WO2023239264A1 - Gravitational energy storage system - Google Patents

Gravitational energy storage system Download PDF

Info

Publication number
WO2023239264A1
WO2023239264A1 PCT/RU2023/050143 RU2023050143W WO2023239264A1 WO 2023239264 A1 WO2023239264 A1 WO 2023239264A1 RU 2023050143 W RU2023050143 W RU 2023050143W WO 2023239264 A1 WO2023239264 A1 WO 2023239264A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy
lifting
cells
gravitational
roof
Prior art date
Application number
PCT/RU2023/050143
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич ВЕЛИЧКО
Original Assignee
Дмитрий Алексеевич ВЕЛИЧКО
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2022115665A external-priority patent/RU2796715C1/en
Application filed by Дмитрий Алексеевич ВЕЛИЧКО filed Critical Дмитрий Алексеевич ВЕЛИЧКО
Publication of WO2023239264A1 publication Critical patent/WO2023239264A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy

Definitions

  • Gravity storage of electrical energy belongs to the field of energy and can be used to store energy from wind generators, as well as to accumulate cheap electricity at night and release it during the day to smooth out peak loads. [F03G3/00, F03B15/00, ⁇ 02 ⁇ 5/00].
  • a MECHANICAL ELEVATOR ENERGY STORAGE SYSTEM BASED ON A FLYWHEEL ENERGY STORAGE [CN113716428 (A) - 2021-11-30] is known from the prior art, which discloses an elevator system with a mechanical energy storage device based on an energy storage device on the flywheel.
  • the system contains a bearing assembly and a power assembly for driving the bearing assembly up or down;
  • the bearing assembly contains a lift cabin and a counterweight;
  • the power unit contains a lifting rope, a guide wheel, a drive wheel, a gearbox, a motor and a flywheel;
  • the hoisting rope is wound on the drive wheel and the guide wheel, and the two ends of the hoisting rope are connected to the hoisting cabin and the counterweight, respectively;
  • the engine is connected to the drive wheel through a gearbox and transmits power to the drive wheel through the gearbox;
  • the flywheel is connected to the drive wheel through the gearbox, and the mechanical energy of the drive wheel is received and stored through the gearbox.
  • the flywheel is used for energy storage, the gravitational potential energy of lifting without load and lowering the elevator with full load can be recycled, the fire protection and safety problems caused by the accumulation of electric energy of the elevator are solved, the influence of reverse energy of the elevator and harmonic waves in the power system is improved. energy use, the energy consumption of the elevator is reduced and therefore the energy consumption of the building is reduced.
  • BASED ON AN ABANDONED QUARRY [CN113847217 (A) - 2021-12-28], related to the field of energy storage technology, aims to solve the problem of cyclic recycling of abandoned quarries, namely, it concerns a gravitational energy storage system based on an abandoned quarry, an abandoned quarry is used for storage energy, the gravitational energy storage system includes mass module, suspension device, integrated power generation machine and converter, and the quarry consists of a lower platform, a slope and an upper storage platform; the suspension device includes a support unit and a cross beam pac-positioned on the support unit, and the support unit includes a first support unit installed in the upper part of the quarry, and a second support unit located on the lower platform; a monoblock machine for generating electricity is mounted movably on a cross beam; and the converter regulates the rotation speed of the universal power generation machine at the gravitational potential energy accumulation stage, and transmits the electrical energy of the universal power generation machine to the electrical network at the gravitational potential energy release stage, the electricity generation
  • MODULAR GRAVITATIONAL ENERGY STORAGE SYSTEMS [US2021336478 (A1) - 2021-10-28], which consider new designs and improved methods for constructing and operating a gravitational energy storage device.
  • This device can also be called a gravitational battery or a gravitational potential energy storage device.
  • the device converts electricity into gravitational potential energy and vice versa, raising and lowering massive modules between higher and lower elevations. These modules can maximize their mass using weight containers consisting of any heavy medium such as water, rock, metal, concrete, compacted earth, etc.
  • the present invention includes such designs and design optimizations that can achieve such scale .
  • the height of the system is optimized through the use of an underground vertical shaft, which can provide a large height difference.
  • the weight of the system is optimized by implementing a modular design that can evenly distribute a very large load.
  • This modular design uses multiple cables, gears or other support elements to ensure even distribution loads on modular weight sections. Additional design elements optimize this system for maximum performance.
  • the technical problem of the prototype is its design, which is formed from separate vertical modular frames that do not provide sufficient strength to the structure as a whole, especially its horizontal elements.
  • the objective of the invention is to eliminate the shortcomings of the prototype.
