一种面向多山地区地热能的重力储能系统

摘要

本发明公开了一种面向多山地区地热能的重力储能系统，包括多段式双轨轨道、热力发动机、电动机、储能块、发电机、变频器和控制器；多段式双轨轨道用于改变储能块的位置，从而实现储能块的重力势能的变化；热力发动机或电动机用于驱动设置多段式双轨轨道及其储能块，使得储能块能沿多段式双轨轨道由低位运动到高位；使得将外部多余能量转化为储能块的机械能；变频器用于将发电机产生的电能输送到电网端；本发明提供的系统在产能过剩时将部分地热能通过热力发动机直接将热能转化为机械能，省去了转电、变频等过程的能量损耗，大大提高了能量的利用率，本系统结构简单，可实现模块化设计，选址灵活，使用寿命长，转化效率高，可靠信好。

说明书

技术领域

本发明涉及能源循环利用装置技术领域，特别是一种面向多山地区地热能的重力储能系统。

背景技术

储能可以实现电力的削峰填谷、跨时段耦合以及调频增压的作用。其可大致分为化学储能、物理储能和电磁储能等。常见储能有诸多弊端，如化学储能的锂电池，其成本较高，又如物理储能的抽水储能，其对地形有一定要求。而重力储能成本低、对地形要求为只需有一定落差的山体，条件要求少。

而作为新能源之一的地热能，在我国具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向多山地区地热能的重力储能系统，该系统利用多段式双轨轨道将储能块运输到不同高度位置进行储能，实现将地热能端多余的热能和发电机端多余的电能转化成储能块的重力势能进行储能，实现模块化组建，转化效率高，可靠性好。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的面向多山地区地热能的重力储能系统，包括多段式双轨轨道、热力发动机、上升传送机构、储能块、控制器；

所述多段式双轨轨道为高度位置不同的多段双轨轨道；

所述储能块和上升传送机构设置于多段式双轨轨道上；

所述热力发动机的一端与地热能端连接；所述热力发动机的另一端与多段式双轨道连接上的上升传送机构连接；

所述控制器与热力发动机连接用于控制热力发动机的工作状态；

所述热力发动机通过上升传送机构驱动多段式双轨轨道上的储能块运动，所述储能块由低位运动到高位；从而将外部多余能量转化为储能块的机械能。

进一步，还包括下降传送结构和发电机；

所述下降传送结构设置于多段式双轨轨道上，所述储能块带动下降传送结构运动，所述下降传送机构的运动驱动发电机转动；

所述控制器与发电机连接用于控制发电机的工作状态；

所述发电机一端与多段式双轨轨道上的下降传送结构连接，所述发电机的另一端与变频器连接；所述变频器用于将发电机产生的电能输送到电网端。

进一步，还包括电动机；

所述控制器与电动机连接用于控制电动机的工作状态；

所述电动机的一端通过变频器与外部发电单元输出端连接；用于通过外部发电单元输出的过剩电能来驱动电动机的转动；所述电动机的另一端与上升传送机构连接，所述电动机通过上升传送机构的运动将储能块由低位运动到高位。

进一步，所述多段式双轨轨道包括低位平台盘旋式轨道、倾斜轨道、高位平台盘旋式轨道，所述低位平台盘旋式轨道、倾斜轨道、高位平台盘旋式轨道依次构成闭合轨道；所述低位平台盘旋式轨道与低位平台端连接；

所述高位平台盘旋式轨道与高位平台端连接；

所述倾斜轨道设置于低位平台盘旋式轨道和高位平台盘旋式轨道之间用于分别连接低位平台盘旋式轨道和高位平台盘旋式轨道以便构成闭合轨道；

所述电动机或者热力发动机用于驱动储能块，使得储能块能沿多段式双轨轨道由低位平台盘旋式轨道运动到高位平台盘旋式轨道；使得将外部过剩能量转化为储能块的重力势能。

进一步，还包括阻拦机构，所述控制器与阻拦机构连接用于控制阻拦机构的工作状态，所述阻拦机构设置于倾斜轨道与高位平台盘旋轨道的连接端，用于对储能块进行阻拦；或所述阻拦机构设置于倾斜轨道与低位平台盘旋轨道的连接端，用于对储能块进行阻拦。

