海拔段220连续顶推到低海拔段210下滑形成。

通过上述方案中设置转移轨道200，使重力储能元件100能沿转移轨道200定向上升或者定向下降，当进行储能时，电能动能转换机构400将电能转换为机械动能，驱动多个所述推送机构300运动，并多个所述推送机构300运动带动多个依次抵靠的所述重力储能元件100沿倾斜段230由低海拔段210连续顶推到高海拔段220。当进行释能时，所述重力储能元件100沿倾斜段230由所述高海拔段220连续顶推到低海拔段210下滑形成重力作用，多个依次抵靠的所述推送机构300通过多个所述重力储能元件100的重力作用而运动，并带动对应的所述电能动能转换机构400将机械动能转换为电能，馈入电网。从而实现了电能的储存与释放。在储能时，系统吸收电网电能转化为机械能将重力储能元件100推送到高处，形成重力势能进行储存；在电能短缺时，实现将储存在高处的重力储能元件100的重力势能转换为电能。而且全程的多个依次抵靠的重力储能元件100在推送时形成固体重力流，整个转移轨道200上的固体重力流所需要的驱动力就非常大。在常规技术中用链条作为运载工具，主动链轮输出力矩，通过链条传递给全程的荷载，譬如超市的斜梯，链条必须有足够的强度能够拉载全程重物上升，要承受全程的重力，这样就有限的链条强度，只能承载有限的重力荷载，因此海拔高差大的场所就由于链条强度的限制而无法使用。

本方案通过所述推送机构300分段设置，实现多动力源分段串联，克服了有限链条强度只能承载有限荷载的问题。海拔高差可以不再受限制。通过多个推送机构300分段(串联)传输，可将全程的固体重力储能元件分段串联，接力推送。可以将多个重力储能元件100分段进行推送，这样所述推送机构300只需要负责将部分重力储能元件100推送一段距离，从而避免整个固体重力流的推力集中，而如果固体重力流的推力集中，对整个推送机构300的结构强大非常大，零部件无法承受这样集中的推力。分段设置的推送机构300，使动力分散，使得在有限的材料强度条件下，满足大海拔高差的总推力要求。而且连续顶推的过程使重力储能元件100能源源不断的进行上升或下降，如同水流一样，在功能时间段内，保持连续的单方向不间断运动，其转运效率高，设备利用效率高。

本实施例的具体结构中，为方便结构描述，倾斜段230的倾斜方向为沿从下到上的方向由前向后倾斜。那么所述低海拔段210位于前下方，高海拔段220位于后上方。垂直于前后方向和上下方向的方向为左右方向。以下各结构的描述均以该方向设定作为参考。

如图1、图7所示，本固体重力流运载设备还包括水平推移机构500，所述水平推移机构500设置在所述转移轨道200的低海拔段210和高海拔段220。以储能过程为例，低海拔段210上的水平推移机构500将重力储能元件100输送到推送机构300上，通过多级推送机构300将重力储能元件100沿着倾斜段230进行连续顶推，使重力储能元件100在转移轨道200上依次抵靠上推，推到高海拔段220后，高海拔段220上的水平推移机构500将重力储能元件100进行水平输送移开。这样实现快速储能。

在地面上铺设有轨基510，在轨基510上铺设有两条增高轨台520，两条增高轨台520分别位于左右两侧镜像对称设置，所述转移轨道200设置有两条，两条所述转移轨道200分别位于左右两侧的增高轨台520上。本实施例中的所述水平推移机构500包括：滑道530，滑枕540，伸缩组件550，以及直线电机560。所述滑道530与所述转移轨道200同向设置，且所述滑道530设置有两条，两条所述滑道530分别设置在左右两侧的增高轨台520上，所述滑道530位于增高轨台520内侧的台阶上，使所述滑道530低于所述转移轨道200。通过增高轨台520的设置，使两条转移轨道200之间有足够的空间安装水平推移机构500，从而使结构合理，系统更稳定。所述滑枕540滑移设置在所述滑道530上，所述滑枕540与所述滑道530之间的接触面的截面形状为V形，这样滑枕540上接触面的内壁对所述滑道530限位，从而使滑枕540与所述滑道530更稳定的移动。所述伸缩组件550设置在所述滑枕540上，并通过伸缩而连接或脱离所述重力储能元件100。所述直线电机560设置在所述滑枕540下方，并连接所述滑枕540。具体为，所述直线电机560的定子561沿所述转移轨道200的延伸方向(前后方向)铺设，所述直线电机560的动子562在定子561的驱动下，沿前后方向移动，从而使动子562带动所述滑枕540沿前后方向移动，所述滑枕540上设置的伸缩组件550上的伸缩舌551可进行上下伸缩，在重力储能元件100的底部设置有与所述伸缩舌551相配的卡槽(图示中未标注)。在将重力储能元件100放置在转移轨道200上时，所述伸缩组件550将伸缩舌551上升，卡嵌到底部卡槽内，从而将重力储能元件100连接到了滑枕540上，通过滑枕540的移动而带动重力储能元件100沿前后方向移动，当将重力储能元件100移动到倾斜段230上的推送机构300上时，所述伸缩组件550将伸缩舌551下降，由推送机构300斜向上推送重力储能元件100。易于想到，所述水平推移机构500也可以是链传动机构，滚珠丝杆推送机构等。