  • the technical result of the invention is to minimize energy losses while saving energy both during accumulation and release.
  • a gravitational storage device for electrical energy containing an independent load characterized in that a set of vertical posts fastened together by transverse beams forms cells with a rectangular cross-section, each cell has its own independent load, electric motors-generators.
  • the independent loads placed on the roof of the structure are made with the ability to move independent loads in a vertical plane during the accumulation and generation of electricity, the independent loads are connected by means of slings to lifting and lowering mechanisms located on the roof above the cells, while all lifting and lowering mechanisms of one row are connected by a common shaft driven powered by an electric motor-generator.
  • Figure 1 shows a general view of the gravitational storage device.
  • Figure 2 shows a top view of the gravity storage tank.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a gravity storage cell.
  • FIG. 4 shows a schematic top view of a gravity storage cell.
  • the figures indicate: 1 - vertical stand, 2 - independent load, 3 - transverse beam, 4 - electric motor-generator, 5 - sling, 6 - lifting mechanism, 7 - common shaft.
  • the gravitational storage device for electrical energy contains a set of vertical posts 1, forming cells, with a square or rectangular cross-section when viewed from above (Fig. 2), made, as an option, from pipe concrete, or from another economically feasible type of material. Each cell has its own independent load 2 mounted.
  • the vertical posts 1 are connected to each other by cross beams 3 to impart rigidity to the structure.
  • Electric motor-generators 4 are located on the roof of the structure and provide lifting/lowering of an independent load 2, which is connected by means of a sling 5 to lifting and lowering mechanisms 6 located on the roof directly above the cell itself. In this case, all lifting and lowering mechanisms of cells of one row are connected by a common shaft 7, driven by an electric motor-generator 4.
  • the invention is used as follows
  • the gravitational storage device for electrical energy is based on the well-known principle of accumulating electrical energy by lifting heavy loads - when there is an excess of electricity in the network, the system is charged by lifting the loads to a height with electric motors; when there is a shortage of electricity in the network, electricity is supplied by lowering the loads and bringing them into action of generators.
  • the structure is a set of vertical posts 1, the cross-section of the cells when viewed from above is square or rectangular, fastened together by cross beams 3 to impart rigidity to the structure.
  • Each cell contains an independent load 2. Specific characteristics - height, distances, sections, weight of the load and the total number of cells with load - are selected depending on the terrain and the required power and storage capacity.
  • the structure is placed on the foundation.
  • the foundation is piled or otherwise, depending on the geological features of the area.
  • the base is a sand cushion, which will allow you to lower loads without braking and not lose efficiency.
  • Electric motors- generators 4 are located on the roof of the structure and combine up to several rows of cells, providing the possibility of step-by-step operation of different rows or even individual cells, thereby regulating the output power.
  • the gravitational storage device for electrical energy contains a set of vertical posts forming cells with a square or rectangular cross-section when viewed from above; each cell has its own independent load, vertical posts are interconnected by cross beams to impart rigidity to the structure, electric motors-generators are located on the roof of the structure and provide lifting and lowering of an independent load, which is connected by means of a sling to lifting and lowering mechanisms located on the roof directly above the cell itself, while all lifting mechanisms of cells of one row are connected by a common shaft driven by an electric motor-generator, which allows:
  • each individual load has its own lifting and lowering system, which ensures higher efficiency
  • Service life The effective service life of chemical electrical energy storage devices, with daily use, is up to 8 years, with an annual decrease in efficiency of up to 30%. Moreover, the cost of the batteries themselves is up to 80% of the cost of all costs for the construction of such a storage device.
  • the service life of this invention is limited only by the service life of the metal in the open air, which, if properly processed, will be up to 50-70 years without loss of efficiency throughout the entire service life.

Abstract

The invention relates to the field of power engineering and can be used for storing energy from wind turbines, as well as for storing cheap electrical energy at night and releasing it during the day in order to smooth peaks in consumption. A gravitational energy storage system contains a set of vertical posts which are connected to one another by transverse beams to form cells having a rectangular cross-section. Each cell has its own independent load installed therein. Electric motors/generators are disposed on the roof of the structure to assist in lifting and lowering an independent load, the latter being connected by a strap to lifting and lowering mechanisms disposed on the roof directly above the corresponding cell. All of the lifting mechanisms of the cells in a row are connected by a common shaft driven by an electric motor/generator. The design of the storage system makes it possible to minimize energy losses during both the storage and release of energy.

