CN218939130U - 一种重力储能的发电模型及其应用的重力储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种重力储能的发电模型及其应用的重力储能系统，包括呈同轴依次连接的发电机、离合器以及双伸轴式电动机，发电机、离合器以及双伸轴式电动机分别与变频控制器控制连接；位能负载在双伸轴式电动机的驱动下沿正方向上升或沿负方向下降或停止；当离合器处于断开状态时，位能负载在双伸轴式电动机的驱动下沿正方向上升，实现储能；当离合器处于锁紧状态时，位能负载在双伸轴式电动机的驱动下沿负方向下降，实现发电；本实用新型有效控制了发电机和电动机转速，提升了位能负载的传动效率和发电机输出电能的质量，节约了电机转子励磁的电能且维护成本低，有效延长了重力储能系统的使用寿命，同时明显降低了寿命周期内的维护费用。

Description

一种重力储能的发电模型及其应用的重力储能系统

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，具体涉及了一种重力储能的发电模型，本实用新型还涉及了该发电模型应用的重力储能系统。

背景技术

为了适应碳达峰的要求，国家大力发展清洁能源发电项目，如风力发电、太阳能光伏发电、潮汐发电等可再生无污染能源，从而减少化石燃料燃烧发电产生的碳排放。但清洁能源发电资源和电力负荷往往不匹配，尤其在夜间沿海一带风力发电的电网侧需求减少，电力难以消纳。通过储能可以将电力储存或转化成其它形式的能量储存，从而在用电高峰时释放产生电能，可以协同电网进行电力调峰。

目前，常用的发电模型依靠负载直接驱动发电机或者通过皮带轮连接发电机进行发电并网，存在发电质量不稳定、位置控制精度低的问题，特别在做重力储能时，在高度高达100m以上、负载重量高达1000kg以上，由于吊装系统的弹性变形，齿轮系统或皮带轮系统磨损使得控制上下运行速度和抓取负载存在诸多困难，效率偏低。

本申请人决定寻求技术方案来解决以上技术问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种重力储能的发电模型及其应用的重力储能系统，有效控制了发电机和电动机转速，提升了位能负载的传动效率和发电机输出电能的质量，节约了电机转子励磁的电能且维护成本低，有效延长了重力储能系统的使用寿命，同时明显降低了寿命周期内的维护费用。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种重力储能的发电模型，包括呈同轴依次连接的发电机、离合器以及双伸轴式电动机，其中，

所述发电机、离合器以及双伸轴式电动机分别与变频控制器控制连接；

所述双伸轴式电动机与位能负载传动连接，通过所述变频控制器的控制，所述位能负载在所述双伸轴式电动机的驱动下沿正方向上升或沿负方向下降或停止；

在所述变频控制器的控制下，所述离合器在发电机与双伸轴式电动机之间选择性断开或锁紧，当所述离合器处于断开状态时，所述位能负载在所述双伸轴式电动机的驱动下沿正方向上升，实现储能；当所述离合器处于锁紧状态时，所述位能负载在所述双伸轴式电动机的驱动下沿负方向下降，实现发电。

优选地，所述变频控制器与电能双馈单元连接，其中，所述电能双馈单元至少包括储能电池和公共电网，所述储能电池向作为处于待机状态时的所述变频控制器提供低压电源，所述变频控制器处于工作状态时，将所述发电机输出的交流电处理后并网至所述公共电网中。

优选地，所述电能双馈单元还包括光伏发电单元，所述光伏发电单元的电力输出端分别连接所述储能电池和公共电网；所述储能电池或公共电网向处于工作状态时的所述变频控制器提供中压和/或低压电源。

优选地，所述发电机为变频永磁同步电机，其运转时产生三相交流电进入到所述变频控制器中，然后并入所述电能双馈单元；所述双伸轴式电动机为变频永磁同步电机，其转矩、方向和速度均由所述变频控制器控制，使得所述位能负载根据预设的曲线运行指令进行精确位移。

优选地，所述双伸轴式电动机通过传动单元与所述位能负载传动连接；其中，所述传动单元包括设有升降索的卷筒，所述卷筒与所述双伸轴式电动机安装连接，所述升降索的下端安装连接用于定位转移所述位能负载的机械手。

