CN219953571U - 一种轨道运输重力储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述轨道运输重力储能系统，包括重力储能轨道车、用于停放重力储能轨道车的底部储存场和顶部储存场、位于底部储存场与顶部储存场之间并与它们衔接的能量转换主坡道、至少一条从底部储存场经能量转换主坡道延伸到顶部储存场的用于重力储能轨道车运行的干线轨道、电能动能转换及传动机构；顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡，底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡，且两储存场的干线轨道设置有驻车制动装置；电能动能转换及传动机构由曳引循环传动机构和电能动能转换机构组成，数量至少为一组，沿能量转换主坡道上的干线轨道设置。该轨道运输重力储能系统能进一步降低建造成本，提高运行效率和能源转换效率。

Description

一种轨道运输重力储能系统

技术领域

本实用新型属于重力储能技术领域，特别涉种轨道运输重力储能系统。

背景技术

风能、光伏等可再生能源发电不稳定，峰谷时段用电负荷差异大，对电网配电造成很大的压力，而储能系统可以有效平衡发电侧和用电侧的波动、提高发电站利用率和用电保障率、缓解输配电压力，因此配置储能系统已经成为了必然趋势。

已有的储能技术包括抽水蓄能、电化学储能和固体重力储能等形式。固体重力储能以其建设可以适应地形的变化及安全、环保、可靠、耐久受到重视，因此有不少重力储能系统的技术方案公开。中国专利CN102157951A公开了一种利用轨道机车运输的固体重力储能系统，利用电气化轨道机车运输储能和制动发电，虽然轨道承载重量大、运输效率高，但牵引/制动单元(双模式工作电机)配置较多，电气化轨道机车牵引条件下轨道坡度较小而摩擦力较大导致转换效率较低，电气化轨道机车储能系统建造成本过高。

中国专利CN109072887B公开了一种利用山顶电动绞盘缆索驱动轨道梭车运输的重力储能系统，与缆索连接的梭车包括多个带车轮的转向架、带升降平台的支撑框架，混凝土储能块在支撑框架上被运载，升降平台用于储能块装卸。中国专利CN113978489B公开了一种轨道运输储能系统及其运行方法，利用车载电机装置或山顶电动绞盘缆索驱动穿梭车运输，利用轨道两侧均布的多个升降机构将储能块装载和卸载。储能块是成型的固体重块，或者填充材料的钢筋混凝土腔体，或者子储能块堆叠并连接形成，储能块的底部与升降机构的支撑件接合位置设置金属板作为加强部件。穿梭车存在返空、运行效率较低，储能块及其加强部件成本高，升降机构增加了系统建造成本。

中国专利CN113653612A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，沿轨道设置的电机通过链轮、链条、重力储能元件下方的钩齿推动重力储能元件上行，而重力储能元件下行通过钩齿、链条、链轮带动发电机发电，并通过行车吊装实现重力储能元件的装、卸及堆垛。重力储能元件是成型的固体重块(铸钢加工件、混凝土构件)或者是填充介质的壳体，附设钩齿、顶推凹台、顶推凸台、轨道轮、钩齿陷槽、滚轮陷槽、吊挂部。大功率储能系统对链条的强度要求很高，功率上限受到链条强度的制约；为了防止弦线效益引起的震动限制了速度，而速度的制约要求在电机与链轮之间增加大功率、大扭矩的减速箱，不仅成本高而且能耗大；容易出现铰链磨损、链条节距变大、链条脱落的情况；重力储能元件结构复杂、造价高，逐个进行装载、卸载及堆垛，多台行车排队进出储能块转运位置，转运时运载设备和行车短时停顿等待装载或卸载，运载设备、行车及其相关电动和发电装置反复启停，启动能耗高而制动剩余动能被浪费，系统运行效率和能源转换效率低，投资和运行成本高；装载、卸载及堆垛定置定位精度要求高，自动化控制难以实现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的轨道运输重力储能系统，解决现有轨道运输重力储能系统中电动及发电装置过多配置、与重物可分离的穿梭车存在返空、与重物不分离的重物储能车结构复杂、装卸设备增加、储存场转载效率低、制动剩余动能浪费、电能动能转换及传动装置尺寸过大、大变速比变速器能耗高等问题，以进一步降低轨道运输重力储能系统的建造成本，提高运行效率和能源转换效率。

本实用新型所述轨道运输重力储能系统，包括重力储能轨道车、用于停放重力储能轨道车的底部储存场和顶部储存场、位于底部储存场与顶部储存场之间并与它们衔接的能量转换主坡道、至少一条从底部储存场经能量转换主坡道延伸到顶部储存场的用于重力储能轨道车运行的干线轨道、电能动能转换及传动机构；所述底部储存场和顶部储存场的结构及所述电能动能转换及传动机构的数量及设置有以下四种属于一个总的发明构思的技术方案：

1、所述顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡，所述底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡，且顶部储存场和底部储存场的干线轨道设置有驻车制动装置，用于阻止重力储能轨道车在重力作用下自发向能量转换主坡道方向滑动；所述电能动能转换及传动机构至少为一组，沿能量转换主坡道上的干线轨道设置；