Description

ГРАВИТАЦИОННЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ GRAVITATIONAL ELECTRIC ENERGY STORAGE
ОПИСАНИЕ DESCRIPTION
Гравитационный накопитель электрической энергии относится к области энергетики и может быть использован для накопления энергии от ветрогенераторов, а также для накопления дешевой электроэнергии в ночное время и выдачи ее днем для сглаживания пиковых нагрузок. [F03G3/00, F03B15/00, Н02И5/00]. Gravity storage of electrical energy belongs to the field of energy and can be used to store energy from wind generators, as well as to accumulate cheap electricity at night and release it during the day to smooth out peak loads. [F03G3/00, F03B15/00, Н02И5/00].
Из уровня техники известна МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЛИФТА ОСНОВАННАЯ НА НАКОПИТЕЛЕ ЭНЕРГИИ МАХОВИКА [CN113716428 (А) - 2021-11-30], в котором раскрывается лифтовая система с накопителем механической энергии, основанной на накопителе энергии на маховике. Система содержит подшипниковый узел и силовой узел для приведения подшипникового узла в движение вверх или вниз; подшипниковый узел содержит кабину подъемника и противовес; силовой агрегат содержит подъемный канат, направляющее колесо, ведущее колесо, редуктор, двигатель и маховик; подъемный канат намотан на ведущее колесо и направляющее колесо, а два конца подъемного каната соединены с подъемной кабиной и противовесом соответственно; двигатель связан с ведущим колесом через редуктор и передает мощность на ведущее колесо через редуктор; и маховик связан с ведущим колесом через коробку передач, а механическая энергия ведущего колеса принимается и сохраняется через коробку передач. Маховик используется для накопления энергии, гравитационная потенциальная энергия подъема без нагрузки и опускания лифта с полной нагрузкой может быть переработана, проблемы противопожарной защиты и безопасности, вызванные накоплением электрической энергии лифта, решены, влияние обрат-ной энергии лифта и гармонических волн в энергосистеме, повышается эффективность использования энергии, снижается потребление энергии лифтом и, следовательно, снижается потребление энергии зданием. A MECHANICAL ELEVATOR ENERGY STORAGE SYSTEM BASED ON A FLYWHEEL ENERGY STORAGE [CN113716428 (A) - 2021-11-30] is known from the prior art, which discloses an elevator system with a mechanical energy storage device based on an energy storage device on the flywheel. The system contains a bearing assembly and a power assembly for driving the bearing assembly up or down; the bearing assembly contains a lift cabin and a counterweight; the power unit contains a lifting rope, a guide wheel, a drive wheel, a gearbox, a motor and a flywheel; the hoisting rope is wound on the drive wheel and the guide wheel, and the two ends of the hoisting rope are connected to the hoisting cabin and the counterweight, respectively; the engine is connected to the drive wheel through a gearbox and transmits power to the drive wheel through the gearbox; and the flywheel is connected to the drive wheel through the gearbox, and the mechanical energy of the drive wheel is received and stored through the gearbox. The flywheel is used for energy storage, the gravitational potential energy of lifting without load and lowering the elevator with full load can be recycled, the fire protection and safety problems caused by the accumulation of electric energy of the elevator are solved, the influence of reverse energy of the elevator and harmonic waves in the power system is improved. energy use, the energy consumption of the elevator is reduced and therefore the energy consumption of the building is reduced.
Также из уровня техники известна ГРАВИТАЦИОННАЯ СИСТЕМА НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИAlso known from the prior art is a GRAVITATIONAL ENERGY STORAGE SYSTEM
НА БАЗЕ ЗАБРОШЕННОГО КАРЬЕРА [CN113847217 (А) - 2021-12-28], относящаяся к области техники аккумулирования энергии, направлено на решение проблемы циклической утилизации заброшенных карьеров, а именно касается системы гравитационного накопления энергии на базе заброшенного карьера, заброшенный карьер используется для хранения энергии, система накопления гравитационной энергии включает в себя массовый модуль, подвесное устройство, комплексную машину для выработки электроэнергии и пре-образователь, а карьер состоит из нижней площадки, откоса и верхней накопительной площадки; подвесное устройство содержит опорный узел и поперечную балку, pac-положенные на опорном узле, а опорный узел содержит первый опорный узел, установленный в верхней части карьера, и второй опорный узел, расположенный на нижней площадке; моноблочная машина для выработки электроэнергии установлена подвижно на поперечной балке; а преобразователь регулирует скорость вращения универсальной машины для выработки электроэнергии на этапе накопления гравитационной потенциальной энергии и передает электрическую энергию универсальной машины для выработки электроэнергии в электрическую сеть на стадии высвобождения гравитационной потенциальной энергии, этап вы-работки электроэнергии. При низком пике использования мощности универсальная машина для выработки электроэнергии приводится в действие избыточной электроэнергией для перемещения модуля массы на верхнюю платформу хранения, и сохраняется гравитационная потенциальная энергия; а во время выработки электроэнергии модуль массы опускается для осуществления выработки электроэнергии. BASED ON AN ABANDONED QUARRY [CN113847217 (A) - 2021-12-28], related to the field of energy storage technology, aims to solve the problem of cyclic recycling of abandoned quarries, namely, it concerns a gravitational energy storage system based on an abandoned quarry, an abandoned quarry is used for storage energy, the gravitational energy storage system includes mass module, suspension device, integrated power generation machine and converter, and the quarry consists of a lower platform, a slope and an upper storage platform; the suspension device includes a support unit and a cross beam pac-positioned on the support unit, and the support unit includes a first support unit installed in the upper part of the quarry, and a second support unit located on the lower platform; a monoblock machine for generating electricity is mounted movably on a cross beam; and the converter regulates the rotation speed of the universal power generation machine at the gravitational potential energy accumulation stage, and transmits the electrical energy of the universal power generation machine to the electrical network at the gravitational potential energy release stage, the electricity generation stage. At low peak power utilization, the universal power generation machine is driven by excess electric power to move the mass module to the upper storage platform, and the gravitational potential energy is stored; and during power generation, the mass module is lowered to realize power generation.