进一步，所述上升传送机构包括缆绳、绞盘和滑轮，所述闭合的缆绳套设在绞盘滑轮上，并与绞盘和滑轮紧密接触；所述缆绳相对于二者滑动连接，所述电动机或热力发动机的转轴与绞盘的驱动轴固定连接，所述储能块挂接在缆绳上，跟随缆绳运动；

所述下降传送机构包括缆绳、绞盘和滑轮，所述闭合的缆绳套设在绞盘滑轮上，并与绞盘和滑轮紧密接触，相对于二者滑动连接，所述发电机的转轴与绞盘的驱动轴固定连接，所储能块挂接在缆绳上，跟随缆绳运动。

进一步，所述变频器包括第一号变频器和第二号变频器；

所述第一号变频器的一端分别与电动机连接，另一端与外部可再生能源发电单元输出的过剩电能连接；

所述第二号变频器的一端与发电机连接，另一端与外部电网连接；

所述外部可再生能源发电单元输出的过剩电能通过第一号变频器变频后给电动机供电，所述电动机驱动上升传送机构运动将储能块由低位平台上的盘旋式轨道通过倾斜轨道送至高位平台的盘旋式轨道，由低位平台运输到高位平台。

进一步，所述多段式双轨轨道为三段式双轨轨道，所述三段式双轨轨道中各段中均设置有用于支撑轨道的承重柱，所述承重柱与轨道采用滑动连接连接方式设置。

进一步，所述高位平台盘旋式轨道沿水平方向盘旋，且高位平台盘旋式轨道的入口段对应倾斜轨道的上端；所述低位平台盘旋式轨道沿水平方向盘旋，且低位平台盘旋式轨道的入口端对应倾斜轨道的下端。

进一步，所述高位平台盘旋式轨道位于倾斜轨道上方，设置在高位平台上；所述低位平台盘旋式轨道位于倾斜轨道的下方，设置在低位平台上。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的面向多山地区地热能的重力储能系统，该系统通过设置有进出口端的盘旋式轨道，使得储能块在运送过程中能自行排队，按照先进后出的方式驱动储能块，同时可设置多层盘旋，通过在调控出入口端的轨道达到调层的功能，提高储能上限。本系统结构简单，可实现模块化设计，便于组装，拆卸。输送轨道可根据需求调整坡度，长度，样式。选址灵活，无论是有坡度的山体地形还是有断崖的山体地形都可以运用建设，应用时可根据需求调整储能块的数量和中继点的位置，适用于多数有高低差地形的地方，且针对多山地形，多悬崖峭壁地形。使用寿命长，转化效率高，可靠信好。

该系统不仅针对能源过剩地区，还可以利用过剩电能，在必要时直接对能源进行存储，避免转电变频等过程中不必要的浪费，大大提高了能量的利用率。使多山地区的地热能可以更好的并入电网，去掉了将新能源转换为电能再存储的中间环节，实现山地间地热能的削峰填谷、跨时段耦合以及调频增压的作用。

本系统与山体地带的地热发电系统配套，可充分利用可再生能源，同时还可辅助能源结构升级、帮助电网调峰、调频。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为面向多山地区地热能的重力储能系统结构示意图。

图2为重力储能系统中的三段式双轨轨道结构示意图。

图中，1表示三段式双轨轨道、1-1表示低位平台盘旋式轨道、1-2表示倾斜轨道、1-3 表示高位平台盘旋式轨道；

2表示地热能端、3表示热力发动机、4表示电动机、5表示储能块、6表示发电机、7表示第一号变频器、8表示第二号变频器、9表示承重柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的面向多山地区地热能的重力储能系统，该系统是基于山体地热的大规模高效重力储能系统，包括多段式双轨轨道1、地热能端2、热力发动机3、电动机4、储能块5、发电机6、变频器和控制器；

