RU2743988C1

RU2743988C1 - Bearing structure of the gravity energy storage system

Info

Publication number: RU2743988C1
Application number: RU2019128570A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Солобоев; Андрей Андреевич Брызгалов; Григорий Николаевич Ошихмин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Энергозапас"
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-01
Also published as: WO2021049967A1

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: present invention relates to construction and describes a supporting structure adapted to vertically move loads by a gravitational energy storage system. The supporting structure includes a load-bearing frame and an external fencing. The power frame includes an upper frame, many modules, each of which consists of many columns and links. At least one of the plurality of ties is rigidly attached to at least one of the columns. The external fence can be made in the form of a rigid structure located at a short distance from the load-bearing frame.

EFFECT: creation of a supporting structure providing possibility of vertical movement of goods and its construction on a flat territory.

28 cl, 8 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Область применения изобретенияScope of the invention

[001] Настоящее изобретение относится к области несущих конструкций сооружений. В частности, настоящее изобретение описывает несущую конструкцию гравитационной системы накопления энергии.[001] The present invention relates to the field of structural support structures. In particular, the present invention describes the supporting structure of a gravitational energy storage system.

Описание уровня техникиDescription of the prior art

[002] Как правило, невозможно обеспечить непрерывность и равномерность работы энергетической системы без поддержания баланса между уровнями выработки и потребления электрической энергии. С ростом сложности существующих энергосистем и расширением использования возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ), таких как ветропарки и солнечные электростанции, задача согласования уровня генерации с уровнем потребления электроэнергии становится ещё труднее.[002] Generally, it is impossible to ensure the continuity and uniformity of the power system without maintaining a balance between the levels of generation and consumption of electrical energy. With the increasing complexity of existing power systems and the increasing use of renewable energy sources (RES) such as wind farms and solar power plants, the task of matching the generation level with the level of electricity consumption becomes even more difficult.

[003] Задача поддержания баланса между производством и потреблением электроэнергии может быть эффективно решена при помощи промышленных накопителей энергии. В частности, промышленные накопители энергии могут использоваться для суточного управления нагрузкой, частотного регулирования, регулирования напряжения, вращающегося и холодного резервов и для пуска электростанций из полностью обесточенного состояния.[003] The problem of maintaining a balance between production and consumption of electricity can be effectively solved by using industrial energy storage devices. In particular, industrial energy storage can be used for daily load control, frequency regulation, voltage regulation, rotating and cold reserves, and for starting power plants from a completely de-energized state.

[004] По данным DOE Global Energy Storage Database сегодня более 98 % установленной мощности накопителей в мире приходится на гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). В ГАЭС в процессе зарядки вода из нижнего резервуара закачивается насосом в верхний резервуар, в процессе разрядки вода под действием силы тяжести стекает в нижний резервуар, вращая турбину, которая вырабатывает электроэнергию.[004] According to the DOE Global Energy Storage Database, today pumped storage power plants (PSPPs) account for more than 98% of the installed storage capacity in the world. In a pumped storage power plant, in the process of charging, water from the lower tank is pumped into the upper tank by a pump, while in the process of discharging, water flows under the influence of gravity into the lower tank, rotating a turbine that generates electricity.

[005] Для строительства экономически эффективной (конкурентной с точки зрения стоимости) ГАЭС необходима подходящая местность с рельефом, обеспечивающим необходимый перепад высот, нижняя и верхняя площадки должны быть приспособлены для затопления либо располагать водоёмами природного происхождения. От объёма водоёмов линейно зависит энергоёмкость ГАЭС, что в конечном счёте приводит к большой площади необходимого землеотвода. Эксплуатация ГАЭС также связана с рядом рисков, среди них основными являются масштабные разрушения в случае аварии и негативное влияние на экологию.[005] For the construction of an economically efficient (competitive in terms of cost) PSP, a suitable terrain with a relief that provides the required elevation difference is required, the lower and upper sites must be adapted for flooding or have natural reservoirs. The volume of reservoirs linearly depends on the energy consumption of the PSP, which ultimately leads to a large area of the required land allotment. The operation of PSPP is also associated with a number of risks, among them the main ones are large-scale destruction in the event of an accident and negative impact on the environment.

[006] Существует ряд систем, которые, как и ГАЭС, используют гравитационное поле (перепад высот) для накопления энергии. Такого рода гравитационные накопители энергии состоят из подъёмных рекуперативных устройств, поднимающих груз против силы тяжести, тем самым обеспечивая накопление энергии. Наиболее эффективными с точки зрения повышения КПД и минимизации землеотвода считаются накопители, запасающие энергию при строго вертикальном перемещении грузов.[006] There are a number of systems that, like pumped storage power plants, use the gravitational field (vertical drop) to store energy. Such gravitational energy storage devices consist of recuperative lifting devices that lift a load against gravity, thereby providing energy storage. The most efficient from the point of view of increasing efficiency and minimizing land allocation are storage devices that store energy during strictly vertical movement of goods.

[007] Например, в заявке WO 2013005056 A1 (опубликована 10.01.2013 г.), поданной Франкелем (Fraenkel) и др., описана система накопления энергии, содержащая массивный груз, подвешенный на тросе; подъемное устройство, соединенное с массивным (до нескольких тысяч тонн) грузом с помощью троса и выполненное с возможностью вертикального перемещения массивного груза; и устройство для выработки электрической энергии, соединенное с подъемным устройством. При этом, верхнее положение груза расположено вблизи «нулевой» отметки (уровня земли), а нижнее положение груза расположено ниже «нулевой» отметки (уровня земли) на глубине до 1000 метров. Иными словами, груз перемещается в вертикальной шахте (колодце). Усилия для удержания груза на определенной высоте передаются на стенки шахты, в которой перемещается груз. Таким образом, несущей конструкцией в данном случае является вертикальная шахта (колодец).[007] For example, WO 2013005056 A1 (published 01/10/2013) filed by Fraenkel et al. Describes an energy storage system comprising a massive weight suspended on a rope; a lifting device connected to a massive (up to several thousand tons) load using a cable and made with the possibility of vertical movement of the massive load; and a device for generating electrical power connected to the lifting device. At the same time, the upper position of the load is located near the "zero" mark (ground level), and the lower position of the load is located below the "zero" mark (ground level) at a depth of up to 1000 meters. In other words, the load moves in a vertical shaft (well). Efforts to hold the load at a certain height are transmitted to the walls of the shaft in which the load moves. Thus, the supporting structure in this case is a vertical shaft (well).

[008] Значительная масса груза предъявляет чрезвычайно высокие требования к прочностным характеристикам троса и подъемного устройства, а также к системам обеспечения безопасности. При этом система может быть экономически эффективна только при наличии вертикальной шахты (колодца) нужных габаритов, с подтвержденными прочностными характеристиками, что значительно ограничивает возможность выбора места размещения такой системы. Кроме того, в случае выхода из строя одного из элементов системы подъёма или возникновении необходимости планового технического обслуживания, систему придётся полностью выводить из эксплуатации.[008] The significant weight of the load places extremely high demands on the strength characteristics of the cable and hoist, as well as on safety systems. At the same time, the system can be economically effective only if there is a vertical shaft (well) of the required dimensions, with confirmed strength characteristics, which significantly limits the choice of the location of such a system. In addition, in the event of failure of one of the elements of the lifting system or the need for routine maintenance, the system will have to be completely decommissioned.