Наиболее близким по технической сущности являются МОДУЛЬНЫЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ [US2021336478 (А1) - 2021-10-28], в которых рассмотрены новые конструкции и усовершенствованные способы строительства и эксплуатации гравитационного накопителя энергии. Это устройство также можно назвать гравитационной батареей или устройством накопления гравитационной потенциальной энергии. Устройство преобразует электричество в гравитационную потенциальную энергию и наоборот, поднимая и опуская массивные модули между более высокой и более низкой отметками. Эти модули могут максимизировать свою массу с помощью весовых контейнеров, состоящих из любой тяжелой среды, такой как вода, камень, металл, бетон, уплотненная земля и т. д. Настоящее изобретение включает в себя такие конструкции и оптимизации конструкции, которые могут обеспечить такой масштаб. Для этого высота системы оптимизирована за счет использования подземной вертикальной шахты, которая может обеспечить большой перепад высот. А вес системы оптимизирован за счет реализации модульной конструкции, которая может равномерно распределять очень большую нагрузку. В этой модульной конструкции используется несколько тросов, шестерен или других поддерживающих элементов для равномерного распределения нагрузки на модульные секции веса. Дополнительные элементы дизайна оптимизируют эту систему для максимальной производительности. The closest in technical essence are MODULAR GRAVITATIONAL ENERGY STORAGE SYSTEMS [US2021336478 (A1) - 2021-10-28], which consider new designs and improved methods for constructing and operating a gravitational energy storage device. This device can also be called a gravitational battery or a gravitational potential energy storage device. The device converts electricity into gravitational potential energy and vice versa, raising and lowering massive modules between higher and lower elevations. These modules can maximize their mass using weight containers consisting of any heavy medium such as water, rock, metal, concrete, compacted earth, etc. The present invention includes such designs and design optimizations that can achieve such scale . To achieve this, the height of the system is optimized through the use of an underground vertical shaft, which can provide a large height difference. And the weight of the system is optimized by implementing a modular design that can evenly distribute a very large load. This modular design uses multiple cables, gears or other support elements to ensure even distribution loads on modular weight sections. Additional design elements optimize this system for maximum performance.
Технической проблемой прототипа является его конструкция, которая формируется из отдельных вертикальных модульных каркасов, не обеспечивающих достаточную прочность конструкции в целом, особенно ее горизонтальных элементов. Использование подземной шахты, как предлагается в прототипе, сильно ограничивает количество модулей, за счет которых происходит накопление энергии из-за ограниченного объема шахты, пружины в качестве фиксатора не обеспечивает прочности всей вертикальной конструкции, а только ее частей. The technical problem of the prototype is its design, which is formed from separate vertical modular frames that do not provide sufficient strength to the structure as a whole, especially its horizontal elements. The use of an underground shaft, as proposed in the prototype, greatly limits the number of modules through which energy is accumulated due to the limited volume of the shaft; the spring as a retainer does not ensure the strength of the entire vertical structure, but only its parts.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа. The objective of the invention is to eliminate the shortcomings of the prototype.
