依托轨道和缆车运沙的重力储能系统技术方案

本发明专利技术属于储能技术领域，旨在解决目前新能源与电网发展遇到的瓶颈，具体涉及一种依托轨道和缆车运沙的重力储能系统，包括控制系统、山顶自动装卸系统、山底自动装卸系统、山顶沙坑、山底沙坑、倾斜轨道、索道支架、缆车、变流设备以及电机与传动机构；山顶自动装卸系统、山底自动装卸系统、变流设备、电机与传动机构均与控制系统信号连接；本发明专利技术充分利用斜坡地形，使用缆车和轨道结构，运送砂砾作为重力势能载体，大大降低了重力储能系统的成本，提高了缆车的承载能力，提高了储能系统的效率和连续性，功率灵活可变，运行安全可靠，可用于可再生能源消纳以及电网二次调频。生能源消纳以及电网二次调频。生能源消纳以及电网二次调频。

【技术实现步骤摘要】
依托轨道和缆车运沙的重力储能系统


[0001]本专利技术属于储能
，具体涉及一种依托轨道和缆车运沙的重力储能系统。

技术介绍

[0002]风能和太阳能等新源能源主要分布在西北地区、且太阳能发电集中在白天，而电力负荷主要分布在东南沿海一带，这就造成了我国新能源电力生产和消耗存在较强的时空不匹配性。
[0003]新能源发电受天气条件的影响而波动性较大，致其缺少与传统火电机组一样的灵活调节能力和惯量支撑能力，其大规模并网将影响电网的实时功率平衡和稳定性。也正因为如此，经常会产生弃风、弃光等现象。储能技术可有效解决时空不匹配和并网稳定性问题，是可再生能源大规模高效开发利用、实现我国能源领域绿色可持续发展战略的重要保障。
[0004]目前的储能方式可大致分为化学电池储能、物理储能及电转燃料储能三种主要形式。电化学储能的应用灵活，但在电网级规模储能方面还存在许多安全隐患和环保问题；电转燃料储能还处于发展阶段，且转换效率较低。物理储能主要包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、电磁储能等，飞轮储能与电磁储能功率高响应速度快，但储能容量有限，目前最常用的抽水蓄能受地理限制较大，无法在缺水的新能源发电集中地区推广。
[0005]因此发展可在新能源发电集中地区大规模应用的储能技术仍然是一个开放课题。本专利技术的目的就是为缺水但可再生能源丰富地区提供一种可替代抽水储能的新方案。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，即为了解决目前新能源与电网发展遇到的瓶颈，本专利技术提供了一种依托轨道和缆车运沙的重力储能系统，包括控制系统、山顶自动装卸系统、山底自动装卸系统、山顶沙坑、山底沙坑、倾斜轨道、索道支架、缆车、变流设备以及电机与传动机构；所述山顶自动装卸系统、所述山底自动装卸系统、所述变流设备、所述电机与传动机构均与所述控制系统信号连接；
[0007]所述倾斜轨道为设置于所述山顶沙坑与所述山底沙坑之间的往返轨道；所述索道支架上设置有与所述缆车卡扣连接的索道缆绳；所述缆车为多辆，多辆所述缆车间隔设置；
[0008]所述电机与传动机构包括电动机、发电机和机械传动结构，所述机械传动结构与索道连接以控制所述缆车的上下行速度，并用于将所述缆车的动能转换为电能输出；所述变流设备用于为电网输出平稳电能；
[0009]在储能状态下，所述电动机控制空载的所述缆车运行至所述山底沙坑，通过所述山底自动装卸系统装载沙粒；所述控制系统控制所述缆车通过所述倾斜轨道运行至所述山顶沙坑，通过所述山顶自动装卸系统将沙粒倒入所述山顶沙坑中，所述缆车空载下坡，往复运沙直至完成额定储能容量，能量以沙粒的重力势能形式存储；
[0010]在释能模式下，所述缆车运行至所述山顶沙坑，所述山顶自动装卸系统将沙粒倒
入所述缆车，所述缆车依靠自身重力下坡并带动发电机进行电能供应；载沙的所述缆车运行至所述山底沙坑通过所述山底自动装卸系统将沙粒卸入所述山底沙坑中，所述缆车空载上坡，往复向山底运沙直至完成额定发电量，能量转换为电能输出。
[0011]在一些优选实施例中，所述缆车的底部装有与往返轨道匹配的钢轮或橡胶轮等；
[0012]所述电动机通过所述索道缆绳控制所述缆车的运行；
[0013]所述缆车的顶部、底部均设有自动开合装置，所述自动开合装置与所述控制系统信号连接，以与所述山顶自动装卸系统或所述山底自动装卸系统配合进行砂砾的自动装卸。
[0014]在一些优选实施例中，所述倾斜轨道、所述山顶沙坑、所述山底沙坑的上部和周侧均设置有防风防雨罩。
[0015]在一些优选实施例中，所述索道缆绳为钢索或合成纤维缆绳。
[0016]在一些优选实施例中，相邻两辆所述缆车之间的间距为10m。
[0017]在一些优选实施例中，所述山顶自动装卸系统为转盘、铲斗、传送带中的任一种；
[0018]所述山底自动装卸系统为转盘、铲斗、传送带中的任一种。
[0019]在一些优选实施例中，所述倾斜轨道包括倾斜上行轨道段、倾斜下行轨道段、山底轨道段和山顶轨道段，所述倾斜上行轨道段、所述山顶轨道段、所述倾斜下行轨道段与所述山底轨道段构成闭合轨道；