[009] В патенте США №9903391 (опубликован 11.07.2013 г.), выданном Хейндлу (Heindl), раскрывается система для накопления потенциальной энергии, которая включает в себя гидравлический цилиндр, перемещаемый груз и уплотнительное кольцо по периметру перемещаемого груза. Гидравлический цилиндр образован полостью между окружающей скальной породой породами и вырезанной скальной породой. Полость герметизирована относительно окружающих пород уплотнительным кольцом. В данной системе нижнее положение груза размещено ниже «нулевой» отметки (уровня земли), а для удержания (фиксации) груза на определённой высоте используется вода под давлением. Таким образом, функции несущей конструкции выполняет вода, равномерно распределяющая давление груза на стенки полости, в которой перемещается груз.[009] In US patent No. 9903391 (published July 11, 2013), issued to Heindl (Heindl), discloses a system for storing potential energy, which includes a hydraulic cylinder, a moving weight and an O-ring around the perimeter of the moving weight. The hydraulic cylinder is formed by a cavity between the surrounding rock and the cut rock. The cavity is sealed against the surrounding rocks with an O-ring. In this system, the lower position of the load is placed below the "zero" mark (ground level), and pressurized water is used to hold (fix) the load at a certain height. Thus, the functions of the supporting structure are performed by water, which evenly distributes the pressure of the load on the walls of the cavity in which the load moves.

[0010] Данная система имеет специфические требования к размещению, так как нуждается в сплошном гранитном основании объёмом более сотни тысяч кубических метров и наличии большого объема воды.[0010] This system has specific requirements for placement, as it needs a solid granite base with a volume of more than one hundred thousand cubic meters and the presence of a large volume of water.

[0011] Системы, в которых верхнее положение грузов размещено выше «нулевой» отметки (уровня земли), менее требовательны к месту размещения, однако нуждаются в решении вопроса с ветрозащитой и других проблем, связанных с климатом. В частности, несущая конструкция таких систем должна выдерживать боковые изгибные нагрузки, создаваемые ветрами, а также обеспечивать защиту оборудования и материалов от экстремальных температур, атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.[0011] Systems in which the top position of the weights is placed above the "zero" mark (ground level) are less demanding on the location, but need to address the issue of wind protection and other problems associated with climate. In particular, the load-bearing structure of such systems must withstand lateral bending loads caused by winds and also protect equipment and materials from extreme temperatures, precipitation and direct sunlight.

[0012] В патенте КНР № CN 206555081 U (опубликован 13.10.2017 г.) выданном Тан Гоцзюню (谭国俊) и др. раскрыта гравитационная система накопления энергии, включающая в себя силовой каркас с закрепленной на нём системой неподвижных блоков, к которым с помощью троса и системы подвижных блоков крепится массивный (десять тысяч тонн) груз, кроме того, трос связан с обратимой электромашиной, что позволяет накапливать энергию при подъеме груза и генерировать энергию при опускании груза. Большое количество подвижных и неподвижных блоков (полиспаст большой кратности) позволяет уменьшить силу натяжения троса и требования к мощности обратимой электромашины. Размеры груза 25 м X 20 м X 10 м. Усилия для удержания груза на определенной высоте передаются на силовой каркас (в данном случае эквивалентен несущей конструкции), который представляет собой трапециевидную конструкцию с горизонтальной верхней опорной рамой и наклонными опорами. Несущая конструкция обеспечивает перепад высот между нижним и верхним положением груза в 100 метров.[0012] In the PRC patent No. CN 206555081 U (published on October 13, 2017) issued to Tang Guojun (谭国俊) and others, a gravitational energy storage system is disclosed, which includes a power frame with a system of fixed blocks attached to it, to which with the help of a massive (ten thousand tons) load is attached to the cable and a system of moving blocks, in addition, the cable is connected to a reversible electric machine, which allows accumulating energy when lifting the load and generating energy when lowering the load. A large number of movable and fixed blocks (high-frequency pulley block) allows you to reduce the cable tension force and the power requirements of the reversible electric machine. The dimensions of the load are 25 m X 20 m X 10 m. The forces to hold the load at a certain height are transmitted to the load-bearing frame (in this case, it is equivalent to the supporting structure), which is a trapezoidal structure with a horizontal upper support frame and inclined supports. The supporting structure provides a height difference between the lower and upper position of the load of 100 meters.

[0013] Значительная масса груза предъявляет чрезвычайно высокие требования к прочностным характеристикам несущего каркаса, а также к системам обеспечения безопасности. Кроме того, в случае выхода из строя одного из элементов системы подъёма или возникновении необходимости планового технического обслуживания, систему придётся полностью выводить из эксплуатации. Боковая площадь груза 200-250 м²создаёт значительную парусность, требующую специальных мероприятий для защиты конструкции от изгибных нагрузок и перегрузок от качания груза.[0013] The significant weight of the load places extremely high demands on the strength characteristics of the supporting frame, as well as on safety systems. In addition, in the event of failure of one of the elements of the lifting system or the need for scheduled maintenance, the system will have to be completely decommissioned. The side cargo area of 200-250 m ² creates significant windage, requiring special measures to protect the structure from bending loads and overloads from swinging the load.

[0014] Другое решение, раскрытое в патенте Великобритании № GB 2549743 A (опубликован 01.11.2017 г.), выданном Хербизону (Herbison), представляет собой модульную систему из нескольких энергетических ячеек, в каждой из которых множество грузов прикреплены к одному непрерывному тросу. Масса грузов проградуирована, энергия накапливается по мере их подъема, и энергия выделяется по мере их спуска. Подъем и спуск осуществляются с помощью электрической лебедки. Все грузы соединены одним тросом, но их можно поднимать и опускать по отдельности, последовательно фиксируя другие грузы в поднятом или опущенном положении. Система использует полиспаст большой кратности для снижения силы, необходимой для подъёма. Усилия для удержания груза на определенной высоте передаются на стальной силовой каркас высотой около 50 метров. Указано, что несущий каркас может быть размещен в различных заброшенных зданиях, подходящих габаритов или в заброшенных сухих карьерах.[0014] Another solution disclosed in GB 2549743 A (published 01.11.2017) to Herbison is a modular system of multiple energy cells, each of which has multiple weights attached to a single continuous cable. The mass of loads is graduated, energy is accumulated as they rise, and energy is released as they descend. Ascent and descent are carried out using an electric winch. All weights are connected by one cable, but they can be lifted and lowered separately, sequentially fixing other weights in the raised or lowered position. The system uses a high frequency pulley block to reduce the force required for lifting. Efforts to hold the load at a certain height are transmitted to a steel load-bearing frame with a height of about 50 meters. It is indicated that the load-bearing frame can be placed in various abandoned buildings of suitable dimensions or in abandoned dry quarries.

[0015] Использование полиспаста большой кратности приводит к снижению КПД системы. Создание силового каркаса из стали предполагает значительные финансовые затраты. Ветрозащита и климатозащита описанной системы может быть реализована только при размещении системы внутри уже существующих объектов, что значительно снижает варианты размещения системы.[0015] The use of a high-frequency pulley block leads to a decrease in the efficiency of the system. The creation of a power frame made of steel involves significant financial costs. Wind protection and climate protection of the described system can only be realized when the system is placed inside existing facilities, which significantly reduces the options for placing the system.

