一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统，属于重力储能

【技术实现步骤摘要】
一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统


[0001]本专利技术属于重力储能
、
飞轮储能等电网储能领域，具体涉及一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统
。

技术介绍

[0002]随着可再生能源发电的大力发展，电力储能领域也在加快技术更新的步伐，其中重力储能和飞轮储能在近年来得到广泛关注
。
机械储能分为功率型机械储能和能量型机械储能
。
一般而言，重力储能为能量型机械储能，其目的是减小大规模风电
、
光伏发电的波动性和随机性，可用作电网的调峰，也可用在电能的时间转移；飞轮储能因其响应速度快，多被用作功率型机械储能
。
[0003]然而，由于重力储能系统重物换装过程引起的功率间歇和功率波动等多方面原因，重力储能系统的运行中需加入飞轮储能
、
超级电容器等功率型储能形式进行功率的平滑与备用；另外，由于电力电子技术的大量应用，使得电力系统中惯量难以满足要求，近年来出现基于耦合飞轮的大惯量同步调相机也获得了一定应用
。
[0004]中国专利申请
CN202210318924.0
公开了一种重力结合飞轮的综合物理储能系统及储能方法，重力储能和飞轮储能采用了共用直流母线的电气耦合方式，可以抑制重力储能系统重物换装过程的功率波动；中国专利申请
CN202111205467.6
公开了一种基于飞轮储能的机械蓄能电梯系统，该系统采用曳引提升方式，在曳引绳两端分别连接轿厢和配重块，旨在储存电梯空载上行和满载下行时的动能，提高能量的利用率，但是因不可改变作为主要电梯功能的工作状态，无法用于大规模储能，另外，飞轮储能系统通过离合器连接电机，为了回收电梯空载上行和满载下行的能量，飞轮储能系统并不连续长时工作，离合器频繁动作，影响机械结构的稳定性和寿命
。
中国专利申请
CN202110693827.5
公开了一种利用飞轮的大惯量同步调相机装置，该装置通过齿轮组将同步调相机与大转动惯量飞轮耦合，通过飞轮旋转惯量提高同步调相机的惯性时间常数，增加对电力系统的惯量支撑能力，该专利未涉及重力储能系统；另外，中国专利申请
CN201410797264.4
和
CN201811611474.4
公开了一种压缩空气储能耦合飞轮的复合储能系统，利用飞轮储能提升系统的快速功率调节能力，该专利也未涉及重力储能系统
。
[0005]另外，重力储能系统一般用于电网调峰，在一天中系统工作时间仅占全天的
1/6
‑
1/3
左右，因此其机组在每天中绝大多数时间处于非工作状态，如何将闲置机组在不影响其主要功能的前提下加以利用也是重力储能系统面临的重大问题
。