Технический результат изобретения заключается в минимизации энергопотерь при сохранении энергии как при накоплении, так и при высвобождении. The technical result of the invention is to minimize energy losses while saving energy both during accumulation and release.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что гравитационный накопитель электрической энергии, содержащий независимый груз отличающийся тем, что набор из вертикальных стоек, скрепленных между собой поперечными балками, образует ячейки с прямоугольным сечением, в каждой из ячеек смонтирован свой независимый груз, электромоторы-генераторы, размещенные на крыше конструкции выполнены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости независимых грузов при аккумуляции и генерации электроэнергии, независимые грузы соединены посредством строп с подъемно-спусковыми механизмами, расположенными на крыше над ячейками, при этом все подъемно-спусковые одного ряда соединены общим валом, приводимым в действие электромотором-генератором. The stated technical result is achieved due to the fact that a gravitational storage device for electrical energy containing an independent load, characterized in that a set of vertical posts fastened together by transverse beams forms cells with a rectangular cross-section, each cell has its own independent load, electric motors-generators. , placed on the roof of the structure are made with the ability to move independent loads in a vertical plane during the accumulation and generation of electricity, the independent loads are connected by means of slings to lifting and lowering mechanisms located on the roof above the cells, while all lifting and lowering mechanisms of one row are connected by a common shaft driven powered by an electric motor-generator.
В частности, выполненный из экономически целесообразного вида материала In particular, made from an economically feasible type of material
Краткое описание чертежей Brief description of drawings
На фиг.1 показан общий вид на гравитационный накопитель. Figure 1 shows a general view of the gravitational storage device.
На фиг. 2 показан вид сверху на гравитационный накопитель. In fig. Figure 2 shows a top view of the gravity storage tank.
На фиг. 3 показано схематичное изображение вида сбоку ячейки гравитационного накопителя. На фиг. 4 показано схематичное изображение вида сверху ячейки гравитационного накопителя. In fig. Figure 3 shows a schematic side view of a gravity storage cell. In fig. Figure 4 shows a schematic top view of a gravity storage cell.
На фигурах обозначено: 1 - вертикальная стойка, 2 - независимый груз, 3 - поперечная балка, 4 - электромотор-генератор, 5 - стропа, 6 - подъемно-спусковой механизм, 7 - общий вал. The figures indicate: 1 - vertical stand, 2 - independent load, 3 - transverse beam, 4 - electric motor-generator, 5 - sling, 6 - lifting mechanism, 7 - common shaft.
Осуществление изобретения Carrying out the invention
Гравитационный накопитель электрической энергии (фиг. 1) содержит набор из вертикальных стоек 1, образующих ячейки, с квадратным или прямоугольным сечением при виде сверху (фиг.2), выполненных, как вариант, из трубобетона, либо из иного экономически целесообразного вида материала. В каждой из ячеек смонтирован свой независимый груз 2. Вертикальные стойки 1 соединены между собой поперченными балками 3 для придания жесткости конструкции. Электромоторы-генераторы 4 размещены на крыше конструкции и обеспечивают подъем/спуск независимого груза 2, который соединен посредством стропы 5 с подъемно-спусковыми механизмами 6, расположенным на крыше непосредственно над самой ячейкой. При этом все подъемно-спусковые механизмы ячеек одного ряда соединены общим валом 7, приводимым в действие электромотором-генератором 4. The gravitational storage device for electrical energy (Fig. 1) contains a set of vertical posts 1, forming cells, with a square or rectangular cross-section when viewed from above (Fig. 2), made, as an option, from pipe concrete, or from another economically feasible type of material. Each cell has its own independent load 2 mounted. The vertical posts 1 are connected to each other by cross beams 3 to impart rigidity to the structure. Electric motor-generators 4 are located on the roof of the structure and provide lifting/lowering of an independent load 2, which is connected by means of a sling 5 to lifting and lowering mechanisms 6 located on the roof directly above the cell itself. In this case, all lifting and lowering mechanisms of cells of one row are connected by a common shaft 7, driven by an electric motor-generator 4.
Изобретение используют следующим образом The invention is used as follows
В основе гравитационного накопителя электрической энергии лежит общеизвестный принцип накопления электрической энергии за счет поднятия тяжелых грузов - при избытке в сети электроэнергии, происходит зарядка системы путем поднятия грузов на высоту электродвигателями, при дефиците электроэнергии в сети - происходит выдача электроэнергии за счет опускания грузов и приведение в действие генераторов. The gravitational storage device for electrical energy is based on the well-known principle of accumulating electrical energy by lifting heavy loads - when there is an excess of electricity in the network, the system is charged by lifting the loads to a height with electric motors; when there is a shortage of electricity in the network, electricity is supplied by lowering the loads and bringing them into action of generators.