[0016] Существует решение предложенное Energy Vault (https://energyvault.ch/), в котором предлагается использовать для накопления энергии конструкцию, напоминающую башенный кран. В центре системы расположен башенный кран с шестью стрелами. В разряженном состоянии бетонные блоки (грузы) уложены вокруг крана под стрелами. При зарядке системы компьютерный алгоритм начинает поворачивать стрелу крана и перемещать грузовую тележку стрелы крана, а также опускать грузозахват на лебёдке так, чтобы грузозахват оказался прямо над определенным бетонным блоком. После того, как грузозахват сцепляется с блоком, блок поднимается из нижнего положения с помощью электродвигателя. Система считается «полностью заряженной», когда кран «построил» вокруг себя башню из бетонных блоков максимальной возможной высоты. Разрядка производится в обратном порядке, при этом электродвигатель, обеспечивающий вертикальное перемещение груза, работает в рекуперативном режиме. В описанной системе несущей конструкцией является не кран, а бетонные блоки (грузы).[0016] There is a solution proposed by Energy Vault (https://energyvault.ch/), in which it is proposed to use a structure resembling a tower crane for energy storage. At the center of the system is a six-boom tower crane. In a discharged state, concrete blocks (weights) are laid around the crane under the booms. When charging the system, the computer algorithm begins to rotate the crane boom and move the crane boom trolley, as well as lower the load gripper on the winch so that the load gripper is directly above a specific concrete block. After the gripper engages the block, the block is lifted from the lower position using an electric motor. The system is considered “fully charged” when the crane has “built” a tower of concrete blocks around it at the highest possible height. Discharging is carried out in the reverse order, while the electric motor, which provides vertical movement of the load, operates in a recuperative mode. In the described system, the supporting structure is not a crane, but concrete blocks (weights).

[0017] Конструкция данной системы предъявляет высокие требования к прочности грузов на сжатие, что ведёт к удорожанию системы. Также в силу отсутствия ветрозащиты система требует специальных мероприятий для защиты от колебаний грузов – защита от колебаний необходима как для точного позиционирования грузов при установке один на другой, так и для защиты приводной системы от разрушительных перегрузок. Видится невозможной работа описанной системы в ситуации порывов ветра, а значит работа системы не может быть стабильной. Конструкция системы не содержит общей климатозащиты, что выдвигает требования на отдельную климатозащиту для каждого нуждающегося в ней узла, а значит приводит к удорожанию системы.[0017] The design of this system places high demands on the compressive strength of the loads, which increases the cost of the system. Also, due to the lack of wind protection, the system requires special measures to protect against oscillations of loads - protection against oscillations is necessary both for accurate positioning of loads when installed one on top of the other, and for protecting the drive system from destructive overloads. The operation of the described system seems to be impossible in a situation of wind gusts, which means that the operation of the system cannot be stable. The design of the system does not contain general climate protection, which puts forward requirements for separate climate protection for each unit that needs it, and therefore leads to an increase in the cost of the system.

[0018] Соответственно, существует необходимость в несущей конструкции, созданной из экономически эффективных материалов с длительным сроком службы. Таким образом, целью настоящего изобретения является создание несущей конструкции для системы накопления гравитационной энергии с использованием вертикального перемещения грузов, обеспечивающей достаточную разницу высот и свободное вертикальное перемещение грузов для накопления энергии, которая может выдержать вес грузов, а также ветровые и климатические нагрузки.[0018] Accordingly, there is a need for a support structure constructed from cost-effective materials with a long service life. Thus, it is an object of the present invention to provide a support structure for a gravitational energy storage system using vertical movement of weights that provides sufficient height difference and free vertical movement of weights to store energy that can support the weights of the weights as well as wind and climatic loads.

[0019] Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить конструкцию, которая может быть построена на обычной равнинной местности и в которой используются недорогие материалы. Возведение несущей конструкции может быть автоматизированным, что снижает стоимость строительных работ и риск ошибок. Эти цели достигаются с помощью несущей конструкции гравитационной системы накопления энергии с вертикальным движением грузов, описанной ниже.[0019] Yet another object of the present invention is to provide a structure that can be built on conventional flat terrain and that uses inexpensive materials. The erection of the supporting structure can be automated, which reduces the cost of construction work and the risk of errors. These goals are achieved with the support structure of the gravity energy storage system with vertical movement of loads, described below.

[0020] Описанная ниже конструкция может также быть использована для других приложений, где необходимо постоянно или временно удерживать в определенном положении груз (до миллионов тонн), равномерно распределяя нагрузку по конструкции.[0020] The structure described below can also be used for other applications where it is necessary to permanently or temporarily hold a load in a certain position (up to millions of tons), evenly distributing the load throughout the structure.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0021] Известные гравитационные системы накопления энергии, как правило, включают в себя устройства, предназначенные для перемещения грузов вверх против силы тяжести и возвращения их вниз в начальную позицию. Системы, которые запасают энергию с помощью строго вертикального перемещения грузов, как известно, наиболее эффективны с точки зрения КПД и минимизации занимаемой площади.[0021] Known gravitational energy storage systems typically include devices designed to move loads upward against gravity and return them downward to a starting position. Systems that store energy by strictly vertical movement of loads are known to be the most efficient in terms of efficiency and minimization of the footprint.

[0022] Необходимым условием функционирования гравитационных систем накопления энергии, запасающих энергию с помощью вертикального перемещения грузов является размещение (например, фиксация) грузов, по меньшей мере, в двух положениях – в нижнем положении с минимумом потенциальной энергии и в верхнем положении с максимумом потенциальной энергии. Другими словами, функционирование гравитационных систем накопления энергии предполагает наличие естественной или искусственно созданной разницы высот «h». Одно из решений состоит в создании разницы высот «h» с использованием (возведением) несущей конструкции соответствующей высоты, причём такая конструкция должна позволять вертикальное перемещение грузов.[0022] A necessary condition for the functioning of gravitational energy storage systems that store energy by means of vertical movement of weights is the placement (for example, fixation) of weights in at least two positions - in the lower position with a minimum potential energy and in the upper position with a maximum potential energy ... In other words, the functioning of gravitational energy storage systems presupposes the presence of a natural or artificially created difference in heights "h". One solution is to create a height difference “h” using (erecting) a supporting structure of an appropriate height, and such a structure should allow vertical movement of loads.

[0023] Энергетическая ёмкость (E) гравитационных систем накопления энергии определяется произведением суммы масс (M) всех грузов на разницу высот (h) между верхним и нижним положением грузов в соответствии со следующей формулой:[0023] The energy capacity (E) of gravitational energy storage systems is determined by the product of the sum of the masses (M) of all weights by the difference in height (h) between the upper and lower positions of the weights in accordance with the following formula:

E = M * g * h, где g – ускорение свободного падения.E = M * g * h, where g is the acceleration due to gravity.

[0024] Гравитационная система накопления энергии, имеющая заданную высоту для достижения определённой энергетической ёмкости (E), предпочтительно должна быть расположена в непосредственной близости от того участка электросети, где эта энергетическая ёмкость (E) наиболее важна для поддержания баланса между генерируемой и потребляемой электроэнергией. Однако естественный ландшафт не часто располагает необходимой разницей высот, достаточной для создания гравитационной системы накопления энергии необходимой энергетической ёмкости. Решение этих проблем предложено в вариантах настоящего изобретения, а именно предложено создание несущей конструкции гравитационной системы накопления энергии, использующей вертикальное перемещение грузов и сконструированной над поверхностью земли без разновысотного ландшафта, обеспечивающей надлежащую высоту для достижения конкретной энергетической ёмкости (E).[0024] A gravitational energy storage system having a given height to achieve a certain energy capacity (E) should preferably be located in close proximity to the section of the power grid where this energy capacity (E) is most important to maintain a balance between generated and consumed electricity. However, the natural landscape does not often have the necessary height difference sufficient to create a gravitational energy storage system of the required energy capacity. The solution to these problems is proposed in the variants of the present invention, namely, it is proposed to create a supporting structure of a gravitational energy storage system using vertical movement of goods and designed above the earth's surface without a landscape of different heights, providing the proper height to achieve a specific energy capacity (E).

