重力钢球位移式自动储能电站及工作方法
阅读说明：本技术 重力钢球位移式自动储能电站及工作方法 (Gravity steel ball displacement type automatic energy storage power station and working method ) 是由 武忠全 李俊菀 龙国军 童全峰 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种重力钢球位移式自动储能电站及工作方法,该电站包括重力钢球,架设于山坡上的塔架、提球网架、承重钢索和高、低位储球场,通过传动系统带动的发电机等。利用峰谷电价差异,在低电价时利用电能把重力钢球通过提球网架提升至高位储球场中,在用电高峰期间,再把重力钢球从高位落下,钢球落下时带动发电机转动产生电力,能量在重力钢球的势能和电能之间转换,实现富裕电能的储存目的。由于钢球结实可靠,结构稳定,上下传送和储存时无重量损耗,能源转化效率比目前在建的抽水储能、电池储能、压缩空气储能、飞轮储能和电解制氢储能效率都要高的多,建设费用和场地要求也较低,适合工业模块化建设和运行,符合我国储能要求和国情资源。(The invention discloses a gravity steel ball displacement type automatic energy storage power station and a working method thereof. The gravity steel ball is lifted to a high-position ball storage field through a ball lifting net rack by utilizing the difference of peak-valley electricity prices and utilizing electric energy during low electricity prices, and then falls from the high position during the electricity utilization peak period, the steel ball drives a generator to rotate to generate electric power when falling, and the energy is converted between the potential energy and the electric energy of the gravity steel ball, so that the purpose of storing abundant electric energy is realized. The steel ball is firm and reliable, the structure is stable, no weight loss is caused during vertical transmission and storage, the energy conversion efficiency is much higher than that of the existing pumping energy storage, battery energy storage, compressed air energy storage, flywheel energy storage and electrolytic hydrogen production energy storage, the construction cost and the site requirement are lower, and the steel ball is suitable for industrial modular construction and operation and meets the energy storage requirement and national situation resources of China.)