优选地，所述机械手在位能负载的升降通道内进行选择性上升、下降或停止，其中，

所述机械手对应设有位移传感器和视觉传感器，所述位移传感器与所述变频控制器通信连接；

所述升降通道与在正、负方向上呈堆叠分布的多个横向通道层对应，各横向通道层分别设有与所述视觉传感器通信连接的二维码挡板。

优选地，所述双伸轴式电动机与所述传动单元之间设有抱轴制动器，所述抱轴制动器与所述变频控制器控制连接，根据所述变频控制器发出的指令执行制动或解除制动。

优选地，所述抱轴制动器制动的状态包括储能制动和发电制动，/和紧急制动，/和安全制动，其中，

所述储能制动是指所述位能负载完成指定储能需求，且所述变频控制器通过所述视觉传感器检测识别到对应二维码挡板时，所述抱轴制动器执行制动；

所述发电制动是指所述位能负载完成指定储存需求，且所述变频控制器通过所述视觉传感器检测识别到所述二维码挡板时，所述抱轴制动器执行制动；

所述紧急制动是指所述位能负载在升降通道的任意位置时，所述抱轴制动器执行制动；

所述安全制动是指所述位能负载在升降通道的任意位置时，通过人工操作操作所述抱轴制动器执行制动。

优选地，所述抱轴制动器位具有双重冗余的制动器；所述变频控制器设有紧急制动电阻，用于避免所述位能负载超速时吸收直流母线上的过大电流，避免电压过高而跳闸。

优选地，一种重力储能系统，包括固定安装在地基上的重力储能并行框架，该重力储能并行框架包括在正、负方向上分别呈间隔分布的上储能层区域和下储存层区域，所述上储能层区域和下储存层区域之间设有用于容纳位能负载进行上下位移的升降通道；

所述上储能层区域包括若干在正、负方向上呈堆叠分布的储能层，所述下储存层区域包括若干在正、负方向上呈堆叠分布的储存层，所述位能负载选择性位于所述储存层或储能层中，所述储存层和储能层均作为横向通道层；所述重力储能系统采用如上所述的发电模型实现发电储能。

本实用新型提出了采用变频控制器控制双伸轴式电动机驱动位能负载，同时在同轴方向上通过离合器连接发电机，在变频控制器的控制下，实现位能负载沿正方向或负方向的上升、下降或停止，从而实现储能发电的发电模型方案，有效控制了发电机和电动机转速，提升了位能负载的传动效率和发电机输出电能的质量，节约了电机转子励磁的电能且维护成本低，有效延长了重力储能系统的使用寿命，同时明显降低了寿命周期内的维护费用。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式下发电模型的连接结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式下位能负载2通过在升降通道14内的上下升降状态变化图；

图3是本实用新型具体实施方式下重力储能系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

请参见图3所示，一种重力储能系统，包括固定安装在地基11上的重力储能并行框架，其中优选地，重力储能并行框架可具体采用由金属型材和紧固件连接而成的稳定可靠结构，在实际制造时，可以采用装配式生产工艺，安装效率高；优选地，在本实施方式中，通过地基11支撑重力储能并行框架的运行，地基11具体采用钢架混凝土浇筑而成，使得重力储能并行框架整体寿命可达40年以上，寿命周期成本低；该重力储能并行框架包括在正、负方向上分别呈间隔分布的上储能层区域12和下储存层区域13，上储能层区域12和下储存层区域13之间设有用于容纳位能负载进行上下位移的升降通道14；上储能层区域12包括若干在正、负方向上呈堆叠分布的储能层12a(在横向上可呈X向分布和/或Y向分布设置)，下储存层区域13包括若干在正、负方向上呈堆叠分布的储存层13a(在横向上可呈X向分布和/或Y向分布设置)，位能负载2通过在升降通道14内的位移选择性位于储存层13a或储能层12a中，储存层12a和储能层13a均作为横向通道层；优选地，在本实施方式中，上储能层区域12与下储存层区域13之间设有中间层区域15，中间层区域15作为上储能层区域12与下储存层区域13在正、负方向上的扩展区域，在实际工作时，中间层区域15可以作为上储能层区域12与下储存层区域13在正、负方向上的扩展单元，用于增加重力储能容量；优选地，在本实施方式中，上储能层区域12和下储存层区域13中的位能负载可采用外形、重量均相同的重力块，主要采用砂石和碳钢制造而成，当然也可以采用其他材质制成，本实施例对其不做任何限定。