[0025] Несущая конструкция гравитационной системы накопления энергии, которая использует вертикальное перемещение грузов, должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать нагрузку от грузов, то есть иметь высокую прочность на вертикальное сжатие. Конфигурация несущей конструкции должна также создавать достаточную разницу высот (h) для обеспечения требуемой энергетической ёмкости (E) накопителя энергии, например, до сотен метров для накопителей энергии промышленного масштаба.[0025] The supporting structure of a gravitational energy storage system that uses vertical movement of weights must be strong enough to withstand the load from the weights, that is, have high vertical compression strength. The configuration of the supporting structure must also create a sufficient height difference (h) to provide the required energy capacity (E) of the energy storage unit, for example up to hundreds of meters for industrial scale energy storage units.

[0026] Известны решения, используемые, например, в связи высотными зданиями (небоскрёбами). Однако, в отличие от обычного высотного здания, несущая конструкция промышленной гравитационной системы накопления энергии должна выдерживать не только собственный вес, но и дополнительный вес грузов. Несущая конструкция промышленной гравитационной системы накопления энергии должна также позволять беспрепятственное вертикальное перемещение грузов. Другими словами, в отличие от высотных зданий, которые всегда включают в себя горизонтальные структуры (например, потолки и полы), несущая конструкция промышленной гравитационной системы накопления энергии не может включать в себя горизонтальные барьеры, препятствующие вертикальному перемещению грузов.[0026] Known solutions are used, for example, in connection with high-rise buildings (skyscrapers). However, unlike a conventional high-rise building, the supporting structure of an industrial gravitational energy storage system must withstand not only its own weight, but also the additional weight of the cargo. The supporting structure of an industrial gravitational energy storage system must also allow unhindered vertical movement of goods. In other words, unlike high-rise buildings, which always include horizontal structures (such as ceilings and floors), the supporting structure of an industrial gravity energy storage system cannot include horizontal barriers that prevent vertical movement of goods.

[0027] Другие известные способы создания разницы высот (h) заключаются в размещении нижнего положения грузов ниже «нулевой» отметки (уровня земли), а верхнего положения грузов вблизи «нулевой» отметки (уровня земли). Другими словами, для создания разницы высот используются стволы шахт. Известные системы с нижним положением грузов, расположенным ниже «нулевой» отметки, испытывают меньшую тепловую и ветровую нагрузки. Однако, такие системы сложнее обслуживать, они требуют дополнительных конструктивных решений для предотвращения ущерба, который может быть вызван затоплением, например, грунтовыми водами. Кроме того, для экономии затрат на строительство предпочтительно размещать такие системы в уже существующих вертикальных шахтах, что значительно ограничивает выбор мест их размещения и тем самым ограничивает удобство использования системы накопления в соответствующей электросети.[0027] Other known methods of creating height difference (h) are to place the lower position of the weights below the "zero" mark (ground level), and the upper position of the weights near the "zero" mark (ground level). In other words, shaft shafts are used to create the height difference. Known systems with the lower position of the weights located below the "zero" mark experience less heat and wind loads. However, such systems are more difficult to maintain and require additional design solutions to prevent damage that can be caused by flooding, for example, by groundwater. In addition, in order to save construction costs, it is preferable to place such systems in already existing vertical shafts, which significantly limits the choice of their locations and thereby limits the usability of the storage system in the corresponding power grid.

[0028] Известные несущие конструкции гравитационных систем накопления энергии, использующих вертикальное перемещение грузов зачастую требуют специальных грунтов для своего создания, другие несущие конструкции требуют наличия большого объема воды, другие требуют наличия готовых шахт. Другие известные системы не решают проблемы боковой ветровой нагрузки и/или другие задачи, связанные с неблагоприятным климатическим воздействием, или изготавливаются из дорогих материалов, что делает систему накопления энергии экономически невыгодной, или не обеспечивают стабильную работоспособность в нужном диапазоне климатических условий. Соответственно, существует потребность в несущей конструкции, созданной из экономически эффективных материалов и имеющей длительный срок службы.[0028] Known load-bearing structures of gravitational energy storage systems using vertical movement of loads often require special soils for their creation, other load-bearing structures require a large volume of water, others require ready-made mines. Other known systems do not solve the problems of lateral wind load and / or other problems associated with adverse climatic effects, or are made from expensive materials, which makes the energy storage system economically unprofitable, or do not provide stable performance in the desired range of climatic conditions. Accordingly, there is a need for a support structure constructed from cost effective materials and having a long service life.

[0029] Таким образом, предметом настоящего изобретения является несущая конструкция гравитационной системы накопления энергии, использующей вертикальное перемещение грузов, формирующая достаточную разницу высот (h) и обеспечивающая беспрепятственное перемещение грузов для накопления энергии. Такая конструкция должна выдерживать вес грузов и в то же время выдерживать ветровые и другие климатические нагрузки.[0029] Thus, the subject of the present invention is a supporting structure of a gravitational energy storage system using vertical movement of weights, creating a sufficient height difference (h) and allowing the weights to move freely for energy storage. Such a structure must support the weight of the goods and at the same time withstand wind and other climatic loads.

[0030] Другая цель настоящего изобретения в том, чтобы предложить несущую конструкцию, которая может быть сооружена на обычной равнинной местности. Возведение такой структуры может включать в себя автоматизируемые техпроцессы, снижающие стоимость возведения и потенциальный риск ошибок.[0030] Another object of the present invention is to provide a supporting structure that can be erected on a typical flat terrain. The erection of such a structure can include automated workflows that reduce erection costs and the potential risk of errors.

[0031] С учётом вышеизложенных и других типовых проблем, недочётов и недостатков традиционных способов и устройств, техническим результатом настоящего изобретения является создание несущей конструкции гравитационной системы накопления энергии, включающей в себя силовой каркас, выдерживающий вертикальную нагрузку от грузов. Силовой каркас включает в себя верхнюю раму, множество модулей, при этом каждый модуль из множества модулей имеет множество колонн и связей. По меньшей мере одна из связей жестко связана с по меньшей мере одной из колонн. Несущая конструкция также включает в себя внешнее ограждение, которое может располагаться на небольшом расстоянии от силового каркаса.[0031] Taking into account the above and other typical problems, shortcomings and disadvantages of traditional methods and devices, the technical result of the present invention is to create a supporting structure of a gravitational energy storage system, including a load-bearing frame that can withstand vertical loads from loads. The load-bearing frame includes an upper frame, a plurality of modules, and each module of a plurality of modules has a plurality of columns and links. At least one of the links is rigidly connected to at least one of the columns. The load-bearing structure also includes an external railing, which can be positioned a short distance from the load-bearing frame.

[0032] В другом варианте настоящего изобретения несущая конструкция включает в себя силовой каркас, имеющий множество силовых модулей, при этом силовой каркас обеспечивает свободное вертикальное перемещение объектов. Несущая конструкция дополнительно включает в себя внешнее ограждение, расположенное на небольшом расстоянии от силового каркаса и крышу.[0032] In another embodiment of the present invention, the support structure includes a load-bearing frame having a plurality of power modules, the load-bearing frame allowing free vertical movement of objects. The supporting structure additionally includes an external fence located at a short distance from the load-bearing frame and the roof.

[0033] В ещё одном варианте настоящего изобретения несущая конструкция гравитационной системы накопления энергии включает в себя силовой каркас, выдерживающий вертикальную нагрузку грузов. Силовой каркас выполнен с возможностью свободного перемещения грузов. Несущая конструкция также включает в себя внешнее ограждение, выдерживающее горизонтальную ветровую нагрузку.[0033] In yet another embodiment of the present invention, the supporting structure of the gravitational energy storage system includes a load-bearing frame that can withstand the vertical load of loads. The power frame is made with the possibility of free movement of loads. The supporting structure also includes an external sheath to withstand the horizontal wind load.