Конструкция представляет собой набор из вертикальных стоек 1, сечение ячеек при виде сверху квадрат либо прямоугольник, скрепленных между собой поперченными балками 3 для придания жесткости конструкции. В каждой из ячеек находиться независимый груз 2. Конкретные характеристики - высота, расстояния, сечения, вес груза и общее количество ячеек с грузом - выбираются в зависимости от местности и требуемой мощности и емкости хранения. Конструкция размещается на фундаменте. Фундамент - свайный либо иной, в зависимости от геологических особенностей местности. Основание - песчаная подушка, которая позволит опускать грузы без торможения и не терять КПД. Электромоторы- генераторы 4 располагаются на крыше конструкции и объединяют собой до нескольких рядов с ячейками, обеспечивая возможность поэтапной работы разных рядов или даже отдельных ячеек, регулируя тем самым выдаваемую мощность. The structure is a set of vertical posts 1, the cross-section of the cells when viewed from above is square or rectangular, fastened together by cross beams 3 to impart rigidity to the structure. Each cell contains an independent load 2. Specific characteristics - height, distances, sections, weight of the load and the total number of cells with load - are selected depending on the terrain and the required power and storage capacity. The structure is placed on the foundation. The foundation is piled or otherwise, depending on the geological features of the area. The base is a sand cushion, which will allow you to lower loads without braking and not lose efficiency. Electric motors- generators 4 are located on the roof of the structure and combine up to several rows of cells, providing the possibility of step-by-step operation of different rows or even individual cells, thereby regulating the output power.
При максимальном поднятии груза (полной зарядке), происходит его механическая фиксация на высоте за счет выдвижных засовов по углам ячейки (на фиг. не показаны), после чего система может сохранять накопленную энергию неограниченно долго, без потери КПД. Также, в зависимости от необходимой мощности и конфигурации, можно соединить общим валом 7 как все ячейки одного ряда, так и несколько, установив в одном ряду несколько независимых валов и соответственно несколько независимых электромоторов-генераторов 4 на каждом из валов. Таким образом, в зависимости от количества ячеек и веса груза в ней, возможно будет проектировать установки с разной минимально выдаваемой мощностью в момент времени. Пол на крыше установки предполагается выполнить сплошным сетчатым покрытием, для удобного передвижения обслуживающего персонала и в тоже время для уменьшения ветровой нагрузки и беспрепятственного прохождения дождевых вод. When the load is raised to the maximum (full charge), it is mechanically fixed at a height due to retractable bolts at the corners of the cell (not shown in the figure), after which the system can store the accumulated energy indefinitely, without loss of efficiency. Also, depending on the required power and configuration, it is possible to connect with a common shaft 7 all the cells of one row, or several, by installing several independent shafts in one row and, accordingly, several independent electric motors-generators 4 on each of the shafts. Thus, depending on the number of cells and the weight of the cargo in it, it will be possible to design installations with different minimum output power at a time. The floor on the roof of the installation is supposed to be made of a continuous mesh covering, for convenient movement of maintenance personnel and at the same time to reduce wind load and the unhindered passage of rainwater.
Технический результат - минимизация энергопотерь при сохранении энергии как при накоплении, так и при высвобождении достигается за счет того, что гравитационный накопитель электрической энергии содержит набор из вертикальных стоек, образующих ячейки, с квадратным или прямоугольным сечением при виде сверху, в каждой из ячеек смонтирован свой независимый груз, вертикальные стойки соединены между собой поперченными балками для придания жесткости конструкции, электромоторы-генераторы размещены на крыше конструкции и обеспечивают подъем и спуск независимого груза, который соединен посредством стропы с подъемно-спусковыми механизмами, расположенным на крыше непосредственно над самой ячейкой, при этом все подъемные механизмы ячеек одного ряда соединены общим валом, приводимым в действие электромотором-генератором, что позволяет: The technical result - minimizing energy losses while saving energy both during accumulation and release is achieved due to the fact that the gravitational storage device for electrical energy contains a set of vertical posts forming cells with a square or rectangular cross-section when viewed from above; each cell has its own independent load, vertical posts are interconnected by cross beams to impart rigidity to the structure, electric motors-generators are located on the roof of the structure and provide lifting and lowering of an independent load, which is connected by means of a sling to lifting and lowering mechanisms located on the roof directly above the cell itself, while all lifting mechanisms of cells of one row are connected by a common shaft driven by an electric motor-generator, which allows:
- обеспечить регулирование необходимой мощности без потери КПД, путем поднимания (зарядки) или опускания (разрядки) от одного до всех грузов единовременно; - ensure regulation of the required power without loss of efficiency, by raising (charging) or lowering (discharging) from one to all loads at the same time;
- каждый груз в отдельности имеет собственную систему подъема и спуска, что обеспечивает более высокую КПД; - each individual load has its own lifting and lowering system, which ensures higher efficiency;
- использование сочетания независимых ячеек для каждого груза и стоек, дает самый высокий КПД в своем роде (95%, потери 2% на электродвигателе и 3% на генераторе), и стоимость строительства сопоставимую со строительством промышленных батарей на химических элементах. - using a combination of independent cells for each load and racks, gives the highest efficiency of its kind (95%, losses 2% on the electric motor and 3% on the generator), and the cost of construction is comparable to the construction of industrial batteries using chemical elements.