如图2、图4、图5所示，本实施例中的所述推送机构300包括位于左右两侧的两个链传动组件310，以及设置在两个所述链传动组件310之间的传力件320，传力件320用于连接所述重力储能元件100。通过链传动组件310的转动，带动传力件320运动，从而通过传力件320推动所述重力储能元件100。实现重力储能元件100的不断上推。所述链传动组件310包括：主动链轮311，从动链轮312，以及套设在所述主动链轮311和所述从动链轮312上的链条313，所述链条313沿倾斜段230的延伸方向设置。所述传力件320连接在两侧所述链条313上。另外，为实现链传动组件310的传动功能，在轨基510上设置有底座(图示中未画出)，在底座上设置轴承支座，所述轴承支座上设置有主动轴314以及其他机械构件。所述主动轴314连接所述电能动能转换机构400和所述主动链轮311。储能时，电网通过变流器对电能动能转换机构400供电，电能动能转换机构400将电网410输入的电能转换为旋转的机械动力，通过联轴器315传递给主动轴314，主动轴314带动主动链轮311转动，转动的主动链轮311带动链条313转动，通过链条313带动传力件320沿倾斜方向循环移动，从而将旋转运动转换为向上的直线运动，通过传力件320推动重力储能元件100顺着斜坡向上运动。释能时，重力储能元件100在重力作用下，顺沿转移轨道200的倾斜段230向下作直线运动，通过重力储能元件100带动传力件320移动，传力件320带动链条313运动，从而带动主动链轮311转动，进而带动主动轴314转动，将直线运动转换为旋转运动驱动电能动能转换机构400，此时的电能动能转换机构400呈发电状态，将机械旋转动力转换为电能，输入电网410。电能动能转换机构的能量转换元件是采用旋转电机，旋转电机的能量转换效率要高于直线电机，这样能量转换效率更高。

如图4、图5所示，本实施例中的两个所述链传动组件310的主动链轮311均连接在所述主动轴314上，这样通过一个主动轴314同步带动左右两侧的主动链轮311同步转动，实现左右两侧的链条313同步输送。另外，左右两侧的两个从动链轮312也通过一杆轴进行连接，使两个从动链轮312实现同步转动。

如图4所示，所述推送机构300上设置有制动机构600，所述制动机构600包括：制动鼓610，以及制动闸片620。所述制动鼓610连接在所述主动轴314背离所述电能动能转换机构400的一端，所述制动闸片620用于抵靠所述制动鼓610。具体工作原理为：电能动能转换机构400在通电后带动主动轴314转动，当需要主动轴314需要停止，即链传动组件310停止传动，那么当电能动能转换机构400断电后，由于惯性，使主动轴314不会立即停止转动。而且由于转移轨道上的重力储能元件100的重力的推动作用，会向下移动，需要通过制动机构600使升降通道停止运行，那么启动制动机构600，使制动闸片620抱紧制动鼓610，从而将主动轴314抱死制动。使链传动组件310立即停止传动。

易于想到，电能动能转换机构400可以是电动机和发电机分开设置(图示中未画出)，电动机和发电机通过离合器可分别与所述主动轴314连接，从而当需储能时，启动离合器，使电动机与主动轴314连接，电动机通电后带动主动轴314转动，从而实现链传动组件310的转动，带动重力储能元件100上升。当需要释能时，启动离合器，使发电机与主动轴314连接，重力储能元件100下降，带动链传动组件310运动，进而通过主动轴314带动发电机转动，使发电机进行发电。本实施例中为优化结构，所述电动机和发电机采用同一结构，在通电时，实现电动机的功能，带动主动轴314转动。另外当主动轴314由于重力储能元件100的驱动下而转动时，实现发电机的功能。