[0034] Другие свойства и преимущества изобретения раскрываются в подробном описании изобретения, приведенном ниже, в котором предпочтительные варианты реализации данного изобретения изложены подробно и сопровождаются соответствующими рисунками.[0034] Other features and advantages of the invention are disclosed in the detailed description of the invention below, in which preferred embodiments of the invention are set forth in detail and accompanied by accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0035] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и чётко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:[0035] The object of the claims of this application is described by the items and is clearly stated in the claims. The foregoing objects, features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description, in conjunction with the accompanying drawings, in which:

[0036] ФИГ. 1 изображает несущую конструкцию гравитационной системы накопления энергии в соответствии с вариантами настоящего изобретения;[0036] FIG. 1 depicts the supporting structure of a gravity energy storage system in accordance with embodiments of the present invention;

[0037] ФИГ. 2 изображает силовой каркас в соответствии с вариантами настоящего изобретения;[0037] FIG. 2 depicts a load-bearing frame in accordance with embodiments of the present invention;

[0038] ФИГ. 3 изображает силовой каркас с верхней рамой в соответствии с вариантами настоящего изобретения;[0038] FIG. 3 depicts a load-bearing frame with an upper frame in accordance with embodiments of the present invention;

[0039] ФИГ. 4 изображает колонну силового каркаса в соответствии с вариантами настоящего изобретения;[0039] FIG. 4 depicts a structural frame column in accordance with embodiments of the present invention;

[0040] ФИГ. 5 изображает вид сверху на несущую конструкцию в соответствии с вариантами настоящего изобретения;[0040] FIG. 5 is a top view of a supporting structure in accordance with embodiments of the present invention;

[0041] ФИГ. 6 изображает внешнее ограждение несущей конструкции в соответствии с вариантами настоящего изобретения;[0041] FIG. 6 depicts an external load-bearing structure in accordance with embodiments of the present invention;

[0042] ФИГ. 7 изображает верхнюю часть несущей конструкции с крышей, опирающейся на внешнее ограждение, в соответствии с вариантами настоящего изобретения; и[0042] FIG. 7 illustrates the top of a roof structure with a roof supported by an external railing, in accordance with embodiments of the present invention; and

[0043] ФИГ. 8 изображает верхнюю часть несущей конструкции с крышей, опирающейся на верхнюю раму, в соответствии с вариантами настоящего изобретения.[0043] FIG. 8 depicts an upper structure with a roof supported by an upper frame in accordance with embodiments of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0044] Аспекты изобретения раскрыты в нижеследующем описании и связанных с ним чертежах, показывающих конкретные варианты осуществления изобретения. Могут быть реализованы также иные варианты осуществления настоящего изобретения, не выходящие за рамки сущности настоящего изобретения. Кроме того, хорошо известные элементы изобретения не будут описаны в деталях или будут опущены, чтобы другие детали изобретения могли быть описаны с достаточной ясностью. [0044] Aspects of the invention are disclosed in the following description and related drawings showing specific embodiments of the invention. Other embodiments of the present invention may also be implemented without departing from the spirit of the present invention. In addition, well-known elements of the invention will not be described in detail or will be omitted so that other details of the invention may be described with sufficient clarity.

[0045] Слово «типовой» использовано в настоящем описании в значении «приведенный в качестве примера, образца или иллюстрации». Любой вариант осуществления данного изобретения, обозначенный в настоящем описании как «типовой» не обязательно является предпочтительным или имеющим преимущества по отношению к другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Аналогично, термины «вариант осуществления изобретения» и «исполнение изобретения» не предполагает, что все варианты или исполнения осуществления данного изобретения содержат обсуждаемый признак, преимущество или режим работы.[0045] The word "typical" is used herein to mean "given by way of example, sample or illustration." Any embodiment of the present invention referred to herein as “typical” is not necessarily preferred or advantageous over other embodiments of the present invention. Likewise, the terms “embodiment” and “execution of the invention” are not intended to imply that all embodiments or embodiments of the invention comprise the discussed feature, advantage, or mode of operation.

[0046] Терминология, используемая в настоящем описании, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения и не ограничивает объём изобретения. Использование терминов в единственном числе предполагает, что они относятся как к единственному, так и к множественному числу, если иное не указано явно или четко не обозначено контекстом. Кроме того, следует понимать, что использованные в настоящем описании термины «содержит», «содержащий», «имеет», «имеющий», «состоит», «состоящий», «включать в себя» и/или «включающий в себя», указывают наличие заявленных признаков, целых систем, этапов, операций, элементов и/или компонентов , но не исключают наличия или добавления одного или нескольких других признаков, целых систем, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.[0046] The terminology used in this description is intended only to describe specific embodiments of the present invention and does not limit the scope of the invention. The use of terms in the singular implies that they refer to both the singular and the plural, unless otherwise stated explicitly or clearly indicated by the context. In addition, it should be understood that used in the present description, the terms "contains", "containing", "has", "having", "consists", "consisting", "include" and / or "including", indicate the presence of the declared features, entire systems, stages, operations, elements and / or components, but do not exclude the presence or addition of one or more other features, entire systems, stages, operations, elements, components and / or their groups.

[0047] Цели, описанные в настоящем изобретении, могут быть достигнуты с помощью несущей конструкции 100, включающей в себя силовой каркас 200, внешнее ограждение 310, расположенное на небольшом расстоянии от силового каркаса 200, и крышу 320. Силовой каркас может включать в себя верхнюю раму 240 и множество модулей 260.[0047] the Objectives described in the present invention can be achieved with a support structure 100 including a structural frame 200, an outer railing 310 located a short distance from the structural frame 200, and a roof 320. The structural frame may include an upper a frame 240 and a plurality of modules 260.

[0048] В соответствии с вариантами настоящего изобретения несущая конструкция 100 предназначена для гравитационной системы накопления энергии (не показана). Как правило, гравитационные системы накопления энергии включают в себя множество грузов, выполненных с возможностью вертикального перемещения. Гравитационная система накопления энергии заряжается при перемещении грузов из нижнего положения в верхнее положение, и система разряжается при перемещении грузов из верхнего положения в нижнее положение. Более конкретно, гравитационная система накопления энергии может включать в себя каретку для вертикального перемещения грузов и надёжно фиксации грузов в верхнем или нижнем положениях. Может быть предусмотрена тележка для горизонтального перемещения каретки вдоль верхней рамы. Канат с двумя натяжителями может быть функционально связан с кареткой и тележкой. Главный привод может быть соединён с канатом и выполнен с возможностью перемещения каретки. Кроме того, грузы могут надёжно фиксироваться в верхнем или нижнем положениях для накопления энергии.[0048] In accordance with embodiments of the present invention, the supporting structure 100 is for a gravity energy storage system (not shown). Typically, gravitational energy storage systems include a plurality of weights that are vertically movable. The gravitational energy storage system is charged when the weights are moved from the low position to the high position, and the system is discharged when the weights are moved from the high position to the low position. More specifically, a gravitational energy storage system may include a carriage for vertically moving weights and securely securing weights in an up or down position. A trolley can be provided to move the carriage horizontally along the upper frame. The rope with two tensioners can be functionally connected to the carriage and trolley. The main drive can be connected to the rope and made with the ability to move the carriage. In addition, weights can be securely fixed in the upper or lower positions for energy storage.

