依託山體的重力儲能系統的製作方法

2023-11-09 10:42:47

依託山體的重力儲能系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種依託山體的重力儲能系統，包括高海拔堆垛平臺、低海拔堆垛平臺、若干標準化重塊、電力提升和發電裝置以及控制系統；在高、低兩平臺之間鋪設有至少兩條傾斜鐵軌，每條傾斜鐵軌設有至少一段連續鐵軌，對應每段連續鐵軌設有一套電力提升和發電裝置；每套電力提升和發電裝置包括一拖車、一纜繩、一纜繩絞盤和一電動發電一體機，拖車設置在相應的連續鐵軌上，並與纜繩的一端連接，纜繩絞盤安裝在該連續鐵軌端部的平臺邊緣，纜繩絞盤與電動發電一體機連接；控制系統控制轉載、運輸和碼垛設備以及電動發電一體機的工作狀況。本發明效率較高、成本較低、佔地面積較小、安全係數較高。
【專利說明】依託山體的重力儲能系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及能量儲存【技術領域】，是一種將電能轉成重力勢能進行儲存以及將所存重力勢能轉成電能的高效儲能/釋能系統。
【背景技術】
[0002]近年來，我國工業用電量飛速增長，而且用電波峰波谷差值不斷增大。另一方面，可再生能源(風能、太陽能、潮流能等)雖然綠色清潔，但通常具有規律性差，波動大等缺點，難以與用電需求的實時趨勢保持一致。雖然我國可再生能源裝機容量不斷擴大，但是電力供應緊張和電網調峰困難的問題反而日益凸顯。
[0003]大規模電力儲能技術是解決電力生產產能與電力需求波動的峰谷差之間矛盾的重要手段。此外，電力儲能技術還可以有效平滑可再生能源的併網衝擊，以及可以提高電力系統供電的可靠性。
[0004]目前已有的電力儲能技術包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、蓄電池儲能、飛輪儲能，電解水儲能、超導磁能和超級電容等。其中抽水儲能技術最為典型，抽水儲能方式儲能容量大，響應速度較快，因而應用較廣泛。但是建設抽水儲能電站需要特殊的地理條件，建設兩個水庫和水壩，建設周期長，初期投資巨大，並且只能建設在有水源的地方，能量循環效率一般(約 70%)。
[0005]現有技術例如專利文獻CN201599160U提出了一項通過提升標準化重塊實現儲蓄重力勢能的方案。該方案需要大型支撐柱結構，並採用滑輪和拉索實現重物升降。該方案佔地相對不多，理論上效率可達90%，並可用於缺水地區。然而，該方案將標準化重塊安裝在支撐裝置上，對立柱、拉索等部件的材質和結構設計要求過高，安全係數低，存在較大的運行風險。
[0006]現有技術中的先進電力機車(例如和諧3D型電力機車)可以利用下坡進行再生發電，但是要求傾斜鐵軌為平緩的直線或曲線。這是因為輪軌接觸粘著係數較低，無法提供在陡坡行駛時需要的驅動力。根據現有電力機車技術，本領域熟練的技術人員可能想像出:選取坡度較小(例如小於5° )、坡距長(例如5公裡)的地理環境，運行與電網相連的專用電力機車，進行大量重物的往返搬運實現儲電和釋能。例如，在傾斜鐵軌上空架設電接觸網或者在傾斜鐵軌旁邊鋪設導電軌，並在電力機車上安裝受電弓和牽引發電兩用電機。本領域熟練的技術人員還可能進一步想像出:通過鋪設兩條平行傾斜鐵軌實現循環作業，通過增加機車數量和車皮數量提高能量密度。但是該方案佔用有用土地面積大，地理條件約束較多，工程量大，而且總效率不高(單程約80%，雙程約60%)，維護成本高，因此實用價值有限。更熟練的技術人員還可能進一步想像出:在下滑行程前段不做制動，而僅在下滑傾斜鐵軌末段直線段設置阻攔索，通過阻攔索制動將動能轉換得到電能，則總效率可以獲得提高至約70%，但是系統複雜程度高。

【發明內容】
[0007]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種依託山體的重力儲能系統，該系統效率較高、成本較低、佔地面積較小、安全係數較高。