Примеры достижения технического результата Examples of achieving technical results
В настоящее время для накопления электроэнергии, в основном, используются накопители на химический элементам. В сравнении с гравитационными, накопители на химических элементах, имеют следующие недостатки. Currently, chemical storage devices are mainly used to store electricity. Compared to gravitational ones, storage devices based on chemical elements have the following disadvantages.
1. Срок службы. Эффективный срок службы химических накопителей электрической энергии, при ежедневном использовании составляет до 8-ми лет, с ежегодным снижением КПД, вплоть до 30-ти %. При этом стоимость самих батарей составляет до 80-ти% от стоимости всех расходов на строительство такого накопителя. Срок службы данного изобретения ограничивается лишь сроком службы метала на открытом воздухе, который при правильной обработке составит до 50-70 лет без потери КПД на протяжении всего срока службы. 1. Service life. The effective service life of chemical electrical energy storage devices, with daily use, is up to 8 years, with an annual decrease in efficiency of up to 30%. Moreover, the cost of the batteries themselves is up to 80% of the cost of all costs for the construction of such a storage device. The service life of this invention is limited only by the service life of the metal in the open air, which, if properly processed, will be up to 50-70 years without loss of efficiency throughout the entire service life.
2. Зависимость от внешней среды. Традиционные химические накопители электроэнергии находятся в высокой зависимости от внешней температуры, при сильном нагревании либо охлаждении они способны потерять до половины КПД, и соответственно подобным установкам требуется дополнительная энергия на охлаждение либо нагрев рабочего помещения, что также ведет к потере КПД и дополнительным эксплуатационным расходом. Внешние факторы никоем образом не влияют на данное изобретение, оно способно работать с постоянным КПД в любую погоду. 2. Dependence on the external environment. Traditional chemical energy storage devices are highly dependent on the external temperature; with strong heating or cooling, they can lose up to half of their efficiency, and accordingly, such installations require additional energy to cool or heat the working room, which also leads to a loss of efficiency and additional operating costs. External factors do not in any way affect this invention; it is capable of operating with constant efficiency in any weather.
3. Капитальные затраты. При сопоставимой стоимости строительства современных промышленный накопителей электроэнергии на химических элементах и данного изобретения. В первом случае собственнику придётся каждые 8 лет инвестировать до 80-% от первоначальных денег в модернизацию, а в случае внедрения изобретения подобных регулярных затрат в таких объемах нет. 3. Capital costs. With a comparable cost of construction of modern industrial energy storage devices based on chemical elements and this invention. In the first case, the owner will have to invest up to 80% of the initial money in modernization every 8 years, but in the case of introducing an invention, there are no such regular costs in such volumes.
Эксперименты, проведенные с гравитационными накопителя, регулярно проводятся в различных странах. Например, в Европе проводился эксперимент с одним большим грузом в шахте, где изменение мощности происходит за счет торможения, что приводит к потере КПД, либо в США (электровоз с камнями) где мощность либо невозможно изменить, либо только за счет торможения, что приводит к потере КПД. В России, в Новосибирске прототип накопителя имеет один подъёмный механизм для всех блоков и соответственно происходит потеря энергии на перемещение данного механизма в холостую между блоками. Аналогично и прототип в Индии в виде строительных кранов который теряет КПД на холостой спуск, а также значительно теряет КПД на поднятие первых блоков на небольшую высоту. Все недостатки данных технических реализаций устранены в предлагаемом гравитационном накопителе электрической энергии. Experiments conducted with gravitational storage devices are regularly carried out in various countries. For example, in Europe an experiment was carried out with one large load in a mine, where the change in power occurs due to braking, which leads to a loss of efficiency, or in the USA (an electric locomotive with stones) where the power either cannot be changed, or only due to braking, which leads to loss of efficiency. In Russia, in Novosibirsk, the storage prototype has one lifting mechanism for all blocks and, accordingly, there is a loss of energy to move this mechanism idle between blocks. Similarly, the prototype in India in the form of construction cranes loses efficiency during idle descent, and also significantly loses efficiency when lifting the first blocks to a small height. All the shortcomings of these technical implementations are eliminated in the proposed gravitational electrical energy storage device.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Гравитационный накопитель электрической энергии, содержащий независимый груз отличающийся тем, что набор из вертикальных стоек, скрепленных между собой поперечными балками, образует ячейки с прямоугольным сечением, в каждой из ячеек смонтирован свой независимый груз, электромоторы-генераторы, размещенные на крыше конструкции выполнены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости независимых грузов при аккумуляции и генерации электроэнергии, независимые грузы соединены посредством строп с подъемно-спусковыми механизмами, расположенными на крыше над ячейками, при этом все подъемно-спусковые одного ряда соединены общим валом, приводимым в действие электромотором-генератором. 1. A gravitational storage device for electrical energy containing an independent load, characterized in that a set of vertical posts fastened together by transverse beams forms cells with a rectangular cross-section, each cell has its own independent load mounted, electric motors-generators placed on the roof of the structure are made with the ability to move independent loads in a vertical plane during the accumulation and generation of electricity, the independent loads are connected by means of slings to lifting and lowering mechanisms located on the roof above the cells, while all lifting and lowering mechanisms of one row are connected by a common shaft driven by an electric motor-generator.