实施例二

如图8、图9所示，基于相同的构思，在实施例一的基础上，本实用新型还提出一种重力储能元件100，用于如上所述的固体重力流运载设备；所述重力储能元件100与所述传力件320配合使用，所述重力储能元件100包括储能元件体110，以及轨道轮120。所述轨道轮120转动设置在所述储能元件体110上，并抵靠在所述转移轨道200上移动。所述轨道轮120设置有多个，多个轨道轮120分别抵靠在两侧的所述转移轨道200上。这样通过轨道轮120对储能元件体110进行支撑，并减少储能元件体110在转移轨道200上的摩擦力，使储能元件体110能更稳定在转移轨道200上移动。

重力储能元件100可以是一种成型的固体重块，重量按不同储能电站机组配置，在20～200吨分设多个标准等级。材料选择可以是铸钢加工件，可以混凝土构件，还可以是以钢构件外壳内部填充其它固体材料的结构件。另外，所述重力储能元件100还可以是带有内腔的壳体，通过在壳体内填充介质而形成重力储能元件100，例如自然界可得到的水、砂石等，这样可以节约重力储能元件100的制造成本。

如图6所示，实施例一中的固体重力流运载设备中的传力件320包括传力杆321，所述传力杆321设置有多根，多根所述传力杆321，所述传力杆321的左右两侧通过销轴316采用过盈配合的连接方式分别与左右两侧的链条313相连接，这样连接结构简单，固定牢固，所述传力杆321在链条313上的位置不易变形。易于想到所述传力件320还可以是其他传力结构，如挂钩，推板等等。

如图8所示，重力储能元件100还包括：设置在所述储能元件体110上的钩齿140。所述钩齿140挂勾所述传力杆321并传递力矩。具体结构中，所述储能元件体110的底部设置有齿条板130，多个所述钩齿140设置在所述齿条板130上，所述钩齿140的弯钩141方向朝向低海拔段210的一侧，即所述钩齿140的弯钩141方向朝前。这样当链传动组件310带动传力杆321移动时，沿从下到上的方向移动，从而传力杆321能移动到钩齿140位置，并挂勾到钩齿140的弯钩141内，从而推动所述储能元件体110向上移动。当储能元件体110下滑时，钩齿140滑动到传力杆321所在位置，并通过钩齿140的弯钩141抵靠所述传力杆321，从而带动工链条313转动。所述钩齿140朝向高海拔段220的一侧设置为斜面142，所述斜面142沿从下到上的方向由前到后倾斜，这样斜向设置，使钩齿140与齿条板130的连接结构强度高，钩齿140不易折断，且斜面142不易于链条313上的传力杆321产生干涉。

如图8所示，本实施例中的所述储能元件体110的一端设置有顶推凹台150，另一端设置有顶推凸台160。其中一个所述重力储能元件100的所述顶推凹台150用于抵靠相邻的另一所述重力储能元件100的所述顶推凸台160。具体结构中，当重力储能元件100被推动时，多个重力储能元件100是依次进行抵接的，当最下方的重力储能元件100被推送机构300或者水平推移机构500进行推动时，可以将相互抵接的多个重力储能元件100同时进行推动，从而多个重力储能元件100之间形成连续顶推。因此，在储能元件体110的前端面与后端面分别设置有顶推凸台160和顶推凹台150。所述顶推凸台160的顶面为凸状球面。所述顶推凹台150的顶面为凹状球面。这样呈凸状球面的顶推凸台160能嵌入到凹状球面的顶推凹台150中，使多个重力储能元件100形成依次平稳抵接。且呈凸状球面的顶推凸台160能在凹状球面的顶推凹台150中有一定的旋转活动空间，从而使重力储能元件100由低海拔段210过渡到倾斜段230，由倾斜段230过渡到高海拔段220时，仍能保持抵靠状态，实现平稳过渡。

所述重力储能元件100的上表面设置有钩齿陷槽170，以及滚轮陷槽171。当重力储能元件100堆叠时，所述钩齿陷槽170用于容纳相邻的另一所述重力储能元件100的钩齿140，所述滚轮陷槽171用于容纳相邻的另一所述重力储能元件100的轨道轮120。这样就便于将重力储能元件100进行堆叠。