2、或者所述顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡，且顶部储存场的干线轨道设置有驻车制动装置，用于阻止重力储能轨道车在重力作用下自发向能量转换主坡道方向滑动，所述底部储存场为非有效斜坡；所述电能动能转换及传动机构至少为两组，分别沿底部储存场和能量转换主坡道上的干线轨道设置；

3、或者所述底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡，且底部储存场的干线轨道设置有驻车制动装置，用于阻止重力储能轨道车在重力作用下自发向能量转换主坡道方向滑动，所述顶部储存场为非有效斜坡；所述电能动能转换及传动机构至少为两组，分别沿能量转换主坡道和顶部储存场上的干线轨道设置；

4、或者所述底部储存场和顶部储存场均为非有效斜坡，所述电能动能转换及传动机构至少为三组，分别沿底部储存场、能量转换主坡道和顶部储存场上的干线轨道设置。

本实用新型所述有效斜坡，其上所设置轨道的坡度足以支持静止状态的重力储能轨道车解除制动后能在重力作用下自发滑行驶入能量转换主坡道上的干线轨道，并且其上所设置轨道的坡度和长度足以支持驶出能量转换主坡道的重力储能轨道车在重力和摩擦力作用下自发减速到0；本实用新型所述非有效斜坡，其上所设置轨道的坡度不足以支持静止状态的重力储能轨道车解除制动后能在重力作用下自发滑行驶入能量转换主坡道上的干线轨道，或者其上所设置轨道的坡度和长度不足以支持驶出能量转换主坡道的重力储能轨道车在重力和摩擦力作用下自发减速到0，非有效斜坡上的轨道需设置电能动能转换及传动机构用于驱动行车和/或制动停车。

为扩大轨道运输重力储能系统容量，提高沿能量转换主坡道上干线轨道设置的电能动能转换及传动机构的利用率，本实用新型所述轨道运输重力储能系统中的顶部储存场和底部储存场还设置有多条用于停放重力储能轨道车的支线轨道，所述支线轨道通过道岔与干线轨道连接，并通过对应的电动转辙机转换道岔开通支线轨道。

上述轨道运输重力储能系统，所述能量转换主坡道的爬升坡度倾角α为15°～75°；当所述底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡时，斜坡的倾角β1为2°～15°；当所述顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡时，斜坡的倾角β2为2°～15°。

本实用新型所述轨道运输重力储能系统具有储能模式、释能模式、待机模式和应急模式。当系统为储能模式时，停放在底部储存场的重力储能轨道车对应的驻车制动装置解除制动，在重力作用下自发滑行或在电能动能转换及传动机构驱动下运行，驶入能量转换主坡道上的干线轨道，在电能动能转换及传动机构的驱动下上行，到达顶部储存场后，在重力和摩擦力作用下或在电能动能转换及传动机构制动下减速前进直到速度为0，利用地形和驻车制动装置将重力储能轨道车停在顶部储存场轨道上；当系统为释能模式时，停放在顶部储存场的重力储能轨道车对应的驻车制动装置解除制动，在重力作用下自发滑行或在电能动能转换及传动机构驱动下运行，驶入能量转换主坡道上的干线轨道，利用电能动能转换及传动机构中的发电装置进行制动发电，下行到达底部储存场后，在重力和摩擦力作用下或在电能动能转换及传动机构制动下减速前进直到速度为0，利用地形和驻车制动装置将重力储能轨道车停在底部储存场轨道上；当系统为待机模式时，驻车制动装置全部设为下滑制动状态，重力储能轨道车停在底部储存场或顶部储存场，电能动能转换及传动机构处于待机状态；当系统为应急模式时，驻车制动装置全部设为下滑制动状态，停在底部储存场和顶部储存场的部分重力储能轨道车维持制动，电能动能转换及传动机构切换到最大功率制动发电状态，已处于运动状态的部分重力储能轨道车在设置电能动能转换及传动机构的轨道上，利用电能动能转换及传动机构最大力矩制动，迅速减速，缓慢行驶，到达底部储存场后停车。

上述轨道运输重力储能系统中，重力储能轨道车包括轨道车和重力储能块，所述轨道车主要由车体及安装在车体左右两侧的轨道轮和设置在车体底部的车体传力件构成，所述车体可以为框架式结构、板式结构、箱体式结构，或者与重力储能块整体成型的块体，对于框架式结构、板式结构的车体，优选钢材冲压件、铸造件或钢筋混凝土制件；为保障系统用电和发电的均衡性，轨道车与重力储能块的总重量应统一标准。