进一步优选地，关于本申请实施例所采用的上储能层区域12和下储存层区域13结构可以直接参见本申请人的在先申请CN202210646622.6的相关结构，本申请对该部分不再重复展开说明。

在本实施方式中，如上所述重力储能系统中的至少1个升降通道14采用本实施例如下所述的发电模型实现发电储能；

请参见图1和图2所示，一种重力储能的发电模型，包括呈同轴依次连接的发电机3、离合器4以及双伸轴式电动机5，其中，在本实施方式中，发电机3、离合器4以及双伸轴式电动机5分别与变频控制器6控制连接；双伸轴式电动机5与位能负载2传动连接，通过变频控制器6的控制，位能负载2在双伸轴式电动机5的驱动下沿正方向上升或沿负方向下降或停止；在变频控制器6的控制下，离合器4在发电机3与双伸轴式电动机5之间选择性断开或锁紧，当离合器4处于断开状态时，位能负载2在双伸轴式电动机5的驱动下沿正方向上升，实现储能；当离合器4处于锁紧状态时，位能负载2在双伸轴式电动机5的驱动下沿负方向下降，实现发电。

本实施例具体在工作时，当离合器4断开时，发电机3与双伸轴式电动机5机械分离，两者之间无力矩传递；当离合器4锁紧时，发电机3与双伸轴式电动机5机械吸合，两者之间传递相等力矩。

优选地，在本实施方式中，变频控制器6与电能双馈单元7连接，其中，电能双馈单元7至少包括储能电池7a和公共电网7b，储能电池7a向作为处于待机状态时的变频控制器6提供低压电源，变频控制器6处于工作状态时，将发电机3输出的交流电处理后并网至公共电网7b中；进一步优选地，电能双馈单元7还包括光伏发电单元7c，光伏发电单元7c的电力输出端分别连接储能电池7a和公共电网7b；储能电池7a或公共电网7b向处于工作状态时的变频控制器6提供中压和/或低压电源；在实际工作时，光伏发电单元7c的光伏板布置在重力储能并行框架的顶部和侧面并接受阳光照射，所产生的发电电能提供给储能电池7a和公共电网7b。

优选地，在本实施方式中，发电机3为变频永磁同步电机，其运转时产生三相交流电进入到变频控制器6中，然后并入电能双馈单元7；双伸轴式电动机5为变频永磁同步电机，其转矩、方向和速度均由变频控制器6控制，使得位能负载2根据预设的曲线运行指令进行精确位移。

优选地，在本实施方式中，双伸轴式电动机5通过传动单元与位能负载2传动连接；其中，传动单元包括设有升降索8b的卷筒8a，卷筒8a与双伸轴式电动机5安装连接，升降索8b的下端安装连接用于定位转移位能负载2的机械手8c；其中优选地，机械手8c在位能负载2的升降通道14内进行选择性上升、下降和停止，其中，机械手8c对应设有位移传感器9a和视觉传感器9b，位移传感器9a与变频控制器6通信连接，在实际工作时，位移传感器9a检测机械手8c的位置并反馈信号给变频控制器6从而确保双伸轴式电动机5按预设程序进行精确的曲线加速、减速和匀速运动，控制过程精准灵活可靠；升降通道14与在正、负方向上呈堆叠分布的多个横向通道层(具体包括各储存层13a或各储能层12a)对应，各横向通道层分别设有与视觉传感器9b通信连接的二维码挡板9c(具体可以为设有二维码的结构件，其形状不局限为板状)。

优选地，在本实施方式中，双伸轴式电动机5与传动单元之间设有抱轴制动器10，抱轴制动器10与变频控制器6控制连接，根据变频控制器6发出的指令执行制动或解除制动；优选地，在本实施方式中，抱轴制动器10位具有双重冗余的制动器；抱轴制动器10制动的状态包括储能制动，发电制动，紧急制动以及安全制动，其中，