[0049] Фиг. 1 показывает несущую конструкцию 100, предназначенную для гравитационной системы накопления энергии (не показана), включающую в себя силовой каркас 200, внешнее ограждение 310, расположенное на небольшом расстоянии от силового каркаса 200 и крышу 320 (которая, в соответствии с исполнением настоящего изобретения, может быть выполнена с возможностью расположения над силовым каркасом 200, как показано на Фиг. 1). Несущая конструкция 100 может включать в себя основание 400. Основание 400 может быть выполнено из железобетона. Кроме того, основание 400 может включать в себя дополнительные усиленные участки, соответствующие каждой колонне 210, расположенной на основании 400. Верхняя рама 240 может быть расположена наверху силового каркаса 200. В тех случаях, когда несущая конструкция 100 предназначена для гравитационной системы накопления энергии, верхняя рама может иметь пазы или направляющие (не показаны) для облегчения горизонтального перемещения тележки.[0049] FIG. 1 shows a support structure 100 for a gravitational energy storage system (not shown) including a load-bearing frame 200, an outer railing 310 located a short distance from the load-bearing frame 200, and a roof 320 (which, in accordance with an embodiment of the present invention, can be configured to be positioned above the load-bearing frame 200, as shown in Fig. 1). The supporting structure 100 may include a base 400. The base 400 may be made of reinforced concrete. In addition, the base 400 may include additional reinforced sections corresponding to each column 210 located on the base 400. The upper frame 240 may be located on top of the support frame 200. In cases where the supporting structure 100 is intended for a gravitational energy storage system, the upper the frame may have slots or rails (not shown) to facilitate horizontal movement of the cart.

[0050] Как показано на Фиг. 2 силовой каркас 200 состоит из множества колонн 210, расположенных вертикально и перпендикулярно основанию 400 (показано на Фиг. 1). Множество горизонтальных связей 220 соединены с колоннами 210 (также показаны на Фиг. 3). Кроме того, силовой каркас может включать в себя множество наклонных связей 230, каждая наклонная связь имеет первый конец 231 и второй конец 233. Первый конец 231 наклонной связи 230 соединяется с одной из колонн 210, в то время как второй конец 233 соединяется с одной из горизонтальных связей 220.[0050] As shown in FIG. 2, the structural frame 200 consists of a plurality of columns 210 arranged vertically and perpendicular to the base 400 (shown in FIG. 1). A plurality of horizontal braces 220 are connected to columns 210 (also shown in FIG. 3). In addition, the structural frame may include a plurality of oblique links 230, each oblique link has a first end 231 and a second end 233. The first end 231 of the oblique link 230 is connected to one of the columns 210, while the second end 233 is connected to one of horizontal ties 220.

[0051] Фиг. 3 показывает верхнюю раму 240, расположенную сверху колонн 210 и прикреплённую к верхнему уровню колонн 210 с помощью, например, сварки; либо верхняя рама 240 закреплена на колоннах 210 верхнего ряда под действием силы собственного веса, направленной вниз. Верхняя рама может быть выполнена в виде жёсткой стальной конструкции для равномерного распределения веса грузов на силовой каркас 200. Как показано на Фиг. 3, горизонтальные связи 220 могут быть соединены с колоннами 210 любым известным способом, например, сваркой, болтовым соединением, холодной клёпкой и тому подобное. Аналогично, наклонные связи 230 могут соединяться с колоннами 210 и горизонтальными связями 220 с помощью любого известного способа, такого как сварка, болтовое соединение, холодная клепка и тому подобное.[0051] FIG. 3 shows an upper frame 240 located on top of columns 210 and attached to the top level of columns 210 by welding, for example; or the upper frame 240 is secured to the columns 210 of the upper row by gravity downward. The upper frame can be a rigid steel structure to evenly distribute the weight of the loads on the load-bearing frame 200. As shown in FIG. 3, the horizontal braces 220 may be connected to the columns 210 in any known manner, such as welding, bolting, cold riveting, and the like. Likewise, oblique braces 230 may be connected to columns 210 and horizontal braces 220 using any known method such as welding, bolting, cold riveting, and the like.

[0052] В определенном исполнении настоящего изобретения, соединения между колоннами 210, горизонтальными связями 220 и наклонными связями 230 могут быть выполнены с помощью размещения на колонне стыковочных узлов 217, выступающих из колонны, как показано на Фиг. 3. Каждая горизонтальная связь может также включать в себя центральный стыковочный узел 227. Каждый конец 225 горизонтальной связи 220 и каждый из концов 231 и 233 наклонной связи 230 может включает в себя наконечник, предназначенный для жёсткого крепления к стыковочному узлу 217 и/или центральному стыковочному узлу 227 при помощи, например, сварки, болтового соединения, холодной клёпки и тому подобное. В некоторых исполнениях настоящего изобретения горизонтальная связь 220 и наклонная связь 230 могут быть выполнены из стальных труб прямоугольного или круглого сечения. Горизонтальные связи 220 и наклонные связи 230 могут также включать в себя бетон или железобетон.[0052] In a particular embodiment of the present invention, connections between columns 210, horizontal braces 220, and oblique braces 230 may be accomplished by placing docking joints 217 on the column protruding from the column as shown in FIG. 3. Each horizontal link may also include a central docking station 227. Each end 225 of the horizontal link 220 and each of the ends 231 and 233 of the oblique link 230 may include a ferrule for rigidly attaching to the docking station 217 and / or the center docking station. node 227 by, for example, welding, bolting, cold riveting, and the like. In some embodiments of the present invention, the horizontal brace 220 and the oblique brace 230 may be formed from steel pipes of rectangular or circular cross-section. Horizontal braces 220 and sloped braces 230 may also include concrete or reinforced concrete.

[0053] В определенном исполнении заявленного изобретения наклонные связи 230 могут образовывать V-образные структуры между колоннами 210 и горизонтальными связями 220, как показано на Фиг. 1. Кроме того, наклонные связи могут образовывать X-образные и Λ-образные структуры. Наклонные связи могут быть выполнены той же длины, что горизонтальные связи. Это уменьшает стоимость изготовления несущей конструкции 100 и, в случае автоматизированного монтажа несущей конструкции 100, позволяет использовать для крепления наклонных и горизонтальных связей одно и то же оборудование.[0053] In a particular embodiment of the claimed invention, oblique braces 230 may form V-shaped structures between columns 210 and horizontal braces 220, as shown in FIG. 1. In addition, oblique bonds can form X-shaped and Λ-shaped structures. Inclined braces can be made of the same length as horizontal braces. This reduces the cost of manufacturing the supporting structure 100 and, in the case of automated assembly of the supporting structure 100, allows the same equipment to be used for fastening inclined and horizontal braces.

[0054] На Фиг. 4 показана колонна 210, включающая в себя силовой стержень 212, сделанный из, например, бетона или железобетона, верхний соединительный узел 213 для соединения с вышестоящей колонной 210 и нижний соединительный узел 214 для соединения с нижестоящей колонной 210. Колонна 210 может также иметь стальную трубу (не показана), окружающую силовой стержень 212. Силовой стержень 212 может быть квадратным, восьмиугольным, круглым или любой другой подходящей формы в поперечном сечении. Верхняя и нижняя части силового стержня 212 могут быть усилены подходящими средствами, например, с помощью дополнительной стальной арматуры для обеспечения большей прочности в месте соединения колонн.[0054] FIG. 4 shows a column 210 including a power bar 212 made of, for example, concrete or reinforced concrete, an upper connector 213 for connecting to an upstream column 210, and a lower connector 214 for connecting to a downstream column 210. The column 210 may also have a steel pipe. (not shown) surrounding the force bar 212. The force bar 212 can be square, octagonal, circular, or any other suitable cross-sectional shape. The top and bottom of the power bar 212 can be reinforced with suitable means, such as additional steel reinforcement, to provide greater strength at the junction of the columns.

