一种重力储能系统

技术领域

本申请涉及储能技术领域，特别涉及一种重力储能系统。

背景技术

随着环境污染的日益加剧，新能源产业越来越受到人们的关注。然而，新能源电力生产和消耗可能会存在较强的时空不匹配性，因此，需要采用储能技术将其存储。这样，如何提高储能的效率成为亟需解决的问题。

申请内容

本申请实施例提供了一种重力储能系统，能够提高储能的效率。

第一方面，提供了一种重力储能系统，其特征在于，包括：竖井；储物区；多个重物；起重设备，所述起重设备用于在储能工况下，利用电能依次将所述重物从竖井移至储物区以储存电能；在释能工况下，通过所述多个重物从储物区向竖井的移动产生电能以释放电能。

在本申请实施例中，使用电能依次将多个重物从竖井移至储物区，可以使电能转换成重力势能从而存储电能；多个重物从储物区移动到竖井中，可以使重力势能转换成电能从而释放电能。储物区的多个重物直接作为储存电能与释放电能的介质，该重力储存系统设备简单、建造难度小、成本低、可操作性强，并且采用多个重物可以有效提高储能量，从而能够提高储能的效率。

在一些可能的实施方式中，所述重力储能系统还包括：轨道，设置于所述竖井和所述储物区的两侧，所述起重设备在所述轨道上滑动以分别移动到所述储物区的不同位置。

在本申请实施例中，在竖井和储物区两侧设置轨道，这样在储能工况和释放工况时，起重设备可以在轨道上滑动，将储物区的多个重物吊起和将多个重物放置在储物区。利用轨道完成重物在不同位置的移动，可提高重力储能系统中重力势能和电能之间转换的效率。

在一些可能的实现方式中，在储能工况下，所述起重设备将所述重物从所述竖井底部吊出所述竖井井口，所述起重设备在所述轨道上滑动，将所述重物移动到所述储物区的对应位置。在释能工况下，所述起重设备吊起所述储物区对应位置的所述重物，通过所述起重设备在所述轨道上滑动，将所述重物移动到所述竖井的井口位置，所述重物在所述竖井内降落以进行释能。

在本申请的实施例中，储存工况时，起重设备将重物从竖井的井口位置吊出，并通过起重设备在轨道上的滑动将重物移动到储物区的对应位置，此时电能转换成重力势能，完成电能的储存。释放工况时，起重设备将储物区对应位置的重物吊起，并通过起重设备在轨道上的滑动将重物移动到竖井井口，重物在竖井内降落，此时重力势能转换成电能，完成电能的释放。该重力储能系统操作简单，成本低。

在一些可能的实施方式中，所述储物区和所述竖井沿第一方向排为一列，所述轨道沿所述第一方向延伸并位于所述竖井和所述储物区的在第二方向上的两侧，所述第一方向和所述第二方向均垂直于重力方向，所述第一方向和所述第二方向垂直。

在本申请的实施例中，储物区和竖井沿第一方向排列，轨道分布在储物区和竖井的两侧，并且在第一方向上轨道的长度足够长以满足在储物区的各个位置都可储存重物的需求，这样可以提高储物区的利用率从而提高系统的电能储存量。

在一些可能的实现方式中，所述起重设备包括支撑梁架，在储能工况下，所述起重设备将所述重物从所述竖井的底部吊出所述竖井井口，所述起重设备在所述支撑梁架上移动，将所述重物移动到所述储物区的对应位置。在释能工况下，所述起重设备吊起所述储物区对应位置的所述重物并在所述支撑梁架上移动，将所述重物移动到所述竖井的井口位置，所述重物在所述竖井内降落从而进行释能。

在本申请的实施例中，支撑梁架固定横跨在竖井和储物区的两侧，起重设备在支撑梁架上移动以将储物区不同位置的重物移动到竖井井口和将不同重物从竖井中移动到储物区的不同位置，完成电能的储存和释放。直接将支撑梁架设置在竖井和储物区的两侧并使起重设备直接在其上滑动而不需要其他设备，进一步降低了重力储能系统设备的建造难度和成本。