作为一种优化方案，所述重力储能块位于轨道车的车体上，并与轨道车的车体固连。重力储能块为实心块体，或者由空心腔体与填充物组成的块体，或者由多个片状、条状、块状子储能体堆叠并连接形成；重力储能块与轨道车车体的固连方式包括拼接固连、成型加工固连或捆绑固连；所述拼接固连是在轨道车车体上设置凹槽或凸块，在重力储能块底面设置与所述轨道车车体上的凹槽或凸块匹配的凸块或凹槽，组合时使重力储能块底面设置的凸块插入轨道车车体上设置的凹槽或轨道车车体上设置的凸块插入重力储能块底面设置的凹槽，实现重力储能块与轨道车车体的固连；所述成型加工固连是将轨道车的车体作为底板，在车体周边设置可拆装的侧板组成模具，向该模具中加入制备重力储能块的填料再夯筑成型并保持一定时间，形成与轨道车车体固连的重力储能块，然后再拆除车体周边设置的侧板，所述填料可以是固体废弃物(建筑废料、工业废料或其他废弃物)与粘结材料组成的混合料，也可以是混凝土浆料；所述捆绑固连是在轨道车车体上设置吊钩或吊耳，通过与吊钩或吊耳连接的绳索的捆绑实现重力储能块与轨道车车体的固连。

作为一种优化方案，所述车体传力件为多个凸块，各凸块沿车体的中轴线相隔一定间距设置在车体底部，或各凸块以车体中轴线为对称轴相隔一定间距两两对称的设置在车体底部。

作为一种优化放案，所述轨道车的车体前端和后端还可安装有用于实现重力储能轨道车之间连接的连接装置，以形成重力储能列车，有助于保持重力储能轨道车行驶速度的一致性、降低个别重力储能轨道车倾覆的风险。

上述轨道运输重力储能系统中，电能动能转换及传动机构包括电能动能转换机构和设置传力件的传动机构；所述传动机构可以是曳引轮与曳引绳或曳引带的组合、绞盘与缆绳的组合或齿轮与链条的组合等结构形式。

作为一种优选方案，电能动能转换及传动机构选用电动发电一体化循环曳引装置，该装置由曳引循环传动机构和电能动能转换机构组成。曳引循环传动机构和电能动能转换机构如下：

所述曳引循环传动机构包括曳引轮、滑轮、曳引绳或曳引带、曳引传力件；曳引轮、滑轮相隔一定间距布置并分别安装在机座上，曳引绳或曳引带套装在曳引轮和滑轮上，曳引传力件为多个，各曳引传力件相隔相同的间距设置在曳引绳或曳引带上；所述电能动能转换机构为一台电动发电一体机，该电动发电一体机通过其转轴与曳引循环传动机构中的曳引轮连接，并与该曳引轮同机座安装；

或者所述曳引循环传动机构包括两个曳引轮、曳引绳或曳引带、曳引传力件；两个曳引轮相隔一定间距布置并分别安装在机座上，曳引绳或曳引带套装在两个曳引轮上，曳引传力件为多个，各曳引传力件相隔相同的间距设置在曳引绳或曳引带上；所述电能动能转换机构为一台电动发电一体机、两台电动发电一体机或一台电动机和一台发电机；当电能动能转换机构为一台电动发电一体机时，该电动发电一体机通过其转轴与曳引循环传动机构中的一个曳引轮连接，并与所连接的曳引轮同机座安装；当电能动能转换机构为两台电动发电一体机时，两台电动发电一体机通过其转轴分别与曳引循环传动机构中的两个曳引轮连接，并分别与所连接的曳引轮同机座安装；当电能动能转换机构为一台电动机和一台发电机时，电动机的转轴与曳引循环传动机构中的一个曳引轮连接，并与所连接的曳引轮同机座安装，发电机的转轴与曳引循环传动机构中的另一个曳引轮连接，并与所连接的曳引轮同机座安装。

所述曳引循环传动机构中的曳引传力件为L形块体、倒T型块体、矩形块体或“一”字形杆件。若重力储能轨道车的车体传力件与曳引传力件抵靠时在曳引绳或曳引带循环运行圈外，曳引传力件宜为L形块体、倒T型块体或矩形块体，它们的一侧与车体传力件侧面抵靠传递动力，另一侧抵靠曳引绳或曳引带，以防止曳引传力件翻转；若重力储能轨道车的车体传力件与曳引传力件抵靠时穿入曳引绳或曳引带循环运行圈延伸曲面，曳引传力件宜为“一”字形杆件，为避免车体传力件和曳引轮的产生冲突，车体传力件设置避开曳引轮的间隔或者曳引轮设置避开车体传力件的凹槽。

张紧曳引绳或曳引带是曳引循环传动机构中曳引绳或曳引带与曳引轮绳槽产生摩擦力的必要条件。本实用新型中，所述曳引循环传动机构的曳引绳或曳引带的张紧可通过曳引轮、滑轮或两曳引轮之间的位移实现，也可通过设置张紧轮实现。在分段传动及曳引轮、滑轮或两曳引轮之间的位置需要固定的情况下，应当通过设置张紧轮实现曳引绳或曳引带的张紧。

上述循环曳引装置，其曳引循环传动机构中还设置有变速器，所述变速器的一端连接电动机、电动发电一体机或发电机，另一端连接曳引轮。设置变速器，可调节电能动能转换机构与曳引循环传动机构在转速和力矩方面的差异，但设置变速器不仅会增加成本，还会降低传动效率，增加能耗，而电能动能转换机构与曳引循环传动机构可以通过相互匹配满足系统对牵引力和速度的要求，因此变速器不是必须配置的。