[0055] В одном из исполнений настоящего изобретения один из соединительных узлов колонны 210 может быть выполнен как стальной стержень, в то время другой соединительный узел колонны 210 может быть выполнен как отверстие, таким образом, чтобы, когда одна из колонн 210 расположена сверху другой колонны 210, стальной стержень размещался в отверстии для обеспечения надежного соединения колонн 210. В этом случае надёжное соединение обеспечивается направленным вниз весом верхней части силового каркаса 200, а стержень и отверстие центрируют соединяемые колонны. В других исполнениях верхний соединительный узел 213 и нижний соединительный узел 214 могут иметь любую другую подходящую форму для обеспечения надежного соединения колонн любым известным способом, например, сваркой, болтовым соединением, холодной клёпкой и тому подобное.[0055] In one embodiment of the present invention, one of the column connectors 210 may be formed as a steel bar, while the other column connector 210 may be formed as a hole, so that when one of the columns 210 is located on top of the other column 210, a steel rod was placed in the hole to provide a secure connection between the columns 210. In this case, the secure connection is provided by the downward weight of the upper part of the structural frame 200, and the rod and hole center the columns to be connected. In other implementations, the upper joint 213 and the lower joint 214 may be of any other suitable shape to provide a secure connection of the columns in any known manner, such as welding, bolting, cold riveting, and the like.

[0056] На Фиг. 5 показан вид сверху на несущую конструкцию 100, которая включает в себя силовой каркас 200 с квадратными колоннами 210 и внешнее ограждение 310. Также показано множество горизонтальных связей 220. Внешнее ограждение 310 расположено на небольшом расстоянии от силового каркаса 200 для обеспечения защиты от ветра и других климатических нагрузок. Внешнее ограждение 310 позволяет силовому каркасу 200 выполнять свои функции без снижения производительности из-за силы бокового ветра. В частности, внешнее ограждение 310 обеспечивает защиту силового каркаса 200 от боковой ветровой нагрузки силой F (показана на Фиг. 6), тем самым позволяя значительно уменьшить стоимость производства силового каркаса 200. Кроме того, в тех случаях, когда несущая конструкция 100 предназначена для гравитационной системы накопления энергии, внешнее ограждение 310 также предназначено для защиты оборудования гравитационной системы накопления энергии от неблагоприятных климатических нагрузок.[0056] FIG. 5 shows a top view of a structural structure 100, which includes a structural frame 200 with square columns 210 and an external railing 310. A plurality of horizontal braces 220 is also shown. The external railing 310 is located a short distance from the structural frame 200 to provide protection from wind and others. climatic loads. The outer enclosure 310 allows the load-bearing frame 200 to perform its function without compromising performance due to the force of the crosswind. In particular, the outer railing 310 protects the load-bearing frame 200 from the lateral wind load of the force F (shown in Fig. 6), thereby significantly reducing the cost of manufacturing the load-bearing frame 200. In addition, in cases where the load-bearing structure 100 is intended for gravity energy storage systems, external enclosure 310 is also designed to protect the gravity energy storage system equipment from adverse climatic stresses.

[0057] На Фиг. 6 показано внешнее ограждение 310 в частных случаях исполнения настоящего изобретения. Ограждение 310 может представлять собой гибкий лист 315, длина которого примерно равна расстоянию от вершины силового каркаса 200 до якорного устройства в сборе приваренного или прикрепленного другим способом к основанию 400. Крепление должно быть достаточно прочным, чтобы выдерживать силу F₁, направленную как показано на Фиг. 6., прямо пропорциональную силе ветра F. При такой длине гибкого листа изгибающий момент, прилагаемый к силовому каркасу 200 гибким листом, является наибольшим и определяется силой натяжения верхней секции гибкого листа, прикрепленного к силовому каркасу 200, умноженной на высоту силового каркаса 200 и на синус угла между вертикалью и касательной к гибкому листу 315 в верхней точке силового каркаса 200. Таким образом, изгибающий момент тянет силовой каркас 200 навстречу потоку ветра. Сжимающая нагрузка, прилагаемая к силовому каркасу 200 гибким листом 315, определяется той же силой растяжения верхней секции гибкого листа 315, прикрепленного к силовому каркасу 200, умноженной на косинус того же угла между вертикалью и касательной к гибкому листу 315 в верхней точке силового каркаса 200. С увеличением длины гибкого листа 315 угол между силовым каркасом 200 и касательной к гибкому листу 315 в верхней части силового каркаса 200 уменьшается, соответственно уменьшаются значения синуса угла и изгибающего момента. При определенной длине гибкого листа 315, касательная к гибкому листу 315 в верхней точке силового каркаса 200 становится вертикальной и изгибающий момент, приложенный к силовому каркасу 200 становится равным нулю. Таким образом, к силовому каркасу 200 прикладывается только сжимающая нагрузка F₂. С дальнейшим удлинением гибкого листа 315 изгибающий момент меняет знак. Внешнее ограждение 310 может состоять из множества гибких листов.[0057] FIG. 6 shows an external fence 310 in particular cases of the implementation of the present invention. The guardrail 310 can be a flexible sheet 315, the length of which is approximately equal to the distance from the top of the support frame 200 to the anchor assembly welded or otherwise attached to the base 400. The attachment must be strong enough to withstand the force F ₁ directed as shown in FIG. ... 6., which is directly proportional to the wind force F. At this length of the flexible sheet, the bending moment applied to the strength frame 200 by the flexible sheet is the largest and is determined by the tensile force of the upper section of the flexible sheet attached to the strength frame 200 multiplied by the height of the strength frame 200 and by sine of the angle between the vertical and the tangent to the flexible sheet 315 at the top point of the load-bearing frame 200. Thus, the bending moment pulls the power frame 200 towards the wind flow. The compressive load applied to the strength frame 200 by the flexible sheet 315 is determined by the same tensile force of the upper section of the flexible sheet 315 attached to the strength frame 200, multiplied by the cosine of the same angle between the vertical and the tangent to the flexible sheet 315 at the top point of the strength frame 200. With an increase in the length of the flexible sheet 315, the angle between the power frame 200 and the tangent to the flexible sheet 315 in the upper part of the power frame 200 decreases, and the values of the sine of the angle and the bending moment decrease accordingly. At a certain length of the flexible sheet 315, the tangent to the flexible sheet 315 at the top of the support frame 200 becomes vertical and the bending moment applied to the load frame 200 becomes zero. _{Thus, only the compressive load F 2 is} applied to the load-bearing frame 200. With further lengthening of the flexible sheet 315, the bending moment changes sign. The outer fence 310 can be composed of a plurality of flexible sheets.

[0058] В другом исполнении настоящего изобретения внешнее ограждение 310 представляет собой жёсткую конструкцию, окружающую силовой каркас 200. В этом исполнении внешнее ограждение 310 не соединяется с силовым каркасом и располагается на некотором расстоянии от него (как показано, например, на Фиг. 1 и Фиг. 5). Жёсткое внешнее ограждение 310 может иметь внутреннюю структуру (не показана), например, дополнительную арматуру или полости для теплоизоляции. Жесткое внешнее ограждение 310 может иметь форму цилиндра, гиперболоида, другого осесимметричного тела или другую пригодную форму. Цилиндрическая форма обеспечивает простоту проектирования, возведения и является достаточно эффективной, чтобы противостоять ветровым нагрузкам. Внешнее ограждение может быть выполнено из блоков или в виде монолитной конструкции.[0058] In another embodiment of the present invention, the outer railing 310 is a rigid structure surrounding the load-bearing frame 200. In this embodiment, the external barrier 310 is not connected to the load-bearing frame and is located at some distance from it (as shown, for example, in Fig. 1 and Fig. 5). The rigid outer fence 310 may have an internal structure (not shown) such as additional reinforcement or thermal insulation cavities. The rigid outer fence 310 may be in the form of a cylinder, hyperboloid, other axisymmetric body, or other suitable shape. The cylindrical shape provides ease of design, construction and is efficient enough to withstand wind loads. The external fence can be made of blocks or in the form of a monolithic structure.