技术领域
本发明涉及储能
技术领域
,具体涉及一种重力钢球位移式自动储能电站及工作方法，利用电价的峰谷差异，在低电价时利用电能把大量的钢球提升至高位储球场中储存，在用电高峰期间，通过提球系统反转把重力钢球投送到低位储球场带动发电机发电，在山区陡坡地域，可建设长跨度大高差的这种储能电站，能够循环往复生产运行实现自动储能目的。背景技术
近年来，风能、太阳能等清洁能源快速发展，这些能源企业受自然条件和用电需求影响，电源输出很不稳定，而用户在白天期间容易形成尖峰用电，到了晚上电量供大于求，又不得不弃电造成浪费，企业效益受到制约的同时造成能源浪费，这种供需矛盾通过储能电站可以较好的予以消纳、缓解和平衡。
以往的电力储能方式大致有抽水储能、压缩空气储能、蓄电池储能、飞轮储能、电解水储能、超级电容储能等。在上述的储能模式中，抽水储能技术最为成熟，应用较为普遍。抽水储能方式储存能量大,响应快，但建设抽水储能电站需要特殊的地理条件,比如山谷、水源、水位落差等适合的自然条件，建设周期长，投资大，占地面积广，能量转换效率一般不超过70％，其它几种储能方式效率更低。
从安全管理方面看，蓄电池储能安全已经列为特定消防对象，全球蓄电池储能电站火灾事故统计结果显示，电池电芯缺陷及电池管理系统不可靠易导致火灾事故的发生，电池后期处理也要浪费环境资源。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种重力钢球位移式自动储能电站及工作方法,该系统能源转化效率高，占地面积小，对环境友好，自动化程度高，材料运行损耗小，易于工业化和模块化推广。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种重力钢球位移式自动储能电站，包括建立在山坡1上的塔架2、塔架2上的承重钢索4、在承重钢索4上固定的提球网架3、带动承重钢索4运动的电动机5、通过承重钢索4传动带动发电的发电机6、建设在高处的高位储球场7、钢球落下时储存钢球的低位储球场8，高位储球场7和低位储球场8都建有储球场卸球口9和储球场提球口10，高位储球场7和低位储球场8地面有一定的坡度和强度，坡道建设为回环形状坡道11，重力钢球12依靠自身重力自动从储球场卸球口滚动到储球场提球口，实现自动循环作业；所述储球场提球口10均设置了触碰式提球门闸14，使得每次只能放出一个重力钢球12。
所述高位储球场7和低位储球场8之间海拔落差为数百米，侧边建有储球场防护网或加固围墙13，为了实现重力钢球12自动输送和归位，高位储球场7和低位储球场8地面有一定的坡度和强度，坡道建设为回环形状坡道11，重力钢球12能够依靠自身重力自动从储球场卸球口滚动到储球场提球口，实现自动循环作业。
所述提球网架3通过抱索器36固定承重钢索4上，提球网架3正反两个方向能够依靠承重钢索4上下运转，实现储能或发电；提球网架3底部面板设置成刚性跷跷板式底座32，跷跷板式底座32为倒丁字铲斗结构.提球网架3底部两侧焊接有套环A33，跷跷板式底座32转动轴从套环A(33)穿过，在提球网架3后部背面焊接有套环B34，跷跷板式底座32的上下滑动杆从套环B(34)中穿过，套环A33是为了在提球、卸球时跷跷板式底座32能够转动，套环B34是为了在提球、卸球时跷跷板式底座32能够上下移动。
所述触碰式提球门闸14为弹簧收缩式门闸，包括门侧围墙21，门侧围墙21上通过转动套环27及回拉弹簧24连接有门闸推动杆25，门闸推动杆25能够围绕转动套环27转动，转动套环27通过转动套环基座28固定在门侧围墙21上，门闸挡板23通过滑动套环26连接在门闸推动杆25上，门侧围墙21上开有门闸挡板通过槽22。
所述重力钢球12为重量在吨位级别的圆形实心钢球，所有重力钢球材质、大小尺寸和重量保持统一。
所述储球场提球口10位于高位储球场7和低位储球场8底部，呈逐渐收缩的倒喇叭形，通过收缩能保证储球场提球口10一次只能通过一只重力钢球；所述储球场卸球口9前端建有一舌状的托球平台。
所述承重钢索4上布置有若干个提球网架3。