所述重力储能元件100的左右侧面上分别设置有吊挂部180。通过吊挂部180可便于重力储能元件100的搬运，例如到达高海拔段220后，可通过吊车勾住吊挂部180，将重力储能元件100转移出转移轨道200，移动到专门的堆叠区域。本实施例中的所述吊挂部180为吊装抠槽181，所述吊装抠槽181设置有多个，并分别开设在重力储能元件100的左右两侧的上部四角上。吊装抠槽181的上槽壁平行于水平面或者倾斜设置，若为倾斜设置，则由槽口向内的方向沿下方到上方倾斜。这样在吊装时更牢固，吊装更方便。

因此，上述实施例的工作原理为：当需要进行储能时，电能动能转换机构400通电，作为电动机运行，将电网410的电能转换为重力储能元件100向上位移的动能，顶推重力储能元件100从低海拔向高海拔运动。电能动能转换机构400通过联轴器315将机械旋转动力传递至推送机构300，推送机构300通过主动轴314带动左右两侧的主动链轮311转动，进而通过链条313将旋转运动转换为向上的单向直线运动；转动的左右两侧的链条313通过销轴316将力矩传递至传力杆321，传力杆321通过与重力储能元件100底部的钩齿140进行勾挂啮合，推动重力储能元件100向上运动；该向上运动的力通过依次互相抵靠的重力储能元件100后部顶推凸台160与相邻的上一重力储能元件100前部顶推凹台150相接触进行推力传递，把向上运动的力传递至上一重力储能元件100，推动上一重力储能元件100向上运动；从低海拔段210至高海拔段220之间的倾斜端的全程，下一重力储能元件100后部顶推凸台160与上一块的重力储能元件100前部顶推凹台150首尾块块相连，从低海拔段210入口延伸至高海拔段220出口，在倾斜段230上的推送机构300的动力驱动下，重力储能元件100连续不断地从低海拔段210推向高海拔段220。重力储能元件100吸收了从低海拔到高海拔的动能形成了位差势能，实现储能。

当需要进行储能时，推送机构300逆运行。在转移轨道200的倾斜段230上，全程的重力储能元件100首尾相连在重力作用下顶推着顺沿转移轨道200的倾斜段230连续地向低海拔段210作直线运动。在倾斜段230，重力储能元件100底部的钩齿140与链传动组件310上的传力杆321啮合，转移轨道200的倾斜段230上全程重力储能元件100的重力通过传力杆321传递至链条313，拉动链条313作受倾斜的转移轨道200约束的直线运动，链条313拉动主动链轮311，转换为主动链轮311的旋转运动，主动链轮311通过主动轴314与电能动能转换机构400通过联轴器315同轴连接，旋转的机械动力驱动电能动能转换机构400旋转发电，电能动能转换机构400的绕组与电网410接入装置电连接，将电力反馈输入电网410。

实施例三

如图10所示，基于相同的构思，在实施例一或者实施例二的基础上，本实用新型还提出一种储能系统，包括如上所述的固体重力流运载设备，以及多个重力储能元件100、低海拔堆场700和高海拔堆场710；所述重力储能元件100与所述推送机构300分离或连接，所述低海拔段210贯穿所述低海拔堆场700，所述高海拔段220贯穿所述高海拔堆场710。当所述储能系统储能时，所述低海拔堆场700用于向所述低海拔段210推送所述重力储能元件100，所述高海拔堆场710用于从所述高海拔段220接收并存储所述重力储能元件100。当所述储能系统释能时，所述高海拔堆场710用于向所述高海拔段220输送所述重力储能元件100，所述低海拔堆场700用于从所述低海拔段210接收并存储所述重力储能元件100。这样使空间能充分利用，存放更多的重力储能元件100。

如图11所示，所述低海拔堆场700和高海拔堆场710均安装有装卸、堆垛重力储能元件100的行车720，所述行车720沿所述转移轨道200的延伸方向垂直排列。所述行车720设置有多台，多台所述行车720交替装载或卸载所述转移轨道200上的重力储能元件100。以确保升降通道的固体重力流的形成。