技术实现思路

[0006]为了克服上述技术问题，本专利技术的目的是提出一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统
。
本专利技术基于机械耦合飞轮的重力储能系统在满足储能技术对于大功率
、
长时间电能存储和输出需求的基础上，通过飞轮与储能系统耦合，增大储能系统的转动惯量，减小储能系统的波动，对于重物切换频繁的重力储能系统，能够有效抑制系统因重物切换导致的功
率波动
、
从而实现功率平滑
。
另一方面，当重力储能系统中电机空载运行当作大容量同步调相机工作时，通过机械耦合的飞轮也可为系统提供额外的惯量支撑，且不影响同步调相机的功能
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统，将飞轮与重力储能的动力系统进行耦合，包括惯性飞轮
、
飞轮保护罩
、
承重固定基础
、
轴承
、
联轴器
、
电机
、
设备固定装置
、
机电检测装置
、
减速变速箱（减速比为
m
）
、
升降系统和飞轮增速变速箱（增速比为
n
）；所述惯性飞轮通过联轴器直接与电机的输出轴相连，电机动力直接传输到惯性飞轮上，电机启动时带动惯性飞轮同步旋转；所述惯性飞轮通过承重固定基础固定，惯性飞轮与所述承重固定基础通过轴承进行配合；在所述惯性飞轮的周围布置飞轮保护罩；所述电机通过设备固定装置牢固固定，所述电机的前端通过联轴器和减速变速箱，经过所述减速变速箱后电机转速降低
m
倍
、
扭矩放大
m
倍；所述减速变速箱与重力储能升降系统容量
、
功率
、
电机转速相匹配；所述减速变速箱通过设备固定装置牢固固定；所述减速变速箱的输出轴和升降系统的输入轴通过联轴器连接，用以驱动重力储能系统工作；所述升降系统采用承重固定基础固定，所述承重固定基础与升降系统的机轴通过轴承连接
。
所述轴承根据储能系统的容量
、
功率
、
转速
、
负载特性等因素确定
。
[0008]进一步地，所述减速变速箱后的升降系统不限于基于卷扬机的形式，对于重力储能领域中运用的其他驱动形式如链式
、
轨道式
、
滚轮式
、
缆绳式等都可适用
。
[0009]优选地，对于大容量的惯性飞轮，可在所述惯性飞轮周围的飞轮保护罩抽真空形成真空密闭室，通过真空条件进一步降低所述惯性飞轮带来的能量损失
。
[0010]优选地，对于前期已经建成的重力储能系统，针对单端输出轴的电动机，可在电机输出端与减速变速箱之间加入所述惯性飞轮，其功能性不受影响，因此可将本专利技术用于储能系统的惯量支撑改造
。
[0011]优选地，针对空间狭小等客观因素限制飞轮尺寸的应用场景，在所述惯性飞轮与电机之间加入飞轮增速变速箱用以提升飞轮转速，以提供相同容量的惯量时可选用体积更小的惯性飞轮
。
[0012]优选地，针对更为严峻的使用条件，在所述惯性飞轮与电机之间加入高速机械齿轮
、
磁齿轮等更大倍数的飞轮增速变速箱，以突破所述惯性飞轮尺寸和容量的限制
。
[0013]优选地，对于速度更高的惯性飞轮，在加入飞轮增速变速箱提高速度的基础上加入磁悬浮
、
磁卸载等技术，减少机械摩擦，提高系统的可靠性
。
[0014]优选地，对于水平空间限制较为严格的应用场景，可以采用电机立式安装的方案直接耦合飞轮，采用减速变速箱对驱动力进行换向，利用纵向空间，且兼具立式飞轮轴系的优点
。
[0015]优选地，对于惯性飞轮，还可加入高速机械齿轮
、
磁齿轮等增速装置对所述惯性飞轮的速度进行进一步提高，增加惯性容量
。
[0016]本专利技术与现有的储能技术相比，有益效果在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于机械耦合飞轮的重力储能系统，其特征在于：包括惯性飞轮
、
飞轮保护罩
、
飞轮坑
、
飞轮主轴
、
承重固定基础
、
轴承
、
联轴器
、
电机
、
设备固定装置
、
机电检测装置
、
减速变速箱和升降系统；减速变速箱的减速比为
m
；所述惯性飞轮通过联轴器直接与电机的输出轴相连，或通过飞轮增速变速箱及联轴器与电机的输出轴相连，飞轮增速变速箱的增速比为
n
；所述惯性飞轮通过承重固定基础固定，惯性飞轮与所述承重固定基础通过轴承进行配合；在所述惯性飞轮的周围布置飞轮保护罩；所述电机通过设备固定装置固定；所述机电检测装置的输出轴与所述减速变速箱通过联轴器相连，经过所述减速变速箱实现电机转速的降低和扭矩的放大；所述减速变速箱与重力储能系统容量
、
功率
、
电机转速相匹配；所述减速变速箱通过设备固定装置牢固固定；所述减速变速箱的输出轴和升降系统的输入轴通过联轴器连接，用以驱动重力储能系统工作；升降系统输入轴转速是电机转速的
1/m
；所述升降系统采用承重固定基础固定，所述承重固定基础与升降系统的机轴通过轴承连接
。2.

【专利技术属性】
技术研发人员：邱清泉，林玉鑫，肖立业，罗晓悦，聂子攀，张京业，靖立伟，周微微，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：