上述循环曳引装置，其曳引循环传动机构中还设置有联轴器，所述联轴器用于连接电动机、电动发电一体机或发电机与曳引轮。联轴器虽然可减小曳引循环传动机构运动对电能动能转换机构的冲击，但曳引循环传动机构为摩擦传动且运行工况稳定，电能动能转换机构具有一定抗冲击能力，因此联轴器也不是必须配置的。

上述循环曳引装置，其曳引循环传动机构中还设置有制动器，所述制动器通过抱住联轴器实现制动。虽然选配制动器可增加制动力，但由于循环曳引装置中的电能动能转换机构有制动功能，重力储能系统还会根据需要配置驻车制动装置，因此循环曳引装置中的制动器也不是必须配置的。

作为一种优选的循环曳引装置，其曳引循环传动机构设置两个曳引轮，电能动能转换机构为两个大功率、大扭矩、低转速的电动发电一体机，不设置变速器、联轴器和制动器，设置有张紧轮，曳引传力件为“一”字形杆件。

为了实现轨道运输重力储能系统的自动化控制，上述轨道运输重力储能系统还包括控制装置。当轨道运输重力储能系统只有干线轨道时，所述控制装置包括主控制器、用于控制电能动能转换及传动机构的第一控制件、用于控制驻车制动装置的第二控制件，第一控制件和第二控制件执行主控制器的指令；当轨道运输重力储能系统既有干线轨道又有支线轨道时，所述控制装置包括主控制器、用于控制电能动能转换及传动机构的第一控制件、用于控制驻车制动装置的第二控制件、用于控制电动转辙机的第三控制件，第一控制件、第二控制件和第三控制件执行主控制器的指令。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的轨道运输重力储能系统，利用山体地形低成本的构建大高差上下存储场，利用储存场轨道所处地形和驻车制动装置停车可以实现重力储能块的低成本存储，重力储能轨道车在惯性作用下沿储存场斜坡上轨道的爬升可以实现动能回收，定置定位精度要求低、自动化控制容易实现；沿能量转换主坡道上干线轨道多组电能动能转换及传动机构的设置和储存场多条支线的设置可以支持大质量重物储能块的密集传输和存储，适合建设大功率、大容量储能系统，可以在用电高峰或供电不足时，快速实现大功率发电输入电网，在用电低谷或风电光电等发电过量时，快速实现大功率储能；该储能系统增加应急模式更安全、轨道车和重力储能块设计兼顾强度要求差异、重力储能块就地取材或废物利用、电能动能转换及传动机构小型化便于布置；有效避免了大功率电动及发电装置过多配置、与重力储能块可分离的穿梭车存在返空、与重力储能块不分离的重力储能轨道车结构复杂、装卸设备增加、储存场转载效率低、制动剩余动能浪费、电能动能转换及传动装置尺寸过大、大变速比变速器能耗高等问题；地形适用性强、单瓦时建造成本和运行成本低、系统运行效率和能源转换效率高，经济效益显著，对维持电网稳定、促进风电光电发展、节能减排、实现碳达峰和碳中和具有重大意义，社会效益巨大。

2、本实用新型中的循环曳引装置是一种新型的电能动能转换及传动机构，该装置由于采用多条钢丝绳(设为N条)进行循环曳引，与单根钢丝绳荷载相同的绞盘缆绳相比，曳引绳总荷载是绞盘缆绳的N倍，于是在线路高差大、距离长或荷载大而绞盘缆绳需要采用分段传动的情况下，本实用新型所述循环曳引装置仍然可以单段传动，因而不存在大尺寸绞盘及支架倍增的问题，不需要中间衔接站，不存在脱接次数增加导致抱索器磨损加快进而影响系统运行稳定性和可靠性的问题，建设投入低；与总荷载相同的绞盘缆绳相比，单条曳引绳牵引荷载小，与之相对应，曳引绳直径小、曳引轮直径小，支撑和张紧机构尺寸相应小型化，便于布置，单段传动建设投入低，在线路高差大、距离长或荷载大需要分段传动、投入倍增时，循环曳引装置建设投入低的优势更加凸显；与总荷载相同的绞盘缆绳相比，曳引轮节圆直径小、周长短，缆车运行速度是绳轮或曳引轮节圆周长和转速的乘积，在同样电机转速条件下，循环曳引装置能够更好的满足缆车行驶速度上限控制的要求，可以减少变速器变速级数，甚至有机会避免变速器设置，从而降低成本、降低能耗，提升能源转换效率。

3、本实用新型的重力储能轨道车，结构简单，便于加工制作，兼顾了轨道车车体强度和重力储能块低成本制备的要求。

4、本实用新型的重力储能轨道车中车体传力件与循环曳引装置中曳引传力件通过抵靠接触传力，不仅传力件结构简单，而且抵靠和脱离便捷，运行可靠稳定，使用寿命增长、维护成本降低。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中轨道运输重力储能系统的示意图；