2. Гравитационный накопитель по п. 1 отличающийся тем, что выполнен из экономически целесообразного вида материала. 2. Gravity storage according to claim 1, characterized in that it is made of an economically feasible type of material.
8 8
PCT/RU2023/050143 2022-06-09 2023-06-09 Gravitational energy storage system WO2023239264A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022115665 2022-06-09
RU2022115665A RU2796715C1 (en) 2022-06-09 Gravitational storage of electric energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023239264A1 true WO2023239264A1 (en) 2023-12-14

Family

ID=89118649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/050143 WO2023239264A1 (en) 2022-06-09 2023-06-09 Gravitational energy storage system

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023239264A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009001452U1 (en) * 2009-02-06 2009-04-16 Putz, Elmar, Dipl.-Ing. (FH) Weight Storage Plant
US20090284021A1 (en) * 2008-04-26 2009-11-19 Viewtek2 L.L.C. Energy storage
GB2549743A (en) * 2016-04-27 2017-11-01 Dennis Herbison Francis Renewable energy bank
RU2699855C1 (en) * 2018-06-29 2019-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Энергозапас" Industrial energy storage system
US20210404445A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Energy Vault, Inc. Elevator cage for energy storage and delivery system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090284021A1 (en) * 2008-04-26 2009-11-19 Viewtek2 L.L.C. Energy storage
DE202009001452U1 (en) * 2009-02-06 2009-04-16 Putz, Elmar, Dipl.-Ing. (FH) Weight Storage Plant
GB2549743A (en) * 2016-04-27 2017-11-01 Dennis Herbison Francis Renewable energy bank
RU2699855C1 (en) * 2018-06-29 2019-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Энергозапас" Industrial energy storage system
US20210404445A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Energy Vault, Inc. Elevator cage for energy storage and delivery system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11746758B2 (en) Energy storage and delivery method
RU2699855C1 (en) Industrial energy storage system
CN201961933U (en) Elevator capable of generating power by utilizing renewable energy sources
US11525437B2 (en) Energy storage system with elevator lift system
CN206555081U (en) High efficiency gravity energy storage device
CN106704121A (en) Efficient gravity energy storage device
CN114151296A (en) Gravity energy storage system based on efficient lifting and transferring of multiple objects
US20240018948A1 (en) Energy storage and delivery system and method
RU2796715C1 (en) Gravitational storage of electric energy
WO2023239264A1 (en) Gravitational energy storage system
KR20230147124A (en) mass displacement generator
EP4206463A1 (en) Gravity energy storage system utilising a truss tower structure
CN115013266B (en) Control method of matrix type gravity energy storage system
PL245013B1 (en) Gravitational energy store
CN219979746U (en) Gravity energy storage battery unit and gravity battery energy storage system
CN114704445B (en) Gravity energy storage module and modularized gravity energy storage system
RO137118A0 (en) Process and device for mechanical energy storage
CN216121813U (en) Gravity steel ball displacement type automatic energy storage power station
CN113675865A (en) Gravity steel ball displacement type automatic energy storage power station and working method
CN117543631A (en) Coupling system of gravity energy storage, charging pile and stereo garage
CN113978489A (en) Rail transportation energy storage system and operation method thereof
CN116792268A (en) Gravity energy storage system
CN117836515A (en) Energy storage and delivery system and method
CN117329092A (en) Vertical shaft array energy storage system and use method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23820178

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1