所述的重力钢球位移式自动储能电站的工作方法，电动机5带动承重钢索4运动，进而带动提球网架3运动，提球网架3通过运行过程中的触碰推动来完成从高位储球场7和低位储球场8的装球和卸球动作，重力钢球12通过自身重量和触碰式提球门闸14能自动从提球网架中滚动到储球场卸球口9和储球场提球口10，不需要人工或机械搬运，能实现自动化；提球网架3随承重钢索4运动将重力钢球12提升至高位储球场7储存钢球的势能，在用电高峰时从高位储球场7将钢球落下带动发电机6发电，实现能量的释放，达到储能和能量转换的目的。
所述的工作方法，重力钢球12进入提球网架3时，由于自身重力下压使得跷跷板底座32后端产生沉降，跷跷板底座32前端同步产生上翘，上翘部分起到关闭提球网架3作用，从安保上能防止钢球脱落。当提球网架3提升到高位储球场7准备卸球时，跷跷板底座32后端沉降下去的底板被储球场卸球口9的舌状的托球平台顶起，将重力钢球12倒出，实现了自动卸球和运送途中安全卡锁的双重作用。
所述的工作方法，当提球网架3进入储球场提球口10时，提球网架3会把触碰式提球门闸14的门闸推动杆25向前推动，顶开门闸挡板23放出一个重力钢球12，提球网架3继续向前移动离开时与触碰式提球门闸14脱离，触碰式提球门闸14被回拉弹簧24拉回原位，门闸挡板23将重力钢球卡住，完成一个钢球提取过程。
本发明具有的优点和积极效果是：
1)本发明利用峰谷电价差异，在低电价时利用电能把重力钢球通过提球网架提升至高位储球场中，在用电高峰期间，再把重力钢球从高位落下，钢球落下时带动发电机转动产生电力，能量在重力钢球的势能和电能之间转换，实现富裕电能的储存目的。由于钢球结实可靠，结构稳定，上下传送和储存时几乎重量无损耗，能源转化效率比目前在建的抽水储能、电池储能、压缩空气储能、飞轮储能和电解制氢储能效率都要高的多，建设费用和场地要求也较低，很适合工业模块化建设和运行，符合我国储能要求和国情资源。
2)本发明重力钢球位移式储能电站所用的机械设备技术成熟、设备建造成本低、周期短，场地选择范围广，设备寿命长，能量长期储存期间无损耗，设备维护方便，可靠性强，可自动化运营。能量转换效率远高于抽水蓄能电站。当钢球数量足够多时，场地落差较大时，可以实现较大的能量存能。
3)本发明重力钢球位移式储能电站效率高、运营维护成本低、占地面积小、场地要求宽泛，不存在水资源蒸发渗漏损失，也没有垮坝后对下游居民的安全风险，适用于缺水干旱地区，储能电站建设过程易于工厂模块化生产和推广，能实现自动化作业运营，商业价值和社会价值较高。理论上能源之间转换效率可达80％以上。
附图说明
图1重力钢球位移式自动储能电站示意图。
图2提球网架结构示意图。
图3触碰式提球门闸示意图。
图4回环式储球场示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1和图4所示，本发明为一种重力位移式自动储能电站,包括建立在山坡1上的塔架2、塔架2上的承重钢索4、在承重钢索4上用抱索器36固定的提球网架3、带动承重钢索4运动的电动机5、通过承重钢索4传动带动发电的发电机6、建设在高处的高位储球场7、钢球落下时储存钢球的低位储球场8，高位储球场7和低位储球场8都建有储球场卸球口9和储球场提球口10，为了实现重力钢球12自动输送和归位，高位储球场7和低位储球场8地面有一定的坡度和强度，坡道建设为回环形状坡道11，重力钢球12可以依靠自身重力自动从储球场卸球口滚动到储球场提球口，实现自动循环作业。储球场提球口10均设置了触碰式提球门闸14，使得每次只能放出一个重力钢球12。电动机5带动承重钢索4运动，进而带动提球网架3运动，提球网架3通过运行过程中的触碰推动来完成从高位储球场7和低位储球场8的装球和卸球动作，重力钢球12通过自身重量和触碰式提球门闸14能自动滚动到储球场卸球口9和储球场提球口10，不需要人工或机械搬运，能实现自动化；提球网架3随承重钢索4运动将重力钢球12提升至高位储球场7储存钢球的势能，在用电高峰时从高位储球场7将钢球落下带动发电机6发电，实现能量的释放，达到储能和能量转换的目的。
重力钢球12落下，通过齿轮、皮带、钢索或扭力臂等方式带动发电机6转动发电。
所述高位储球场7和低位储球场8海拔落差为数百米，侧边建有储球场防护网或加固围墙13。
为了扩大储能规模，也可以在一个储能电站内同步建设两条或多条提球网架来提高发电量。