[0059] На Фиг. 7 показана верхняя часть несущей конструкции 100, включая крышу 320, расположенную на верхней части внешнего ограждения 310. В исполнениях настоящего изобретения, показанных на Фиг. 7, когда внешнее ограждение 310 является жестким, как описано выше, крыша 320 может опираться на внешнее ограждение 310. Другими словами, крыша, например, приваренная к верхней части внешнего ограждения 310 расположена на небольшом расстоянии от силового каркаса 200 (как показано на Фиг. 7).[0059] FIG. 7 shows the upper portion of the supporting structure 100, including the roof 320, located on the upper portion of the outer railing 310. In the embodiments of the present invention shown in FIGS. 7, when the outer railing 310 is rigid as described above, the roof 320 may rest on the outer railing 310. In other words, the roof, for example, welded to the top of the outer railing 310, is positioned a short distance from the load-bearing frame 200 (as shown in FIG. 7).

[0060] В другом исполнении, показанном на Фиг. 8, крыша 320 расположена на верхней части верхней рамы 240 и опирается на силовой каркас 200. Оставшийся в этом случае зазор между внешним ограждением 310 и силовым каркасом 200 может быть закрыт с помощью мембраны (не показана) из ПВХ или другого подходящего материала. В этом случае внешнее ограждение 310 может являться гибким листом 315 (как показано на Фиг. 6). Крыша 320 может быть изготовлена из любого подходящего материала, такого как бетон, железобетон, сталь и тому подобное. Крыша 320 может иметь различные формы, например, полусферическую (купол) или быть плоской. Крыша 320 может также включать в себя различные отверстия для нужд, например, водослива, терморегуляции, выравнивания давления и других нужд.[0060] In another embodiment, shown in FIG. 8, the roof 320 is located on top of the upper frame 240 and rests on the support frame 200. The remaining gap between the outer railing 310 and the load frame 200 can be closed with a membrane (not shown) of PVC or other suitable material. In this case, the outer fence 310 may be a flexible sheet 315 (as shown in FIG. 6). The roof 320 can be made of any suitable material such as concrete, reinforced concrete, steel, and the like. The roof 320 can have various shapes, such as hemispherical (dome) or flat. The roof 320 may also include various openings for needs such as drainage, thermoregulation, pressure equalization, and other needs.

[0061] Кроме сказанного выше, настоящее изобретение может также применяться в других областях, где необходимо создавать разницу высот и выдерживать различные нагрузки, например, как водонапорная башня или тому подобные применения.[0061] In addition to the above, the present invention can also be applied in other fields where it is necessary to create a difference in height and withstand different loads, for example, as a water tower or the like.

[0062] Из описания изобретения очевидно, что тех же технических результатов можно достичь множеством различных вариантов. Такие варианты не должны рассматриваться как отклонение от сущности и объема изобретения, и все модификации настоящего изобретения, которые очевидны для специалиста в соответствующей области, включаются в объем изобретения, зафиксированный формулой изобретения.[0062] From the description of the invention, it is obvious that the same technical results can be achieved in many different ways. Such variations are not to be construed as a departure from the spirit and scope of the invention, and all modifications of the present invention that are obvious to one skilled in the art are intended to be included within the scope of the claims.

Claims

1. The supporting structure of the gravitational energy storage system,

made with the possibility of vertical movement of at least one load of the plurality of weights and fixing the load either in the upper position or in the lower position, and also with the possibility of horizontal movement of the carriage with the carriage along the upper frame; wherein

the supporting structure includes:

power frame containing

an upper frame made with the possibility of evenly distributing the weight of the loads on the load-bearing frame;

many modules, each module of many modules contains:

many columns; and

many links, with at least one link rigidly attached to the

at least one of the columns; and

external fencing.

2. The supporting structure according to claim 1, further comprising a plurality of inclined

ties, each of which is rigidly attached to at least one of the columns.

3. The supporting structure according to claim 2, in which the inclined connections form V-shaped

structures.

4. The supporting structure of claim. 2, wherein each horizontal and inclined link has the same length.

5. The supporting structure according to claim 1, in which the upper frame is fixed on the columns

top module due to its own weight.

6. The supporting structure according to claim 1, in which the upper frame is made with grooves or

guides for moving the cart.

7. The supporting structure of claim 1, wherein the columns are made of reinforced concrete.

8. The supporting structure of claim 7, wherein the upper and lower portions of the power bar of the column are reinforced with additional steel reinforcement.

9. The supporting structure of claim 1, wherein the columns further comprise an upper docking unit and a lower docking unit.

10. The supporting structure according to claim 9, in which at least one of the docking assemblies is made in the form of a connecting rod, at least one in the form of a hole, and when one of the columns is located on top of another column, the connecting rod is placed in the hole to provide additional reliability of the connection.

11. The supporting structure of claim 1, further comprising a roof.

12. The load-bearing structure of claim. 11, wherein the roof is supported by a load-bearing frame.

13. The load-bearing structure of claim. 11, in which the roof is made without support on the load-bearing frame, with support on an independent external fence.

14. The supporting structure of claim 1, wherein the outer enclosure comprises:

flexible sheet, moreover, the flexible sheet has an upper part and a lower part,

located opposite each other, and the upper part is attached to the upper point of the power frame; and

complete anchor device for rigid attachment of the lower part of the flexible sheet to

surfaces at some distance from the load-bearing frame.

15. Supporting structure containing:

a power frame containing a plurality of power modules and made with the possibility of free vertical movement of objects;

an external fence located at some distance from the load-bearing frame and not connected to it;

and the roof.

16. The supporting structure of claim 15, wherein each module contains:

many columns; and

many horizontal links, and at least one link is rigid

attached to at least one of the columns.

17. The supporting structure of claim. 15, further comprising a plurality of inclined links, each of which is rigidly attached to at least one of the columns.

18. The supporting structure according to claim 17, in which the inclined links form V-shaped

structures.

19. The support structure of claim 18, wherein each horizontal and oblique link is of the same length.

20. The supporting structure according to claim 15, in which the upper frame is fixed on the columns

top module due to its own weight.

21. The supporting structure of claim 15, wherein the upper frame is slotted or guided.

22. The supporting structure of claim 15, wherein the columns are made of reinforced concrete.

23. The supporting structure of claim 22, wherein the upper and lower portions of the power bar of the column are reinforced with additional steel reinforcement.

24. The supporting structure of claim 15, wherein the columns further comprise an upper docking unit and a lower docking unit.

25. The supporting structure of claim. 24, in which at least one of the docking

of nodes is made in the form of a connecting rod, at least one is in the form of a hole, and when it is located from the columns on top of another column, the connecting rod is placed in the hole to provide additional reliability of the connection.

26. The load-bearing structure of claim 15, wherein the roof rests on a load-bearing frame.

27. The supporting structure according to claim 15, in which the roof is made without support on the load-bearing frame, with support on an independent external fence.

28. The supporting structure of the gravitational energy storage system, including:

a load-bearing frame made with the ability to withstand a vertical load from a plurality of weights and made with the possibility of free vertical movement of weights;

in this case, the power frame includes an upper power frame made with

the ability to evenly distribute the weight of loads on the power frame;

external fence made at some distance with the possibility

withstand horizontal wind loads and is not connected to the load-bearing frame.