[0020]所述倾斜上行轨道段、所述倾斜下行轨道段平行设置；
[0021]所述山底轨道段、所述山顶轨道段均呈环形设置。
[0022]在一些优选实施例中，所述索道缆绳通过定滑轮组与所述索道支架连接，所述索道支架用于支撑所述索道缆绳与所述缆车；
[0023]所述索道支架为多个，多个所述索道支架间隔设置；
[0024]每个所述索道支架均配置有安全固定装置。
[0025]在一些优选实施例中，所述电动机为永磁直驱电机、永磁同步电机或励磁同步电机中的任一种；
[0026]所述发电机为永磁同步电机或励磁同步电机或双馈发电机；
[0027]所述电动机与所述发电机也可设计为电动发电一体机。
[0028]在一些优选实施例中，所述山顶沙坑、所述山底沙坑均为球形坑状。
[0029]本专利技术的有益效果为：
[0030]一)本专利技术公开的依托轨道和缆车运沙的重力储能系统，其利用的轨道、索道、缆车、自动装卸系统、电机与传动系统以及变流设备均技术成熟，国内外厂商有多年的制造、运行、维修经验，成本较低，安全可靠。
[0031]二)本专利技术公开的依托轨道和缆车运沙的重力储能系统，占地面积小，约为同容量抽水蓄能电站的一半，利用斜坡地形，运行速度低，环境影响小，使用寿命长，自放电量为0，不会出现严重的安全问题。
[0032]三)本专利技术公开的依托轨道和缆车运沙的重力储能系统效率高，输出功率灵活可变。调整缆车运行数量和速度可以改变储能系统的输出功率，电动机和发电机的效率可达98％以上，减去传动机构效率损失、非最佳工作点损失、铁轨与索道摩擦损失以及变流损失和其他设备耗电，整体能量循环效率可达80％以上，高于抽水蓄能电站效率。
[0033]四)储能容量及建设选址灵活。以每辆缆车承载2吨为例，运行速度5m/s，斜坡假设为500m高坡度30度，铁轨每10m运行一辆缆车，则储能系统工作状态每小时至少可载5千吨，以国家发改委储能配置4h工作时间为例，则一条轨道4h可运沙2万吨，即储能约2.5万度电。如果需要获得更大的储能量，只需要增加运量或轨道数即可。
[0034]五)本专利技术公开的依托轨道和缆车运沙的重力储能系统经济性很高，储能系统包括缆车索道、支架、铁轨建设费用以及电机、传动系统、装卸系统、变流设备以及控制系统、沙坑、山体开采等费用。经过核算，储能系统每度电建设成本低于抽水蓄能电站的建设成本。
附图说明
[0035]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0036]图1是本专利技术的一种实施例的结构示意图；
[0037]图2是图1的俯视示意图。
[0038]附图标记说明：1、山体；2、轨道；3、索道缆绳；4、索道支架；5、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种依托轨道和缆车运沙的重力储能系统，其特征在于，包括控制系统、山顶自动装卸系统、山底自动装卸系统、山顶沙坑、山底沙坑、倾斜轨道、索道支架、缆车、变流设备以及电机与传动机构；所述山顶自动装卸系统、所述山底自动装卸系统、所述变流设备、所述电机与传动机构均与所述控制系统信号连接；所述倾斜轨道为设置于所述山顶沙坑与所述山底沙坑之间的往返轨道；所述索道支架上设置有与所述缆车卡扣连接的索道缆绳；所述缆车为多辆，多辆所述缆车间隔设置；所述电机与传动机构包括电动机、发电机和机械传动结构，所述机械传动结构与索道连接以控制所述缆车的上下行速度，并用于将所述缆车的动能转换为电能输出；所述变流设备用于为电网输出平稳电能；在储能状态下，所述电动机控制空载的所述缆车运行至所述山底沙坑，通过所述山底自动装卸系统装载沙粒；所述控制系统控制所述缆车通过所述倾斜轨道运行至所述山顶沙坑，通过所述山顶自动装卸系统将沙粒倒入所述山顶沙坑中，所述缆车空载下坡，往复运沙直至完成额定储能容量，能量以沙粒的重力势能形式存储；在释能模式下，所述缆车运行至所述山顶沙坑，所述山顶自动装卸系统将沙粒倒入所述缆车，所述缆车依靠自身重力下坡并带动发电机进行电能供应；载沙的所述缆车运行至所述山底沙坑通过所述山底自动装卸系统将沙粒卸入所述山底沙坑中，所述缆车空载上坡，往复向山底运沙直至完成额定发电量。2.根据权利要求1所述的依托轨道和缆车运沙的重力储能系统，其特征在于，所述缆车的底部装有与往返轨道匹配的钢轮或橡胶轮；所述电动机通过所述索道缆绳控制所述缆车的运行；所述缆车的顶部、底部均设有自动开合装置，所述自动开合装置与所述控制系统信号连接，以与所述山顶自动装卸系统或所述山底自动装卸系统配合进行砂砾的自动装卸。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖立业，王粟，张京业，邱清泉，王厚生，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：