利用轨道运输的储能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用轨道运输的储能系统，包括用于停放负载的高、低负载场；用于运输负载的运输轨道；用于提供牵引动力和传输制动发电的输电线路；以及牵引/制动单元，负载单元，存储轨道，安全轨道，控制中心，电网接入模块。本发明专利技术利用电气化轨道运输储能和利用制动发电相结合，在系统电力多余时，利用电力牵引机车把重负载从低处拉到高处，将电能转化成势能储存；在系统电力需求高时，再利用电力机车把重负载从高处拉到低处过程中制动发电，把势能转化成电能送回电网。本发明专利技术可以实现超大容量储能，能量密度高、容量可控，并且运营管理简单，能量循环效率超高。

Energy storage system using rail transport

The present invention relates to the use of rail transport storage system, including the load for the parking of the high and low load field; for the transport load transportation track; to provide traction power transmission lines and transmission power and traction / braking; braking unit, storage unit load, track, rail safety, control center, network access module. The invention uses electric rail transport energy storage and utilization of braking power generation combined power system in excess, the locomotive from low to high pull heavy load with power, the electric energy is converted to potential energy stored in the power system; demand is high, the electric locomotive to heavy load from high to low in the process of braking the potential energy is converted into electrical power, can send back to the grid. The invention can realize super large capacity energy storage, has high energy density, controllable capacity, simple operation and management, and high energy cycling efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一 种利用轨道运输的储能发电系统，属于大规模电力储能领域。
技术介绍
当前电网运行面临用电负荷持续增加、间歇性能源接入比例提高、调峰能力有限等挑战，需要发展大规模储能技术来帮助平滑间歇性电源功率波动、减小负荷峰谷差和增强系统调节能力，保证电力系统的安全运行，提高系统对可再生能源的利用和减少经济发展对日益贫乏的传统化石能源的依赖。目前人们已开发多种储能技术，可分为机械储能、电磁储能、电化学储能、相变储能等。常见的抽水蓄能就是机械储能的一种。抽水蓄能是目前技术上比较成熟的大规模、 集中式的储能方式，利用抽水把电能转化成蓄在高处的水的势能，在系统需要时放水，利用水力发电。这样在系统负荷处于低谷，有多余电力的时候抽水蓄能，在负荷高峰时放水发电，起到削峰填谷的作用。抽水蓄能的优点是技术成熟可靠，蓄能容量可以很大，只是受到蓄水水库库容的限制，但是建设抽水蓄能电站需要苛刻的地理条件，需要大量的水和较好的建坝建库条件，受自然条件限制较多，初始投资巨大，对生态环境有一定的影响。抽水蓄能在抽水和发电能量转换过程中有一定的能量损失，储存效率可达80%。而其他储能方式， 如压缩空气或飞轮动能、化学电池、超大规模电容等实现的成本和技术难度很大，储能容量小，难以实现国家骨干电网级别的超大规模的电力储能需求。近几年制动发电技术在混合动力/电动汽车和电力牵引机车中得到广泛应用。其原理是在汽车或机车制动时，利用电磁制动，把动能转化成电能储存在车载电池中。该原理也在飞轮储能方式中体现，电能提供驱动飞速旋转的飞轮，将电能转换成动能，通过制动旋转的飞轮发电，而将动能转化为电能。目前在电气化铁路运输中，电力牵引机车通过电动机将电能转化成牵引动力，拖动负荷前进，在制动时，电动机转换成发电机工作，把动能转换成电能储存或送回电网。该技术成熟可靠。轨道运输储能系统正是利用相同的思想，在系统电力多余的时候，利用轨道运输把负载运到高处，在电力紧缺时，利用机车把负载运到低处过程中制动发电。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决当前电力储能容量小，投资高等问题，提出了利用电气化轨道运输储能和利用制动发电相结合的一种大规模电力储能方法和一种利用轨道运输的储能发电系统。在系统电力多余时，利用电力牵引机车把重负载从低处拉到高处，将电能转化成势能储存；在系统电力需求高时，再利用电力机车把重负载从高处拉到低处过程中制动发电，把势能转化成电能送回电网。