如图2所示，提球网架3类似于目前游览观光车的载客箱体，通过抱索器36固定承重钢索4上，提球网架3正反两个方向能够依靠承重钢索4上下运转，实现储能或发电；提球网架3外形结构类似于吊篮，底部面板设置成刚性跷跷板式底座32，通过运行过程中的触碰推动来完成装球和卸球动作，跷跷板式底座32为倒丁字铲斗结构.提球网架3底部两侧焊接有套环A33，跷跷板式底座32转动轴从套环A(33)穿过，在提球网架3后部背面焊接有套环B34，跷跷板式底座32的上下滑动杆从套环B(34)中穿过，套环A33是为了在提球、卸球时跷跷板式底座32能够转动，套环B34是为了在提球、卸球时跷跷板式底座32能够上下移动。由于钢球重量巨大，每个提球网架一次只能装载一只钢球，但整个钢索上布置有若干个提球网架。重力钢球12进入提球网架3时，由于自身重力下压使得跷跷板底座32后端产生沉降，跷跷板底座32前端同步产生上翘，上翘部分起到关闭提球网架3作用，从安保上能防止钢球脱落。当提球网架3提升到高位储球场7准备卸球时，跷跷板底座32后端沉降下去的底板被储球场卸球口9的舌状的托球平台顶起，将重力钢球12倒出，实现了自动卸球和运送途中安全卡锁的双重作用。
如图3所示，触碰式提球门闸14为弹簧收缩式门闸，包括门侧围墙21，门侧围墙21上通过转动套环27及回拉弹簧24连接有门闸推动杆25，门闸推动杆25能够围绕转动套环27转动，转动套环27通过转动套环基座28固定在门侧围墙21上，门闸挡板23通过滑动套环26连接在门闸推动杆25上，门侧围墙21上开有门闸挡板通过槽22。当提球网架3进入储球场提球口10时，提球网架3会把触碰式提球门闸14的门闸推动杆25向前推动，顶开门闸挡板23放出一个重力钢球12，提球网架3继续向前移动离开时与触碰式提球门闸14脱离，触碰式提球门闸14被回拉弹簧24拉回原位，门闸挡板23将重力钢球卡住，完成一个钢球提取过程。
所述重力钢球12为重量在吨位级别的圆形实心钢球，所有重力钢球材质、大小尺寸和重量保持统一。使用重力钢球的目的是因为钢球密度大，同等重量时与其它材质相比物件体积更小，球状设计是因为钢球表面光滑，通过自身重量和道口坡度能自动滚动到取球口，不需要人工或机械搬运，能实现生产方式的自动化。
所述储球场提球口10位于高位储球场7和低位储球场8底部，呈逐渐收缩的倒喇叭形，通过收缩能保证储球场提球口10一次只能通过一只重力钢球；所述储球场卸球口9前端建有一舌状的托球平台。
所述的塔架2是依据山坡地形、地质结构、建设难度、提升高度、安全可靠性等综合因素建立在山体上的一系列钢制或混凝土结构的支撑架体，塔架间距不固定，结构设计时应考虑悬挂钢索、提球网架的通行和后期检修事项。
所述的承重钢索4是一种特种密封式钢丝绳，它具有强度大、形变小、抗腐蚀、耐磨损等特点，整个承重式钢索形成了一个闭环挠性重型架空轨道。
所述的储球场分高位储球场7和低位储球场8，是用来存放、输送重力钢球的场地，储球场的大小根据储能电站容量和钢球大小设计规划，分别建设在储能电站的山顶部和底部，回环形状坡道11地面有一定的坡度，使得钢球能够靠自身重力滚动，坡度大小适宜，既不能过于平坦造成重力钢球无法滚动，也不能坡度太大钢球滚动过快造成不必要的撞击。
为保证系统安全运营，需要配置必要的安全措施，如钢丝绳检测装置、制动阻尼装置、载重量检测装置，提球落球切换装置等，这些装置在目前缆车安全配置中已经比较普遍，应用也很成熟，在本发明中不再一一表述。
本发明中的发电机为转动式磁力切割线式发电机，发电和电力传输方面的技术和设备在本发明中也不一一表述，均采用高效安全可靠的发电机来实现。
考虑到高低位储球场之间落差越大效率越好，当山坡走向发生突跃、不连贯和转向时，可以在山腰位置建设中间转载平台，在中间转载平台和高位储球场之间可以另行建设转提球系统。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施方案进行了举例描述，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，和本发明雷同的储能形式均属于本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种规模化电动汽车的动态网格化金字塔调度方法