[0008]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:一種依託山體的重力儲能系統，包括高海拔堆垛平臺、低海拔堆垛平臺、至少兩條傾斜鐵軌、若干標準化重塊、電力提升和發電裝置以及控制系統；所述標準化重塊碼放在所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺上，所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺上分別設有轉載、運輸和碼垛設備，在所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺之間的斜坡上鋪設有至少兩條所述傾斜鐵軌，每條所述傾斜鐵軌設有至少一段連續鐵軌，對應每段所述連續鐵軌設有一套所述電力提升和發電裝置；
[0009]每套所述電力提升和發電裝置包括一拖車、一纜繩、一纜繩絞盤和一電動發電一體機，所述拖車設置在相應的所述連續鐵軌上，並與所述纜繩的一端連接，所述纜繩卷繞在所述纜繩絞盤上，所述纜繩絞盤安裝在該連續鐵軌頂部或底部的平臺邊緣，與該連續鐵軌的端部相鄰，所述纜繩絞盤與所述電動發電一體機通過機械傳動機構連接；
[0010]所述控制系統控制所述轉載、運輸和碼垛設備以及所述電動發電一體機的工作狀況。
[0011]所述拖車設有下行加速裝置。
[0012]在所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺之間設有中間轉載平臺，每條所述傾斜鐵軌由兩段所述連續鐵軌組成，所述中間轉載平臺上設有中間轉載設備。
[0013]在所述連續鐵軌的低海拔端設有防撞裝置。
[0014]在所述拖車上設有鐵軌摩擦制動器。
[0015]所述轉載、運輸和碼垛設備包括至少一轉載設備、至少一條平臺鐵軌、至少一臺自動小車、至少一臺碼垛機，所述轉載設備設置在所述連續鐵軌的端部，所述平臺鐵軌的一端位於所述轉載設備的下方，另一端位於平臺遠離轉載設備的一側。
[0016]所述自動小車上安裝有橡膠輪胎和與所述平臺鐵軌配套的鋼輪。
[0017]所述標準化重塊的頂部設有吊鉤或吊環或者角件，所有所述標準化重塊的尺寸一致，外形為長方體、多邊柱形或者圓柱形。
[0018]本發明具有的優點和積極效果是:
[0019]一)升降、裝載和碼垛/拆垛等作業所用的機械設備技術成熟、設備成本低，工作年限長。系統通過裝載和碼垛動作實現纜繩分時段重複使用，故不需要在每一個標準化重塊上安裝固定的纜繩，大幅度減少高強度纜繩成本。
[0020]二)維護方便，工作安全可靠。升降作業時利用山體斜坡減小拖曳力，並採用提高安全係數設計的鋼索或合成纖維繩，因此除非遭遇不可預見災難，不會出現纜繩突然斷裂事件。即使纜繩意外斷裂致使標準化重塊滑落，也可通過制動剎車和山底緩衝裝置實現保護，並能快速復工。而裝載和碼垛過程中標準化重塊與地面高度差僅數米，而非CN201599160U中的上百米，即使纜繩意外斷裂致使標準化重塊墜落，也不會引發地震等破壞。由於只有少量重物處於運動狀態，沒有抽水蓄能大壩破損、飛輪儲能設備外殼破損之類安全隱患。
[0021]三)能量循環效率高，可實現電力均勻輸出。整個過程主要包括電動機提升重物、重物下降拖動發電機發電兩個動作。電機技術成熟，提升效率可以達到95 %，下降發電效率可以達到92 %，系統總體效率可以達到91 %，扣除搬運設備耗電，也可以達到接近90 %，遠高於抽水電站的70%。通過多個鐵軌間歇下放重物，並對下放速度進行規劃，可實現電力的均勻輸出。