所述多段式双轨轨道包括低位平台盘旋式轨道1-1、倾斜轨道1-2、高位平台盘旋式轨道 1-3，所述低位平台盘旋式轨道1-1、倾斜轨道1-2、高位平台盘旋式轨道1-3依次构成闭合轨道；所述低位平台盘旋式轨道1-1与低位平台端连接；

所述高位平台盘旋式轨道1-3与高位平台端连接；

所述倾斜轨道1-2设置于低位平台盘旋式轨道1-1和高位平台盘旋式轨道1-3之间用于分别连接低位平台盘旋式轨道1-1和高位平台盘旋式轨道1-3以便构成闭合轨道；

所述热力发动机3的一端与地热能端2连接；

所述热力发动机3的另一端与多段式双轨道连接1上的上升传送机构连接；

所述电动机4用于驱动设置多段式双轨轨道上的储能块运动，使得储能块5由低位平台盘旋式轨道1-1运动到高位平台盘旋式轨道1-3；使得将外部多余能量转化为储能块5的机械能；本实施例中的通过上升传送机构带动储能块由低位运动到高位，轨道用以承载传送机构。

所述发电机6一端与多段式双轨轨道1上的下降传送结构连接，所述发电机的另一端与变频器连接；所述变频器用于将发电机6产生的电能输送到电网端。

所述控制器分别与电动机、热力发动机和发电机连接，用于控制电动机、热力发动机和发电机的工作状态。

本实施例提供的控制器包括第一控制器和第二控制器，其中，第一控制器用于对电动机、热力发动机、发电机进行控制，第二控制器用于控制阻拦机构。

本实施例提供的系统还包括阻拦机构，所述阻拦机构设置于倾斜轨道与高位平台盘旋轨道的连接端，用于对储能块进行阻拦；或所述阻拦机构设置于倾斜轨道与低位平台盘旋轨道的连接端，用于对储能块进行阻拦；

本实施例中低位平台盘旋式轨道1-1设置于低位平台端；本实施例中高位平台盘旋式轨道1-3设置于高位平台；

本实施例中的倾斜轨道上设置有上升传送机构和下降传送机构两种方式，

所述上升传送机构包括缆绳、绞盘、滑轮，所述闭合的缆绳套设在绞盘滑轮上，并与绞盘和滑轮紧密接触，；所述缆绳相对于二者滑动连接，所述电动机的转轴与绞盘的驱动轴固定连接，所述储能5块挂接在缆绳上，跟随缆绳运动。

所述下降传送机构包括缆绳、绞盘、滑轮，所述闭合的缆绳套设在绞盘滑轮上，并与绞盘和滑轮紧密接触，相对于二者滑动连接，所述发电机的转轴与绞盘的驱动轴固定连接，所储能5块挂接在缆绳上，跟随缆绳运动。

本实施例中的变频器包括第一号变频器7、第二号变频器8；

所述第一号变频器7的一端分别与电动机4连接，另一端与外部可再生能源发电单元输出的过剩电能连接；

所述第二号变频器8的一端与发电机6连接，另一端与外部电网连接；

外部可再生能源发电单元输出的过剩电能通过第一号变频器7变频后给电动机4供电，电动机4驱动上升传送机构运动将储能块5由低位平台上的盘旋式轨道通过倾斜轨道送至高位平台的盘旋式轨道，由低位平台运输到高位平台。本实施例中的发电机输出电能通过第二号变频器变频后，送至电网。

本实施例中的多段式双轨轨道为三段式双轨轨道，所述三段式双轨轨道中各段中均设置有用于支撑轨道的承重柱9，所述承重柱与轨道采用滑动连接连接方式设置。

其中，高位平台盘旋式轨道1-3沿水平方向盘旋，且高位平台盘旋式轨道1-3的入口段对应倾斜轨道1-2的上端；低位平台盘旋式轨道1-1沿水平方向盘旋，且低位平台盘旋式轨道1-1的入口端对应倾斜轨道1-2的下端；