图2为本实用新型实施例1中重力储能轨道车的示意图；

图3为图2的右视图；

图4为图3的仰视图；

图5为本实用新型实施例1中循环曳引装置的示意图；

图6为本实用新型实施例1中设置循环曳引装置的主坡段干线轨道及其上运行的重力储能轨道车之组合示意图；

图7为图6图左视图；

图8为本实用新型实施例1中轨道运输重力储能系统的控制框图；

图9为本实用新型实施例2中轨道运输重力储能系统的示意图；

图10为本实用新型实施例2中轨道运输重力储能系统的控制框图。

图中，110—底部储存场；120—顶部储存场；200—能量转换主坡道；301—低海拔段干线轨道；302—高海拔段干线轨道；303—主坡段干线轨道；321—低海拔段支线轨道；322—高海拔段支线轨道；331—低海拔段道岔；332—高海拔段道岔；333—电动转辙机；340—驻车制动装置；400—循环曳引装置；411—电动发电一体机；412—曳引轮；413—机座；421—曳引绳；422—曳引传力件；430—张紧轮；500—重力储能轨道车；510—轨道车；511—车体；512—轮叉；513—车体传力件；5141—第一安装件；5142—第二安装件；520—重力储能块；530—轨道轮；540—连接杆；610—主控制器；620—第一控制件；630—第二控制件；640—第三控制件；700—输变配电装置；800—电网。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型所述轨道运输重力储能系统作进一步说明。需要说明的是，上述实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例中，轨道运输重力储能系统如图1所示，包括多个重力储能轨道车500、用于停放重力储能轨道车的底部储存场110和顶部储存场120、位于底部储存场与顶部储存场之间并与它们衔接的能量转换主坡道200、从底部储存场经能量转换主坡道延伸到顶部储存场的用于重力储能轨道车运行的干线轨道、电能动能转换及传动机构400、控制装置和输变配电装置；位于底部储存场110的干线轨道为低海拔段干线轨道301，位于顶部储存场120的干线轨道为高海拔段干线轨道302，位于能量转换主坡道200的干线轨道为主坡段干线轨道303；所述电能动能转换及传动机构400沿主坡段干线轨道303设置。

如图1所示，本实施例中的轨道运输重力储能系统设置在山体上，沿山脊和/或山坡平整出爬升坡度的倾角α为45°的能量转换主坡道200，在山脚下平整出与能量转换主坡道200反向倾斜的有效斜坡作为底部储存场110，在山顶上平整出与能量转换主坡道200同向倾斜的有效斜坡作为顶部储存场120，底部储存场110、顶部储存场120通过渐变坡面与能量转换主坡道200的衔接，底部储存场110的倾角β1与顶部储存场120的倾角β2相同，均为5°。

如图1所示，所述低海拔段干线轨道301和高海拔段干线轨道302设置有驻车制动装置340，用于阻止停放在顶部储存场和底部储存场的重力储能轨道车500下滑；当重力储能轨道车500需从低海拔段干线轨道301或高海拔段干线轨道302驶入主坡段干线轨道303时，驻车制动装置340解除下滑制动、处于通行状态；当重力储能轨道车500驶出主坡段干线轨道303、在低海拔段干线轨道301或者高海拔段干线轨道302上行时，驻车制动装置340处于上升通行状态；当重力储能轨道车500需停放在底部储存场或顶部储存场时，驻车制动装置340处于下滑制动状态。本实施例中，驻车制动装置340优选单向阻车装置，下滑制动的同时维持上升通行状态，从上升通行状态到下滑制动状态的转化不需要感应、判断及执行制动指令。易于想到的是驻车制动装置340可以为双向阻车装置，从上升通行状态到下滑制动状态的转化需要及时感应重力储能轨道车500行驶状态并快速执行从通行到制动的指令变更。

如图2、图3、图4所示，本实施例中的重力储能轨道车500由轨道车510、重力储能块520和用于实现重力储能轨道车之间连接的连接装置构成。所述轨道车510包括车体511、轨道轮530和车体传力件513；车体511为板式结构，形成车体的板体为钢筋混凝土制件，轨道轮530为四个，通过轮叉512在车体左右两侧各安装两个，车体传力件513为多个凸块，以车体中轴线为对称轴相隔一定间距两两对称的设置在车体底部。用于实现重力储能轨道车之间连接的连接装置包括第一安装件5141、第二安装件5142和连接杆540，第一安装件5141、第二安装件5142分别设置在轨道车车体511的前端和后端，连接杆540安装在第二安装件5142上，连接杆540用于与后一辆重力储能轨道车的第一安装件连接，第一安装件5141用于与前一辆重力储能轨道车的连接杆连接。

所述重力储能块520为实心长方体，通过“成型加工固连”方式与车体511固连，即将轨道车的车体511作为底板，在车体周边设置可拆装的侧板组成模具，然后向该模具中加入建筑废料、水泥和水混合均匀形成的填料，通过夯筑成型并保持至少24h即得到与车体固连的实心长方体重力储能块，然后再拆除车体周边设置的侧板。