[0022]四)可以實現較大容量儲能，能量密度中等。儘管單個儲能電站容量一般不大，一般只有大型抽水蓄能電站的數十分之一，但是選址遠比抽水蓄能電站靈活，還可以通過增加儲能系統數量提高儲能總量。高低海拔堆垛平臺的海拔高度差通常大幅度高於現有技術(抽水蓄能水庫和CN201599160U中的支撐柱高度)，適宜範圍為200-400米。假設山體海拔落差200米，所有標準化重塊總重5萬噸的系統可以儲蓄26MWh能量，可存儲2臺2MW風機夜間6小時的發電量，可供應近萬戶家庭在用電高峰時期的用電量。
[0023]五)選址範圍廣，建設周期較短，工程施工可以一舉多得，可就地取材，成本低廉，總造價低。儲電系統不需要選擇在水源地附近，可以選擇荒山、戈壁等人煙稀少地域，並可以在風力發電機附近選址。我國有著眾多的地質堅硬，且山頭較平緩、高度和坡度適宜的山嶺可供實施，也可以選擇在峽谷或低洼地與高地之間建設。在示範應用階段，可優先選擇山頂容易削平的山體。考慮到山頂地質條件通常不如山底地質條件好，可以在多個山頭建設高海拔堆垛平臺，共用一個低海拔堆垛平臺。建設過程可以分階段引導進行，節約建造成本。首先架設依託山體斜坡的鐵軌和絞盤拖放系統，將開採設備通過鐵軌上的拖車運至山頂，並將開採的碎石和土壤通過鐵軌上的拖車運至山底進行填平。標準化重塊殼體可以採用鋼結構或者鋼筋混凝土，而內部填充材料可以採用山頂開採的石塊和砂石，或者添加廉價的貧鐵礦石。等效比重一般可以達到水的2.5-4倍左右。假設山頂為圓錐形，需要建設的山頂平地直徑為70米，山頂坡度為20-30度，則需要挖採3-4萬立方土石方，一般數十天可以完成。土石重量約7-10萬噸，基本與山底平整和標準化重塊填充重量相當，如有多餘的土石也可以用於填海造島等用途。總造價約2000萬元，包括1000個50噸標準化重塊800萬元(選擇更高山體時，可進一步減少同等儲能容量需要的標準化重塊數量)，若干起重機(門式起重機/橋式起重機/塔式起重機)約500萬元，以及鐵軌架設、土石方施工費500萬，電機和控制系統等200萬元。按照每天儲電26MWh能量，電力調峰分時差價0.15-0.2元/度計算，每天收益約5000元，年收益約150萬元。若進一步考慮儲能對附近火電站發電效率提升的作用，每年收益可達200萬元。若能與附近風電發電系統聯合，將風力發電脫網造成的浪費轉變成調峰電能，則每天收益達到1.6萬元左右。因此4-10年可以收回投資。
[0024]六)運營過程無汙染，能量長期保存無損失，沒有電池蓄電的環境汙染和壽命次數問題。
[0025]綜上所述，本發明利用山體海拔高度差和標準化重塊重力勢能進行儲能和發電，通過機械運動方式提升標準化重塊進行電力儲能，可有效克服現有抽水蓄能技術和電力機車蓄能技術效率低、成本較高、佔地面積大等問題，以及克服重物垂直提升技術安全係數低等問題。特別適宜在山體地質條件好、高度適宜的區域實施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發明實施例1的結構示意圖；
[0027]圖2為圖1的俯視圖；
[0028]圖3為本發明實施例2的結構示意圖。[0029]圖中:1、山體；2、2b、連續鐵軌；3a、高海拔堆垛平臺；3b、低海拔堆垛平臺；4、4b、拖車；5、標準化重塊；6、纜繩；7、7b、纜繩絞盤；8、8b、電動發電一體機；9a、9b、轉載設備；10a、10b、10c、10d、碼垛機；11、變壓器；12、電動輥子；13、控制系統；14a、14b、平臺鐵軌；15a、15b、自動小車；A/B、重塊垛。
【具體實施方式】
[0030]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0031]請參閱圖1?圖3，本發明為一種依託山體的重力儲能系統，包括高海拔堆垛平臺3a、低海拔堆垛平臺3b、至少兩條傾斜鐵軌、若干標準化重塊5、電力提升和發電裝置以及控制系統13，所述標準化重塊5碼放在所述高海拔堆垛平臺3a和所述低海拔堆垛平臺3b上，所述高海拔堆垛平臺3a和所述低海拔堆垛平臺3b上分別設有轉載、運輸和碼垛設備，在所述高海拔堆垛平臺3a和所述低海拔堆垛平臺3b之間的斜坡上鋪設有至少兩條所述傾斜鐵軌，每條所述傾斜鐵軌設有至少一段連續鐵軌2或2b，對應每條所述連續鐵軌2或2b設有一套所述電力提升和發電裝置。