重力储能元件100的低海拔堆场700与高海拔堆场710分处在转移轨道200所形成的升降通道的低海拔与高海拔两端，低海拔堆场700上设置转移轨道200的低海拔段210，高海拔堆场710上设置转移轨道200的高海拔段220，低海拔段210和高海拔段220分别连接中间的倾斜段230，从而构成重力储能元件100从低海拔堆场700到高海拔堆场710的联通通道。重力储能元件100的高、低海拔堆场700基本构造和设备配置相同，在储能元件堆场地上安装有装卸、堆垛重力储能元件100的行车720，行车720沿转移轨道200的延伸方向垂直排列；排列数量根据储能规模设计，每个堆场不少于20行行车720工作区。每个行车720工作区设有二台行车720，二台行车720交替卸载转移轨道200上的重力储能元件100，并转移至堆垛位。所述低海拔堆场700和所述高海拔堆场710上均设有装卸段740，缓存段730，堆场750，其均以地势平整场地为优选。但也可根据地形条件依地势建造。其中所述装卸段740设置在靠近转移轨道200的倾斜段230的一侧，用于将转移轨道200上的重力储能元件100移动到缓存段730，缓存段730用于缓存将要会输送或输送来的重力储能元件100，所述堆场750设置在远离倾斜段230的一侧，用于存放重力储能元件100。

如图10所示，所述储能系统还包括系统主控制器800，低海拔堆场控制组件810和所述高海拔堆场控制组件820，所述低海拔堆场控制组件810用于控制低海拔堆场的设备运行，所述高海拔堆场控制组件820用于控制高海拔堆场的设备运行，所述系统主控制器800分别电连接所述低海拔堆场控制组件810和所述高海拔堆场控制组件820，并分别控制所述低海拔堆场控制组件和所述高海拔堆场控制组件。所述电能动能转换机构400电连接变流器830，所述变流器830分别电连接系统主控制器800以及电网410。实现储能系统的自动化控制。

综上所述，本实用新型提出的一种固体重力流运载设备、重力储能元件及储能系统，其中，通过铺设转移轨道200，使重力储能元件100能沿转移轨道200定向上升或者定向下降，当进行储能时，电能动能转换机构400将电能转换为机械动能，驱动多个所述推送机构300运动，并多个所述推送机构300运动带动多个所述重力储能元件100沿倾斜段230由低海拔段210连续顶推到高海拔段220。当进行释能时，所述重力储能元件100沿倾斜段230由所述高海拔段220连续顶推到低海拔段210下滑形成重力作用，多个所述推送机构300通过多个所述重力储能元件100的重力作用而运动，并带动对应的所述电能动能转换机构400将机械动能转换为电能。从而实现了电能的储存与释放。在电能充足时，将电能转化为机械能将重力储能元件100推送到高处，形成重力势能进行储存；在电能短缺时，实现将储存在高处的重力储能元件100的重力释能转换为电能。而且多个多个重力储能元件100在推送时形成固体重力流，整个转移轨道200上的固体重力流所需要的驱动力就非常大，因此所述推送机构300分段设置，可以将多个重力储能元件100分段进行推送，这样所述推送机构300只需要负责将部分重力储能元件100推送一段距离，从而避免整个固体重力流的推力集中，而如果固体重力流的推力集中，目前技术无法提供足够的动力，且对整个推送机构300的结构强大非常高，零部件无法承受这样集中的推力。分段设置的推送机构300避免推力集中，减轻结构负担，增强设备的稳定性，设备不易坏，减少了维护成本。而且连续顶推的过程使重力储能元件100能源源不断的进行上升或下降，如同水流一样，在功能时间段内，保持连续的单方向不间断运动，设备利用效率高。且本固体重力流运载设备可直接利用高山斜坡就能铺设，或形成高低海拔的高低差结构进行铺设，相比抽水蓄能来说，其地形要求低，适用性广。因此利用丰富具有高原高海拔与盆地(平原)低海拔之间的大海拔高差的地形地理资源，以满足能源转型所需的超大规模储能的资源保障。同时，最大限度地利用海拔高差，提高单位质量的能量密度，以减少固体储能元件用量和土地的占用。并且本运载设备不用变频、变速装置，结构简单，最大程度地减少工程投资和日常维护成本。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种固体重力流运载设备，用于转移重力储能元件，其特征在于，包括：