为保障系统用电和发电的均衡性，车体与重物的总重量应统一标准。易于想到的是轨道车510车体还可以为钢材冲压件或铸造件；轨道车510可以为框架结构或梁板结构；重力储能轨道车500可以为轨道车510和重物储能块520整体成型的块体。

如图1所示，为减小风阻，重力储能列车头尾可以采用凸头设计，头尾部的重物储能块加工为凸出侧面积较小的梯形台。易于想到是设定运行速度较高的重力储能列车头尾可以采用子弹头等流线型设计，进一步减少风阻。

本实施例中，电能动能转换及传动机构为循环曳引装置400，由曳引循环传动机构和电能动能转换机构组成。如图1所示，多组循环曳引装置400沿主坡段干线轨道303，按照高程动力匹配原则进行设置，即每间隔一定高程设置一组循环曳引装置。

作为一个优选的方案，如图5、图6、图7所示，所述曳引循环传动机构包括两个结构和尺寸相同的曳引轮412、曳引绳421、曳引传力件422和张紧轮130；两个曳引轮相隔一定间距布置并分别安装在固定机座413上，曳引绳421为钢丝绳组，钢丝绳数量与曳引轮412上的绳槽数量相同，曳引传力件422为多根钢制“一”字形杆件，相隔相同的间距设置在曳引绳421上；设置有曳引传力件的曳引绳套装在两个曳引轮上，张紧轮430靠近一个曳引轮安装，用于调整曳引绳的张紧程度。电能动能转换机构为两台电动发电一体机411，优选大功率、大扭矩、低转速的电动发电一体机，通过其转轴分别与曳引循环传动机构中的两个曳引轮连接，并分别与所连接的曳引轮同机座安装。

如图6、图7所示，所述循环曳引装置400位于主坡段干线轨道303双轨之间及行驶中重力储能轨道车500下方，当特定重力储能轨道车500驶入特定循环曳引装置对应主坡段干线轨道303路段时，循环曳引装置中的曳引传力件422与特定重力储能轨道车500下方车体传力件513抵靠挂接，在用电驱动状态下，电网800对电动发电一体化机411供电，曳引轮412在电动发电一体机411驱动下转动，通过曳引绳421带动曳引传力件422运动，进而通过所述重力储能轨道车500中的车体传力件513推动重力储能轨道车500向上运动；在制动发电状态下，所述重力储能轨道车500在重力作用下向下运动，通过车体传力件513、曳引传力件422、曳引钢丝绳421带动曳引轮412转动，进而驱使电动发电一体机411发电并向电网800送电。当特定重力储能轨道车500驶离特定循环曳引装置400对应主坡段干线轨道303路段时，特定曳引钢丝绳421上的曳引传力件422与特定重力储能轨道车500下的车体传力件513脱开。

本实施例中的控制装置如图8所示，包括主控制器610、第一控制件620和第二控制件630，第一控制件620分别与主控制器610及循环曳引装置中的电动发电一体机411连接，第二控制件630分别与主控制器610及底部储存场110和顶部储存场120设置的驻车制动装置340连接，第一控制件620和第二控制件630执行主控制器的指令，分别控制电动发电一体机411、驻车制动装置340所处状态。所述输变配电装置700分别电连接控制装置、电动发电一体机411、驻车制动装置340及电网800。通过上述组合实现轨道运输重力储能系统的自动化控制。所述主控制器610、第二控制件630选用可编程控制器及继电器，第一控制件620选用IGBT(变频控制器)。

实施例2

本实施例中的轨道运输重力储能系统如图9所示，与实施例1不同的是底部储存场110设置了低海拔段支线轨道321、低海拔段道岔331和电动转辙机333，在顶部储存场120设置了高海拔段支线轨道322、高海拔段道岔332和电动转辙机333。低海拔段支线轨道321通过低海拔段道岔331与低海拔段干线轨道301连接，高海拔段支线轨道322通过高海拔段道岔332与高海拔段干线轨道302连接，电动转辙机333根据控制指令转换道岔使特定支线轨道开通方向。低海拔段支线轨道321、低海拔段道岔331、低海拔段干线轨道301、主坡段干线轨道303、高海拔段干线轨道302、高海拔段道岔332和高海拔段支线轨道322组成重力储能轨道车500升降通道轨道。

本实施例中的控制装置如图10所示，包括主控制器610、第一控制件620、第二控制件630和第三控制件640，第一控制件620分别与主控制器610及循环曳引装置中的电动发电一体机411连接，第二控制件630分别与主控制器610及底部储存场110和顶部储存场120设置的驻车制动装置340连接，第三控制件640分别与主控制器610及底部储存场110和顶部储存场120设置的电动转辙机333连接，第一控制件620、第二控制件630和第三控制器640执行主控制器的指令，分别控制电动发电一体机411、驻车制动装置340、电动转辙机333所处状态。所述输变配电装置700分别电连接控制装置、电动发电一体机411、驻车制动装置340、电动转辙机333及电网800。通过上述组合实现轨道运输重力储能系统的自动化控制。所述主控制器610、第二控制件630、第三控制件640选用可编程控制器及继电器，第一控制件620选用IGBT(变频控制器)。