[0032]每套所述電力提升和發電裝置包括一拖車4、一纜繩6、一纜繩絞盤7和一電動發電一體機8，所述拖車4設置在相應的所述連續鐵軌2上，並與所述纜繩6的一端連接，所述纜繩6卷繞在所述纜繩絞盤7上，所述纜繩絞盤7安裝在該連續鐵軌2或2b頂部或底部的平臺邊緣，與該連續鐵軌2或2b的端部相鄰，所述纜繩絞盤7與所述電動發電一體機8通過機械傳動機構連接；所述控制系統13控制所述轉載、運輸和碼垛設備以及所述電動發電一體機8的工作狀況。
[0033]上述系統還可以包括一種給拖車施加向下拉力或推力的下行加速裝置。該裝置可以採用下列任一方案:一)採用一組電動輥子12，鋪設在連續鐵軌2和2b高海拔端附近的地面上,通過橡膠輪胎與拖車4的車體接觸並可適時施加摩擦力以推動拖車4，提高拖車4向下運動的加速度，用以縮短拖車4的下行時間。二)將一個電動驅動裝置安裝在連續鐵軌2和2b的低海拔端，通過繩索與拖車相連，用以適時施加下拉力拖動拖車，提高拖車向下運動的加速度，用以縮短拖車4的下行時間。三)在連續鐵軌的高海拔端安裝電動驅動裝置，在連續鐵軌的低海拔端安裝滑輪，電動驅動裝置通過繩索與拖車相連，繩索繞經滑輪改向，用以適時施加下拉力拖動拖車，以提高拖車向下運動的加速度，用以縮短拖車下行時間。四)在所述連續鐵軌旁設有導電軌，在所述拖車上裝有電動驅動裝置，所述電動驅動裝置通過傳動方式與拖車的至少一個輪子相連，用以適時施加下拉力拖動拖車，提高拖車向下運動的加速度，用以縮短拖車下行時間。
[0034]實施例1:
[0035]請參閱圖1和圖2,—種依託山體的重力儲能系統,其基本布局為:一個具有一定坡度和高度的山體I。在山體I的山坡上鋪設至少兩條傾斜鐵軌，在本實施例中，每條傾斜鐵軌由一段連續鐵軌2形成，連續鐵軌2採用標準的鐵路鐵軌，軌距和枕木等根據需要進行適當調整。在連續鐵軌2與山體山坡之間的空隙採用鋼筋混凝土澆築或者採用鋼筋混凝土立柱支撐。在連續鐵軌2的兩端各施建一個堆垛平臺，即一個位於山頂的高海拔堆垛平臺3a和一個位於山腳的低海拔堆垛平臺3b。在每段連續鐵軌2上運行一輛拖車4，實現標準化重塊5的提升和下放。連續鐵軌2 —般採用直線鋪設，但是傾斜鐵軌兩端可以繞水平方向有曲率不大的彎曲，以使得拖車上的重塊更易於轉載。
[0036]系統中包括大量預先製造的標準化重塊5，標準化重塊主要由高比重材料製成，例如採用在類似貨櫃的鋼罐內部裝填砂石或者低品味鐵礦石。標準化重塊可以製成長方體鋼罐，典型尺寸大約2X2X4米，體積為16立方米，裝填砂石後質量約50噸；典型尺寸也可以是2X2X3米，體積為12立方米，裝填鐵礦石後質量約50噸。標準化重塊也可以採用鋼筋混凝土模塊化預製方式製成。製造標準化重塊時可以參考貨櫃外形設計，在頂部四個角落設置角件，並在相應的搬運設備上安裝貨櫃吊裝夾具，缺點是夾具上的纜繩較長，使得搬運設備的高度較大。也可以選擇在頂部安裝吊鉤，在內部添加筋板或鋼筋網等支撐件，並在底部製作大於吊鉤尺寸的凹坑或者安裝相應高度的墊塊或枕木，故可以實現連續堆垛；重塊底部可安裝具有較大彈力的橡膠墊塊或者彈簧墊塊，在裝載速度較高時，有利於減小裝載和堆垛時的衝擊力。
[0037]在高海拔堆垛平臺3a靠近連續鐵軌2的位置，安裝有纜繩絞盤7和電動發電一體機8。纜繩絞盤上卷有與連續鐵軌長度相當的纜繩6，纜繩6的一端固定在拖車4上，電動發電一體機8通過齒輪傳動或者皮帶傳動等方式與纜繩絞盤7相連，驅動纜繩絞盤7轉動，進而拖動拖車5上行。拖車自重一般在10噸左右。