储能制动是指位能负载2完成指定储能需求，且变频控制器6通过视觉传感器9b检测识别到对应二维码挡板9c时，抱轴制动器10执行制动；

发电制动是指位能负载2完成指定储存需求，且变频控制器6通过视觉传感器9b检测识别到二维码挡板9c时，抱轴制动器10执行制动；

紧急制动是指位能负载2在升降通道14的任意位置时，抱轴制动器10执行制动，具体可以用于是双伸轴式电动机5或发电机3发生故障时的紧急制动，或变频控制器6发生断电时的紧急制动，或变频控制器6因程序丢失而发生超速等故障时的紧急制动等；

安全制动是指位能负载2在升降通道14的任意位置时，通过人工操作操作抱轴制动器10执行制动，主要用于危险状态、检修状态等工况。

优选地，在本实施方式中，变频控制器6还设有紧急制动电阻，用于避免位能负载2超速时吸收直流母线上的过大电流，避免电压过高而跳闸。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包括一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种重力储能的发电模型，其特征在于，包括呈同轴依次连接的发电机、离合器以及双伸轴式电动机，其中，

所述发电机、离合器以及双伸轴式电动机分别与变频控制器控制连接；

所述双伸轴式电动机与位能负载传动连接，通过所述变频控制器的控制，所述位能负载在所述双伸轴式电动机的驱动下沿正方向上升或沿负方向下降或停止；

在所述变频控制器的控制下，所述离合器在发电机与双伸轴式电动机之间选择性断开或锁紧。

2.根据权利要求1所述的发电模型，其特征在于，所述变频控制器与电能双馈单元连接，其中，所述电能双馈单元至少包括储能电池和公共电网，所述储能电池向作为处于待机状态时的所述变频控制器提供低压电源，所述变频控制器处于工作状态时，将所述发电机输出的交流电处理后并网至所述公共电网中。

3.根据权利要求2所述的发电模型，其特征在于，所述电能双馈单元还包括光伏发电单元，所述光伏发电单元的电力输出端分别连接所述储能电池和公共电网；所述储能电池或公共电网向处于工作状态时的所述变频控制器提供中压和/或低压电源。

4.根据权利要求2所述的发电模型，其特征在于，所述发电机为变频永磁同步电机；所述双伸轴式电动机为变频永磁同步电机。

5.根据权利要求1所述的发电模型，其特征在于，所述双伸轴式电动机通过传动单元与所述位能负载传动连接；其中，所述传动单元包括设有升降索的卷筒，所述卷筒与所述双伸轴式电动机安装连接，所述升降索的下端安装连接用于定位转移所述位能负载的机械手。

6.根据权利要求5所述的发电模型，其特征在于，所述机械手在位能负载的升降通道内进行选择性上升、下降或停止，其中，

所述机械手对应设有位移传感器和视觉传感器，所述位移传感器与所述变频控制器通信连接；

所述升降通道与在正、负方向上呈堆叠分布的多个横向通道层对应，各横向通道层分别设有与所述视觉传感器通信连接的二维码挡板。

7.根据权利要求5所述的发电模型，其特征在于，所述双伸轴式电动机与所述传动单元之间设有抱轴制动器，所述抱轴制动器与所述变频控制器控制连接，根据所述变频控制器发出的指令执行制动或解除制动。

8.根据权利要求7所述的发电模型，其特征在于，所述抱轴制动器位具有双重冗余的制动器。

9.根据权利要求7所述的发电模型，其特征在于，所述变频控制器设有紧急制动电阻，用于避免所述位能负载超速时吸收直流母线上的过大电流，避免电压过高而跳闸。

10.一种重力储能系统，其特征在于，包括固定安装在地基上的重力储能并行框架，该重力储能并行框架包括在正、负方向上分别呈间隔分布的上储能层区域和下储存层区域，所述上储能层区域和下储存层区域之间设有用于容纳位能负载进行上下位移的升降通道；

所述上储能层区域包括若干在正、负方向上呈堆叠分布的储能层，所述下储存层区域包括若干在正、负方向上呈堆叠分布的储存层，所述位能负载选择性位于所述储存层或储能层中，所述储存层和储能层均作为横向通道层；所述重力储能系统采用如权利要求1-9之一所述的发电模型实现发电储能。

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