当系统为储能模式时，特定低海拔段支线轨道321设置的驻车制动装置340解除制动，特定低海拔段道岔331对应的电动转辙机333根据控制指令使道岔切换到该特定低海拔段支线轨道321和低海拔段干线轨道301接通的状态，所述低海拔段支线轨道321上的重力储能轨道车500在重力作用下，经过低海拔段支线轨道321、低海拔段道岔331进入低海拔段干线轨道301，在重力作用下加速前进，在过渡斜坡区域从下降转为上升，进入主坡段干线轨道303，与循环曳引装置400连接，循环曳引装置400驱动重力储能轨道车500上升；在重力储能轨道车500到达特定高海拔段道岔332之前，该道岔对应的电动转辙机333根据控制指令使道岔切换到高海拔段干线轨道302和设定停车的高海拔段支线轨道322接通的状态，重力储能轨道车500在主坡段干线轨道303末段与循环曳引装置400脱离，在重力和摩擦力作用下减速前进，经高海拔段干线轨道302压过高海拔段支线轨道322停车位设置的驻车制动装置340继续前进直到速度降为0，驻车制动装置340阻止重力储能轨道车500下滑，重力储能轨道车500停泊在高海拔段支线轨道322停车位。

当系统为释能模式时，特定高海拔段支线轨道322设置的驻车制动装置340解除下滑制动，特定高海拔段道岔332对应的电动转辙机333根据控制指令使道岔切换到该特定高海拔段支线轨道322和高海拔段干线轨道302接通的状态，所述高海拔段支线轨道322上的重力储能轨道车500在重力作用下，经过高海拔段支线轨道322、高海拔段道岔332、高海拔段干线轨道302，进入主坡段干线轨道303，与循环曳引装置400连接，循环曳引装置400制动发电、阻止重力储能轨道车500加速前进，下降的重力储能轨道车500匀速前进，从主坡段干线轨道303进入低海拔段干线轨道301过渡斜坡区域，匀速前进的重力储能轨道车500从下降转为上升；在重力储能轨道车500到达特定低海拔段道岔331之前，该道岔对应的电动转辙机333根据控制指令使道岔切换到低海拔段干线轨道301和设定停车的低海拔段支线轨道321接通的状态，重力储能轨道车500在主坡段干线轨道303末段与循环曳引装置400脱离，在重力和摩擦力作用下减速前进，经低海拔段干线轨道301压过低海拔段支线轨道321停车位设置的驻车制动装置340继续前进直到速度降为0，驻车制动装置340在弹簧的作用下上撑并阻止重力储能轨道车500下滑，重力储能轨道车500停泊在低海拔段支线轨道321停车位。

当系统为待机模式时，低海拔段干线轨道301和高海拔段干线轨道302设置的驻车制动装置340全部设为下滑制动状态，重力储能轨道车500停在低海拔段支线轨道321停车位或高海拔段支线轨道322停车位，循环曳引装置400全部处于待机状态。

当系统为应急模式时，低海拔段干线轨道301和高海拔段干线轨道302设置的驻车制动装置340全部设为下滑制动状态，停在低海拔段支线轨道321停车位或高海拔段支线轨道322停车位的部分重力储能轨道车500维持静止，循环曳引装置400切换到最大功率制动发电状态，已处于运动状态的重力储能轨道车500在设置循环曳引装置的主坡段干线轨道303上迅速减速，缓慢行驶，到达底部储存场110后，在特定低海拔段支线轨道321停车。

Claims (10)

1.一种轨道运输重力储能系统，包括重力储能轨道车、用于停放重力储能轨道车的底部储存场和顶部储存场、位于底部储存场与顶部储存场之间并与它们衔接的能量转换主坡道、至少一条从底部储存场经能量转换主坡道延伸到顶部储存场的用于重力储能轨道车运行的干线轨道、电能动能转换及传动机构，其特征在于：

所述顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡，所述底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡，且顶部储存场和底部储存场的干线轨道设置有驻车制动装置，用于阻止重力储能轨道车在重力作用下自发向能量转换主坡道方向滑动；所述电能动能转换及传动机构至少为一组，沿能量转换主坡道上的干线轨道设置；

或者所述顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡，且顶部储存场的干线轨道设置有驻车制动装置，用于阻止重力储能轨道车在重力作用下自发向能量转换主坡道方向滑动，所述底部储存场为非有效斜坡；所述电能动能转换及传动机构至少为两组，分别沿底部储存场和能量转换主坡道上的干线轨道设置；

或者所述底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡，且底部储存场的干线轨道设置有驻车制动装置，用于阻止重力储能轨道车在重力作用下自发向能量转换主坡道方向滑动，所述顶部储存场为非有效斜坡；所述电能动能转换及传动机构至少为两组，分别沿能量转换主坡道和顶部储存场上的干线轨道设置；