[0038]電動發電一體機8為可發電的發電電動一體機,依靠電子技術自動實現發電模式和電力拖動模式的切換。當拖車4依靠重力下滑時，纜繩的拉力帶動電動發電一體機8的轉軸轉動實現發電。電動發電一體機8具有連續調速能力,可以在較大的轉速範圍內輸出恆定力矩，也可以在較大的轉速範圍內發電。儲能系統通過變壓器11從電網獲得電力，而發電時將發電機生成的電力經變壓器11或其它方式輸入電網。
[0039]由於纜繩6隻輸出拉力，因此在靠近坡頂的連續鐵軌2末端位置，根據末端坡度具體情況安裝有若干電動輥子12，可以施加主動推力使拖車4加速下行和進入陡坡段。也可以採用在拖車4上安裝驅動輥，或者在山腳的連續鐵軌末端位置安裝一個帶電機驅動的繩索絞盤通過繩索拖動拖車下滑。上述方案均是為了使拖車下行加速。
[0040]所述的高海拔堆垛平臺3a和低海拔堆垛平臺3b都包含一個針對平臺形狀尺寸、標準化重塊尺寸和重量而專門設計的物流系統。
[0041]所述系統還包括一個控制系統13，包括主控計算機和安裝在轉載、運輸、碼垛設備、電動發電一體機和標準重塊上的傳感器，用以實現儲能系統的調度和自動化運行。系統通過有線或者無線通信方式獲取電網供電需求量、拖車和堆垛平臺中各個設備的位置和速度等狀態、以及標準化重塊在所有堆垛平臺上的分布等信息，根據上述信息規劃和控制拖車與搬運設備的速度和目標位置。
[0042]圖1中的纜繩絞盤安裝位置選擇在高海拔堆垛平臺的地面之上。實際實施時，通常可以在纜繩絞盤前面增加一個尺寸相對較小的滑輪，改變纜繩走向，而將纜繩絞盤安裝在平臺地面下的艙室。此外，也可以將纜繩絞盤安裝在連續鐵軌端部的正上方，例如可以安裝在轉載設備的橫梁上，此時纜繩固定位置通常改到拖車前側。上述方式均可以減小或者避免轉載設備與纜繩絞盤之間的空間幹涉。
[0043]從圖2所示的系統俯視示意圖可以更清楚的理解堆垛平臺中物流系統的結構。以堆垛平臺3a為例，一個用於堆垛平臺的典型物流系統包括:一臺轉載設備9a，可以是具有較小的高度和作業範圍的橋式起重機。其高度只需比標準化重塊的高度高一點，因此其支撐架可以實現很高的剛度，有利於實現高速的搬運。
[0044]兩臺碼垛機IOa和10c，具有較大的高度和平移範圍。假設碼垛高度為4層，則標準化重塊高度約為8米，加上吊鉤或吊裝夾具高度，碼垛機提升高度約為10米。若堆垛平臺面積較大，則碼垛只需3層。所述碼垛機的構型可以是橋式起重機、門式起重機、塔式起重機、克令吊等起重設備中的任一種，優先選取橋式或克令吊。
[0045]一條安裝在堆垛平臺地面上的平臺鐵軌14a，起點位於轉載設備9a下方，終點在堆垛平臺遠離轉載設備9a的一側。鐵軌14a可以是直線布置，也可以是曲線布置，還可以是樹狀、環狀或網狀布置。平臺鐵軌14a上運行一輛電力驅動的自動小車15a。自動小車的供電採用導電軌或者電纜絞盤等方式。自動小車15a上安裝有橡膠輪胎和與平臺鐵軌配套的鋼輪，鋼輪提供高剛度支撐，而橡膠輪胎則與鐵軌(或者地面)摩擦實現更高的行駛速度。這樣平均速度遠高於一般的有軌鋼輪電動平車(速度為0.5m/s左右)，可接近或超過無軌胎輪電動平車速度(約1.5-2m/s)。此外，為了實現全自動調度運行，需要獲得自動小車的位置。一種低成本方案是在自動小車上安裝接近開關，同時在平臺鐵軌沿線安裝金屬塊，並提前測量得到金屬塊的位置。自動小車運行時可通過接近開關獲得回零信號，並根據驅動電機的編碼器數值進行換算獲得。
[0046]如果平臺鐵軌14a曲率較大，則自動小車15a的走向與碼垛機坐標系之間存在夾角，此時可以在自動小車上安裝一個繞鉛錘線轉動的自動轉臺，用於旋轉標準化重塊，使重塊方向與碼垛機行走方向平行。
[0047]堆垛平臺的形狀取決於實際地理環境。在建設堆垛平臺的同時，需要根據平臺尺寸和形狀設計合理布置碼垛機和平臺鐵軌，並確定碼垛機尺寸。
[0048]在平臺地面上設有碼垛機的大車導軌，在碼垛機的橫梁上設有與大車導軌垂直的小車導軌，通過行走大車和行走小車實現X方向和Y方向的兩自由度平動，而Z方向的升降運動主要依靠吊繩。主要難題為吊裝重塊的快速定位，一般採用輸入整形控制算法減小和消除過衝。