在一些可能的实现方式中，所述储物区和所述竖井沿第三方向排为一列，所述支撑梁架沿所述第三方向延伸并设置于所述竖井和所述储物区的上方，所述第三方向垂直于重力方向。

在本申请的实施例中，储物区和竖井沿第三方向排列，支撑梁架设置在储物区和竖井的上方并且支撑梁架的长度满足能将不同重物移动到储物区的任何位置，这样可以提升储物区的利用率从而提升储能系统的储能量。

在一些可能的实现方式中，所述储物区具有多个位置，不同的所述位置分布于所述竖井在所述第一方向上的两侧。

在本申请的实施例中，第一方向上的多个储物区分别设置在竖井的两侧，增加储物区的数量可以存储更多储存电能和发电的介质，从而提升重力储存系统的储能量。

在一些可能的实现方式中，所述储物区的不同位置分布于所述竖井在所述第三方向上的两侧。

在本申请实施例中，储物区具有多个位置，多个位置的储物区沿第三方向分部并分布在竖井的两侧，增加储物区的数量可以存储更多储存电能和发电的介质，从而提升重力储存系统的储能量。

在一些可能的实现方式中，所述起重设备包括机电组和绞盘，在所述储能工况下，所述机电组的输出能量将由所述绞盘固定的多个重物从所述竖井移除以实现储能。在所述储能工况下，由所述绞盘固定的多个重物进入所述竖井并带动机电组发电以实现释能。

在本申请的实施例中，在储能工况时，起重设备中的机电组输出能量将被绞盘固定的多个重物从竖井中移出，放置在储物区，此时机电组的电能转换成重力势能，电能被储存起来。在释能工况时，被绞盘固定的多个重物由储物区被带入到竖井中，多个重物在竖井中降落带动机电组发电，此时重力势能被转换为电能，电能被释放。该重力储能系统操作简单，成本低。

在一些可能的实施方式中，所述起重设备包括多组所述机电组和所述绞盘，多组所述机电组和所述绞盘共同吊放同一所述重物。

在本申请的实施例中，机电组和绞盘采用多个并联工作的模式，这样减少单组机电组和绞盘承受的重物重量，可以降低对机械器械的磨损，从而降低系统的维护成本。

在一些可能的实施方式中，所述多个重物的总高度不大于所述竖井深度的三分之一。

在本申请的实施例中，控制多个重物的总高度不大于竖井深度的三分之一可提高竖井的利用率。

在一些可能的实施方式中，所述竖井的深度大于100米。

在本申请的实施例中，控制竖井的深度大于100米，可提高竖井的利用率从而提高重力储存系统的电能储能量。

在一些可能的实施方式中，单个所述重物的重量不大于500吨。

在本申请的实施例中，减轻单个重物的重量而增加重物的数量，使重力储能系统中的重物从重而少变成轻而多，可有效降低重力储能系统的度电成本。

在一些可能的实施方式中，所述竖井的深度为500米，所述多个重物的重量为1750吨。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图

图1是本申请一实施例的侧视图；

图2是本申请一实施例的重力储能系统的俯视图；

图3是本申请另一实施例的重力储能系统的俯视图；

在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式中的附图标号如下：

绞盘11、起重设备12、竖井13、重物14、地面储物区15、轨道16。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本申请中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

对于新能源电力生产存在的时空不匹配性和利用率低下的问题，只有选择低成本、大容量、易选址的储能技术才可以有效解决该问题，同时这样的储能技术也是可再生能源大规模高效开发利用、实现能源领域绿色可持续发展战略的重要保障。