或者所述底部储存场和顶部储存场均为非有效斜坡，所述电能动能转换及传动机构至少为三组，分别沿底部储存场、能量转换主坡道和顶部储存场上的干线轨道设置。

2.根据权利要求1所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述顶部储存场和底部储存场还设置有多条用于停放重力储能轨道车的支线轨道，所述支线轨道通过道岔与干线轨道连接，并通过对应的电动转辙机转换道岔开通支线轨道。

3.根据权利要求1或2所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述能量转换主坡道的爬升坡度倾角α为15°～75°；当所述底部储存场为与能量转换主坡道反向倾斜的有效斜坡时，斜坡的倾角β1为2°～15°；当所述顶部储存场为与能量转换主坡道同向倾斜的有效斜坡时，斜坡的倾角β2为2°～15°。

4.根据权利要求1或2所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述重力储能轨道车包括轨道车和重力储能块，所述轨道车主要由车体及安装在车体左右两侧的轨道轮和设置在车体底部的车体传力件构成，所述重力储能块位于轨道车的车体上，并与轨道车的车体固连。

5.根据权利要求4所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述重力储能块为实心块体，或者由空心腔体与填充物组成的块体，或者由多个片状、条状、块状子储能体堆叠并连接形成；

重力储能块与轨道车车体的固连方式包括拼接固连、成型加工固连或捆绑固连；所述拼接固连是在轨道车车体上设置凹槽或插孔，在重力储能块底面设置与所述凹槽或插孔匹配的拼装块，组合时使重力储能块底面设置的拼装块位于轨道车车体上设置的凹槽或插孔中，实现重力储能块与轨道车车体的固连；所述成型加工固连是将轨道车的车体作为底板，在车体周边设置可拆装的侧板组成模具，向该模具中加入制备重力储能块的填料再夯筑成型并保持一定时间，形成与轨道车车体固连的重力储能块，然后再拆除车体周边设置的侧板；所述捆绑固连是在轨道车车体上设置吊钩或吊耳，通过与吊钩或吊耳连接的绳索的捆绑实现重力储能块与轨道车车体的固连。

6.根据权利要求4所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述车体传力件为多个凸块，各凸块沿车体的中轴线相隔一定间距设置在车体底部，或各凸块以车体中轴线为对称轴相隔一定间距两两对称的设置在车体底部；

所述轨道车的车体前端和后端还安装有用于实现重力储能轨道车之间连接的连接装置，以形成重力储能列车。

7.根据权利要求1或2所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述电能动能转换及传动机构由曳引循环传动机构和电能动能转换机构组成；

所述曳引循环传动机构包括曳引轮、滑轮、曳引绳或曳引带、曳引传力件；曳引轮、滑轮相隔一定间距布置并分别安装在机座上，曳引绳或曳引带套装在曳引轮和滑轮上，曳引传力件为多个，各曳引传力件相隔相同的间距设置在曳引绳或曳引带上；所述电能动能转换机构为一台电动发电一体机，该电动发电一体机通过其转轴与曳引循环传动机构中的曳引轮连接，并与该曳引轮同机座安装；

或者所述曳引循环传动机构包括两个曳引轮、曳引绳或曳引带、曳引传力件；两个曳引轮相隔一定间距布置并分别安装在机座上，曳引绳或曳引带套装在两个曳引轮上，曳引传力件为多个，各曳引传力件相隔相同的间距设置在曳引绳或曳引带上；所述电能动能转换机构为一台电动发电一体机、两台电动发电一体机或一台电动机和一台发电机；当电能动能转换机构为一台电动发电一体机时，该电动发电一体机通过其转轴与曳引循环传动机构中的一个曳引轮连接，并与所连接的曳引轮同机座安装；当电能动能转换机构为两台电动发电一体机时，两台电动发电一体机通过其转轴分别与曳引循环传动机构中的两个曳引轮连接，并分别与所连接的曳引轮同机座安装；当电能动能转换机构为一台电动机和一台发电机时，电动机的转轴与曳引循环传动机构中的一个曳引轮连接，并与所连接的曳引轮同机座安装，发电机的转轴与曳引循环传动机构中的另一个曳引轮连接，并与所连接的曳引轮同机座安装。

8.根据权利要求7所述轨道运输重力储能系统，其特征在于所述曳引循环传动机构还设置有用于张紧曳引绳或曳引带的张紧轮；

所述曳引循环传动机构中的曳引传力件为L形块体、倒T型块体、矩形块体或“一”字形杆件。

9.根据权利要求1所述轨道运输重力储能系统，其特征在于该重力储能系统还包括控制装置，所述控制装置包括主控制器、用于控制电能动能转换及传动机构的第一控制件、用于控制驻车制动装置的第二控制件，第一控制件和第二控制件执行主控制器的指令。

10.根据权利要求2所述轨道运输重力储能系统，其特征在于该重力储能系统还包括控制装置，所述控制装置包括主控制器、用于控制电能动能转换及传动机构的第一控制件、用于控制驻车制动装置的第二控制件、用于控制电动转辙机的第三控制件，第一控制件、第二控制件和第三控制件执行主控制器的指令。