[0049]如果山頂位置的斜坡比較陡峭，碼垛機上可以安裝兩股或者兩股以上吊繩以並聯運動的方法提供一個額外的繞圖中Y方向轉動的自由度，實現標準化重塊在傾斜狀態和水平狀態兩種狀態下轉換。
[0050]本實施例的工作流程為:在夜間電力波谷時段，低海拔堆垛平臺3b上的碼垛機IOb或者IOd從垛B中拆出標準化重塊5並搬運到自動小車15b上，自動小車15b經平臺鐵軌14b行駛至轉載設備9b下方，然後轉載設備9b將標準化重塊5裝載至拖車4上，電動發電一體機8拖動拖車4上行至轉載設備9a下方，然後轉載設備9a將標準化重塊5裝載至自動小車15a上，自動小車15a經平臺鐵軌14a行駛至碼垛機IOa或者IOc下方，並被碼垛機搬運到垛A中。通過連續運行上述「拆垛-提升-碼垛」作業，垛B中的標準化重塊全部移至垛A中。為清晰起見，圖中垛A和垛B中僅繪製了少量的標準化重塊。在白天電力波峰時段，上述作業按照反方向運行。
[0051]為了避免對電網產生衝擊，需要合理地規劃拖車的速度曲線，實現較平滑的電力輸入輸出。假設儲能系統在用電波谷時段儲電8個小時，用電尖峰時段對外供電8小時。即8小時提升或下放全部1000個重塊，兩條連續鐵軌上的拖車各需500次往返。以每次裝載時間為8秒為例，儲能時每次上坡運行時間約為29秒，下坡時間約為13秒，即兩個拖車進行交替儲能。對應的，在發電階段，每次上坡運行時間約為13秒，下坡時間約為29秒，即兩個拖車進行交替發電。根據現有技術水平，上述時間指標具有可行性，但是高速運動帶來較大風險，如果傾斜鐵軌數量在3-4條時更佳。此外，由於本發明的重力儲能系統具有離散化的特點，增加傾斜鐵軌數量有利於獲得更優化的速度規劃，減小對電網的負荷衝擊。如果一個高海拔堆垛平臺無法提供足夠的傾斜鐵軌，可以通過多個高海拔堆垛平臺共享一個低海拔堆垛平臺，或者對接入同一電網的多個重力儲能系統進行遠程自動協調，形成獨立的智能控制系統。此外根據需要可以配備超級電容等設備實現電力輸入輸出的平滑。
[0052]為保證拖車行駛安全，系統中可以配置一些安全措施，例如:一)在拖車上設有鐵軌摩擦制動器。所述鐵軌摩擦制動器由壓縮空氣罐、氣動缸和摩擦制動塊組成。當發生繩纜意外斷裂時，所述壓縮空氣罐驅動氣動缸的推桿平動，通過配對楔狀壓塊增力後推動摩擦制動片與傾斜鐵軌表面的至少一個長條形區域接觸，實現減速和停車。二)連續鐵軌的低海拔末端終點設有防撞裝置。所述防撞裝置由擋板、液壓伸縮缸和洩壓閥組成。所述擋板具有塑性變形能力，表面綁定有橡膠輪胎。所述液壓伸縮缸與擋板通過機械鉸鏈相連，所述液壓缸連接洩壓閥。所述洩壓閥具有自動洩壓能力，當擋板受到衝擊時將超壓的高壓油噴射至低壓油罐。
[0053]實施例2
[0054]與實施例1的不同之處在於:一)每條傾斜鐵軌由兩段連續鐵軌2、2b組成，它們的上面分別行駛拖車4和4b。二)在山腰位置設有中間轉載平臺，中間轉載平臺上安裝有中間轉載設備9c以及電力提升和發電裝置，電力提升和發電裝置的數量與中間轉載平臺下面連續鐵軌的數量一一對應，電力提升和發電裝置結構與實施例1中的電力提升和發電裝置相同，包括電動發電一體機8b、纜繩絞盤7b和拖車4b ；中間轉載設備9c負責將標準化重塊5從拖車4轉載到拖車4b，或者反向轉載。本實施例更適合山體上有多個相連但走向不同斜坡的情況。
[0055]綜上，本發明有至少兩個堆垛平臺，其中至少一個所述堆垛平臺建設在山體較高海拔位置，至少一個所述堆垛平臺建設在山體較低海拔位置。每個堆垛平臺包括至少一套轉載、運輸和碼垛設備，實現標準化重塊在平臺上的多個不同位置之間的機械化搬運。
[0056]上述碼垛設備具有兩個或者兩個以上運動自由度，用以平移和升降標準化重塊；所述碼垛設備可以是門式起重機，或橋式起重機，或塔式起重機，或其它類型的起重機。轉載設備和碼垛設備交替地拾放標準化重塊，實現比單個搬運設備作業範圍更大範圍的堆垛和拆垛。標準化重塊用於被提升到高海拔位置從而將電能轉化為自身所增加的重力勢能，並用於被下放到低海拔位置將自身的重力勢能轉化為電能。標準化重塊的重量是規格化的固定值。