转移轨道，所述转移轨道具有低海拔段和与所述低海拔段相对的高海拔段，以及位于所述低海拔段与高海拔段之间的倾斜段，并用于使所述重力储能元件的定向移动；

推送机构，所述推送机构设置有多个，多个所述推送机构沿所述转移轨道的倾斜段设置；

电能动能转换机构，所述电能动能转换机构设置有多个并对应连接多个所述推送机构；

多个所述推送机构通过对应的所述电能动能转换机构的驱动而运动，并带动多个依次抵靠的所述重力储能元件沿倾斜段由低海拔段连续顶推到高海拔段；或者

多个所述推送机构通过多个依次抵靠的所述重力储能元件的重力作用而运动，并带动对应的所述电能动能转换机构将机械动能转换为电能，其中重力作用由所述重力储能元件沿倾斜段由所述高海拔段连续顶推到低海拔段下滑形成。

2.根据权利要求1所述的固体重力流运载设备，其特征在于，所述推送机构包括位于两侧的两个链传动组件，以及设置在两个所述链传动组件之间的传力件；

所述链传动组件包括：主动链轮，从动链轮，以及套设在所述主动链轮和所述从动链轮上的链条，所述链条沿倾斜段的延伸方向设置；

所述传力件连接在两侧所述链条上，并用于连接所述重力储能元件。

3.根据权利要求2所述的固体重力流运载设备，其特征在于，所述推送机构还包括主动轴，两个所述链传动组件的主动链轮均连接在所述主动轴上；

所述电能动能转换机构连接在所述主动轴上；

所述推送机构上设置有制动机构，所述制动机构包括：

制动鼓，所述制动鼓连接在所述主动轴背离所述电能动能转换机构的一端；

制动闸片，所述制动闸片用于抵靠所述制动鼓。

4.根据权利要求2所述的固体重力流运载设备，其特征在于，所述固体重力流运载设备还包括水平推移机构，所述水平推移机构设置在所述转移轨道的低海拔段和高海拔段；

所述水平推移机构包括：滑道，所述滑道与所述转移轨道同向设置；

滑枕，所述滑枕滑移设置在所述滑道上；

伸缩组件，所述伸缩组件设置在所述滑枕上，并通过伸缩而连接或脱离所述重力储能元件；以及

直线电机，所述直线电机设置在所述滑枕下方，并连接所述滑枕。

5.一种重力储能元件，其特征在于，用于如权利要求2-4任一所述的固体重力流运载设备；其中，所述传力件包括传力杆；

重力储能元件包括：储能元件体，以及设置在所述储能元件体上的钩齿；

所述钩齿挂钩所述传力杆并传递力矩。

6.根据权利要求5所述的重力储能元件，其特征在于，所述储能元件体的一端设置有顶推凹台，另一端设置有顶推凸台；

其中一个所述重力储能元件的所述顶推凹台用于抵靠相邻的另一所述重力储能元件的所述顶推凸台。

7.根据权利要求5所述的重力储能元件，其特征在于，所述重力储能元件还包括：轨道轮，所述轨道轮转动设置在所述储能元件体上，并抵靠在所述转移轨道上移动；

所述转移轨道设置有两组，两组所述转移轨道位于左右两侧，所述轨道轮设置有多个，多个轨道轮分别抵靠在两侧的所述转移轨道上。

8.根据权利要求5所述的重力储能元件，其特征在于，所述重力储能元件的上表面设置有钩齿陷槽，以及滚轮陷槽；

当重力储能元件堆叠时，所述钩齿陷槽用于容纳相邻的另一所述重力储能元件的钩齿，所述滚轮陷槽用于容纳相邻的另一所述重力储能元件的轨道轮；

所述重力储能元件的左右侧面上分别设置有吊挂部。

9.一种储能系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一所述的固体重力流运载设备，以及多个重力储能元件、低海拔堆场和高海拔堆场；所述重力储能元件与所述推送机构分离或连接，所述低海拔段贯穿所述低海拔堆场，所述高海拔段贯穿所述高海拔堆场；

当所述储能系统储能时，所述低海拔堆场用于向所述低海拔段输送所述重力储能元件，所述高海拔堆场用于从所述高海拔段接收并存储所述重力储能元件；

当所述储能系统释能时，所述高海拔堆场用于向所述高海拔段输送所述重力储能元件，所述低海拔堆场用于从所述低海拔段接收并存储所述重力储能元件。

10.根据权利要求9所述的储能系统，其特征在于，所述低海拔堆和所述高海拔堆场均安装有装卸、堆垛重力储能元件的行车，所述行车沿所述转移轨道的延伸方向垂直排列；

所述行车设置有多台，多台所述行车交替装载或卸载所述转移轨道上的重力储能元件。

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