高位平台盘旋式轨道位于倾斜轨道上方，设置在高位平台上；低位平台盘旋式轨道位于倾斜轨道的下方，设置在低位平台上。

高位平台盘旋式轨道和低位平台盘旋式轨道可设置多层叠落，通过控制与倾斜轨道连接处轨道的起落角度，以达到多层储存控制的目的。

高位平台与低位平台须有一定高低落差，倾斜轨道悬挂设置在半空中；根据承重需求不同，高低落差不同，高位平台和低位平台的水平距离不同、高位平台和低位平台间的倾斜轨道可设置多段、设置多个中继点，铺设多段路程，达到类似山地观景缆车的效果。

本实施例中的高位平台水平盘旋式轨道1-3与低位平台水平盘旋式轨道1-1可以更改为多层，通过螺旋式盘旋轨道提高空间利用率(图中并未画出)。

本实施例中的倾斜轨道为直线式轨道，但可结合具体地形结构进行改变，进而选择螺旋式轨道等其他轨道形式。

实施例2

本实施例根据提供的面向多山地区地热能的重力储能系统阐述本系统在储能阶段的两种可选工作方式：

第一种：外部能源发电单元输出的过剩电能通过第一号变频器变频后给电动机4供电，电动机4驱动上升传送机构运动将储能块由低位平台上的盘旋式轨道通过倾斜轨道送至高位平台的盘旋式轨道，由低位平台运输到高位平台。

第二种：外部可再生能源为地热能等可直接转化为机械能的能源时，过剩的地热能通过热力发动机3驱动上升传送机构运动将储能块由低位平台上的盘旋式轨道通过倾斜轨道送至高位平台的盘旋式轨道，使其由低位盘旋式轨道1-1运动到高位盘旋式轨道1-3上，这样的好处在于省略了热能转电能这一过程，提高了能量的利用率。

在发电阶段：储能块5从高位盘旋式轨道由倾斜轨道自上而下至低位盘旋式轨道，储能块的运动带动下降传送机构运动，并通过下降传送机构的运动驱动发电机转动，实现发电机发电。

具体地，储能块沿倾斜轨道1-2由上至下运动，在储能块运动的过程中带动下降传输机构运动，并通过下降传输机构驱动发电机转动，以实现发电机发电，通过第二号变频器连接电网一侧完成供电。

在储能阶段：将储能块依次由低位平台通过低位盘旋轨道1-1、倾斜轨道1-2拉升至高位平台的高位盘旋轨道1-3，并自行完成排列；

优选的是，储能5块可选择固定在高位盘旋轨道1-3上，在有需求时通过控制阻拦机构达到释放多少储能块，同时也可以选择配置码垛机器人和搬运机器人对储能5块进行堆砌；

优选的是，储能5块可以根据需求进行数量大小重量的更改，在承重低数量多的时候可以选择在倾斜轨道1-2与高位盘旋轨道1-3的交接处安装轨道变动装置，以达到设置多层高位盘旋轨道并进行切换的效果，提高空间利用率。

在发电阶段：汇聚在倾斜轨道1-2与高位平台盘旋式轨道1-3连接处的储能5块被释放，沿倾斜轨道1-2下放至低位平台盘旋轨道1-1，使其自行汇聚排列在至低位平台盘旋式轨道 1-1处，以待再次使用。在整个储能发电的过程当中，储能5块遵循先进后出，后进先出的释放形式。

优选的是，无论储能阶段还是发电阶段，都可以选择固定数量的储能块放置在轨道上，以减少码垛机器人和搬运机器人的工作量，节约建设成本，降低系统复杂度。

本实施例提供的系统，结构简单、可实现模块化设计，便于组装，选址灵活，无论是有坡度的山体地形还是有断崖的山体地形都可以运用建设，应用时根据需求调整储能块的数量和中继点的位置；且建设成本较低、维护方便、能量转换效率高，在产能过剩时将部分地热能通过热力发动机直接将热能转化为机械能，省去了转电、变频等过程的能量损耗，大大提高了能量的利用率。

本系统与山体地带的地热发电系统配套，可充分利用可再生能源，同时还可辅助能源结构升级、帮助电网调峰、调频。其中，倾斜轨道为直线式轨道，可根据具体需求对其进行分段，叠加，甚至竖直盘旋。通过控制器用于对热力发动机、电动机、发电机进行控制。通过控制器用于对储能块释放数量的控制。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。