[0057]上述系統的工作流程為:在電力需求的波谷時段(例如夜間9點至白天7點)，將電網(也包括微型電網)、電站或者風力發電機組暫時過剩的電力驅動提升裝置將標準化重塊從低海拔堆垛平臺提升到高海拔堆垛平臺，實現重力勢能的存儲。在電力需求的波峰時段(例如白天7點至夜間9點)則通過下放標準化重塊實現發電。
[0058]儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，包括高海拔堆垛平臺、低海拔堆垛平臺、至少兩條傾斜鐵軌、若干標準化重塊、電力提升和發電裝置以及控制系統； 所述標準化重塊碼放在所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺上， 所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺上分別設有轉載、運輸和碼垛設備， 在所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺之間的斜坡上鋪設有至少兩條所述傾斜鐵軌，每條所述傾斜鐵軌設有至少一段連續鐵軌， 對應每段所述連續鐵軌設有一套所述電力提升和發電裝置； 每套所述電力提升和發電裝置包括一拖車、一纜繩、一纜繩絞盤和一電動發電一體機，所述拖車設置在相應的所述連續鐵軌上，並與所述纜繩的一端連接，所述纜繩卷繞在所述纜繩絞盤上，所述纜繩絞盤安裝在該連續鐵軌頂部或底部的平臺邊緣，與該連續鐵軌的端部相鄰，所述纜繩絞盤與所述電動發電一體機通過機械傳動機構連接； 所述控制系統控制所述轉載、運輸和碼垛設備以及所述電動發電一體機的工作狀況。
2.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，所述拖車設有下行加速裝置。
3.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，在所述高海拔堆垛平臺和所述低海拔堆垛平臺之間設有中間轉載平臺，每條所述傾斜鐵軌由兩段所述連續鐵軌組成，所述中間轉載平臺上設有中間轉載設備。
4.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，在所述連續鐵軌的低海拔端設有防撞裝置。
5.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，在所述拖車上設有鐵軌摩擦制動器。
6.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，所述轉載、運輸和碼垛設備包括至少一轉載設備、至少一條平臺鐵軌、至少一臺自動小車、至少一臺碼垛機，所述轉載設備設置在所述連續鐵軌的端部，所述平臺鐵軌的一端位於所述轉載設備的下方，另一端位於平臺遠離轉載設備的一側。
7.根據權利要求6所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，所述自動小車上安裝有橡膠輪胎和與所述平臺鐵軌配套的鋼輪。
8.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，所述標準化重塊的頂部設有吊鉤或吊環或者角件，所有所述標準化重塊的尺寸一致，外形為長方體、多邊柱形或者圓柱形。
9.根據權利要求1所述的依託山體的重力儲能系統，其特徵在於，所述拖車包括至少一節車廂。
【文檔編號】F03G3/00GK103867408SQ201410110886
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】羅振軍, 黃田, 梅江平, 牛文鐵, 楊帆 申請人:天津大學