按照本专利技术提供的技术方案，所述利用轨道运输的储能系统包括用于停放负载的高、低负载场；用于运输负载的运输轨道；用于提供牵引动力和传输制动发电的输电线路；以及牵引/制动单元，负载单元，存储轨道，安全轨道，控制中心，电网接入模块；所述存储轨道位于高、低负 载场中，用于停放负载单元；安全轨道位于低负载场，为运输组合异常运行时提供缓冲；高、低负载场通过支路和所述运输轨道连接，高、低负载场之间要求有高于100米的高度差；牵引/制动单元与输电线路连接，牵引/制动单元从低负载场拖动负载单元至高负载场达到将电能转化成势能储存，牵引/制动单元从高负载场拖动负载单元至低负载场通过制动将势能转化成电能通过输电线路送入电网；输电线路通过电网接入模块与高压电网连接，电网接入模块具有变压、整流、保护的功能，保证电力供应和回送电网的电能质量；控制中心用来管理储能系统运行，根据电网调度指令对运输组合进行操作控制， 控制中心利用无线或有线通信通道连接牵引/制动单元，控制储能和发电过程。所述牵引/制动单元包括依次连接的双模式工作电机、电源接口模块和一个控制模块，所述电源接口模块与输电线路连接；在把负载单元从低处拉到高处的过程中，双模式工作电机工作在电动机模式，在负载单元从高处拉到低处时，双模式工作电机工作在发电机模式，电源接口模块把输电线路接入双模式工作电机，以保证双模式工作电机在牵引时的供电和在发电时的电力输出；所述控制单元接收控制中心的信号并自动控制双模式工作电机完成牵引或发电任务。所述负载单元是蓄能载体，负载单元包括满足轨道运输的底盘和统一模块化的高比重负载，每个负载采用长方体设计。本专利技术的优点是本专利技术运用简单的原理，成熟的技术和模块化设计实现超大容量储能，储电供电运行灵活，运营管理简单，能量循环效率超高，能够帮助平滑间歇性电源功率波动、减小负荷峰谷差和增强系统调节能力，保证电力系统的安全运行，提高系统对可再生能源的利用和减少经济发展对日益贫乏的传统化石能源的依赖。本专利技术负载能量密度高、占地少、无污染、造价低，容量可控，并且能量循环效率高，运营成本低，经济效益显著， 社会效益巨大。附图说明图1为本方法的工程实施示意图。图2为阶梯形负载场设计示意图，图2 (a)为高负载场，图2 (b)为低负载场。图3为运输轨道设计示意图，图3 (a)为上升坡度不同轨道，图3 (b)为曲线上升轨道。图4为牵引/制动单元功能结构示意图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的轨道运输储能系统包括高、低负载场1，2，运输轨道3，牵引/制动单元5，高比重负载单元6，输电线路4，存储轨道 7，安全轨道8，电网接入模块10和控制中心9。如图1所示，具体如下。1)高、低负载场1，2 负载场是用来存储负载。负载场可以根据地形设计，包括平面展开或层级展开，高、低负载场1，2通过支路和主运输轨道3连接。高、低负载场1，2之间要求有高于100米的高度差，这样可以使得1吨负载可储能大于0. 27 (度)KWh，从而保证储能效率。2)运输轨道3 轨道的长度和坡度应满足储能容量和拖动/制动功率设计；运输轨道3数量应大于或等于1，可以利用当前铁路货物运输重载轨道设计标准，也可以采用宽轨设计，提高运输能力。 3)提供牵引动力和传输制动发电的输电线路4 输电线路4的设计可以利用当前电气化铁路运输电力网络的设计，利用直流输电进行电力的传输。4)牵引/制动单元5 牵引/制动单元5应含有双模式工作电机(可以进行电动机和发电机模式切换的机组)，接收和输出电力的辅助设备和接收调度控制自动运行的控制模块。在把负载从低处拉到高处的过程中，电机工作在电动机模式；在负载从高处拉到低处时，电机工作在发电机模式。控制模块接收控制中心的信号并自动完成牵引或发电任务。5)负载单元6 负载单元6是蓄能载体。负载单元6包括满足轨道运输的底盘和统一模块化的高比重负载，如混凝土构件，每个负载采用长方体设计，根据牵引动力和运输轨道的能力进行组合。6)存储轨道7:存储轨道7位于负载场1，2中，用于停放负载单元6。存储轨道7 的多少是根据负载单元6的数量来决定。7)安全轨道8 安全轨道8是位于低负载场2，为运输组合异常运行时，提供缓冲。 安全轨道8具有一定的缓冲能力和制动能力，把异常的运输组合导入安全轨道后减速，避免进入正常存储轨道，妨碍正常运行。8)控制中心9 控制中心9管理储能系统运行，根据电网调度指令对运输组合进行操作控制。控制中心9是一个通信、控制、监视集成中心，对整个轨道运输储能系统进行自动控制，包括接收电网调度，操作运输组合运输进行储能和发电，管理储能系统运行。9)电网接入模块10 电网接入模块10具有变压、整流、保护等功能，保证电力供应和回送电网的电能质量。本专利技术所述储能系统使用直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．利用轨道运输的储能系统，其特征是包括：用于停放负载的高、低负载场（１，２）；用于运输负载的运输轨道（３）；用于提供牵引动力和传输制动发电的输电线路（４）；以及牵引／制动单元（５），负载单元（６），存储轨道（７），安全轨道（８），控制中心（９），电网接入模块（１０）；所述存储轨道（７）位于高、低负载场（１，２）中，用于停放负载单元（６）；安全轨道（８）位于低负载场（２），为运输组合异常运行时提供缓冲；高、低负载场（１，２）通过支路和所述运输轨道（３）连接，高、低负载场（１，２）之间要求有高于１００米的高度差；牵引／制动单元（５）与输电线路（４）连接，牵引／制动单元（５）从低负载场（２）拖动负载单元（６）至高负载场（１）达到将电能转化成势能储存，牵引／制动单元（５）从高负载场（１）拖动负载单元（６）至低负载场（２）通过制动将势能转化成电能通过输电线路（４）送入电网；输电线路（４）通过电网接入模块（１０）与高压电网连接，电网接入模块（１０）具有变压、整流、保护的功能，保证电力供应和回送电网的电能质量；控制中心（９）用来管理储能系统运行，根据电网调度指令对运输组合进行操作控制，控制中心（９）利用无线或有线通信通道连接牵引／制动单元（５），控制储能和发电过程。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雍太有，
申请(专利权)人：无锡爱索思电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32