其中，重力储能是一种古老和相对成熟的储能技术，特别是抽水储能技术，已经在商业上实现了运行。但是抽水储能技术对选址要求很高，需要建设上下游水库，并且水的蒸发量也比较大，在北方、特别是西北地区选址较为困难。利用斜坡轨道和竖井提升重物的重力势能储能系统因为应用于干旱缺水地区具有优越性而被广泛关注。利用斜坡轨道进行重力储能，其效率与斜坡的坡度密切相关，坡度越大、摩擦损耗越小，但大坡度斜坡及轨道的建设存在诸多难题，需考虑极端天气、地质灾害等对储能系统的影响。

鉴于此，本申请实施例提供了一种垂直提升重物的重力储能系统，能够满足大容量、长时间储能的需求，并且整个系统设备简单，操作性强，成本低，有利于推广。

图1是本申请一个实施例的重力储能系统的侧视图。如图所示，重力储能系统包括竖井13、多个重物14、起重设备12和储物区15。起重设备12用于在储能工况下，利用电能依次将多个重物14从竖井13移至储物区15以储存电能；在释能工况下，通过多个重物14从储物区15向竖井13的移动产生电能以释放电能。

在储能工况时，多个重物14通过电能被吊出竖井13并移至储物区15，此时电能转换成重力势能以储存电能。在释能工况时，储物区15中的多个重物14被依次放入竖井13，此时重力势能转换成电能以释放电能。

起重设备12是工业、交通、建筑企业中实现生产过程机械化、自动化，减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。起重设备12按结构不同可分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨系统等几类。轻小型起重设备主要包括起重滑车、吊具、千斤顶、手动葫芦、电动葫芦和普通绞车，大多体积小、重量轻、使用方便。除电动葫芦和绞车外，绝大多数用人力驱动，适用于工作不繁重的场合。它们可以单独使用，有的也可作为起重机的起升机构。升降机主要作垂直或近于垂直的升降运动，具有固定的升降路线，包括电梯、升降台、矿井提升机和料斗升降机等。起重机是在一定范围内垂直提升并水平搬运重物的多动作起重设备，桥式类型起重机包括龙门起重机、特种起重机、门式起重机、装卸桥等；臂架式类型起重机包括汽车起重机、轮胎式起重机、履带式起重机、塔式起重机、门座式起重机、浮式起重机和铁路起重机。升降机是重物或取物装置沿着导轨升降的起重机械，它包括载人或载货电梯。升降机虽然只有一个升降动作，但机构很复杂，特别是载人的升降机：电梯，要求有完善的安全装置和电控装置等。

本申请实施例中，以龙门起重机为例说明，即起重设备12为龙门起重机，但本申请实施例对此并不限定，例如，起重设备12也可以为特种起重机。

竖井13是一种井壁陡峭、近乎直立的井状管道，在平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。长条状是沿一组节理发育的，方形或圆形则是沿两组节理发育的。竖井13可采用圆井、方井或其他形式，本申请实施例对此不作限定。

多个重物14可以是自然界存在的石头、混凝土块或其他材料的物质，本申请实施例对此不做限定。

利用电能将多个重物14吊起并移至储物区15和将储物区15的多个重物14移至竖井内，可以完成电能和重力势能之间的转换，可以在电能充足的情况下先将电能储存，在需要用电的情况下释放电能，该储能系统设备简单，成本低，可操作性强，并且采用多个重物14可以有效提高储能量，从而能够提高储能的效率。

图2是本申请一实施例的重力储能系统的俯视图。如图2所示，重力储能系统还包括轨道16，轨道16设置于竖井13和储物区15的两侧，起重设备12在轨道上滑动以分别移动到储物区15的不同位置。

轨道16通常由两条平行的钢轨组成，钢轨固定放在轨枕上，轨枕之下为路碴。由轨撑、扣件、压轨器、道夹板、弹条、道钉等配件紧固。当起重设备12吊起重物14，在竖井13和储物区15之间需要移动时，通过起重设备12在轨道16上滑行，就可以实现重物14在竖井13和储物区15的位置变换。

通过在竖井13和储物区15的两侧设置轨道16，起重设备12在轨道16上滑动以完成重物14在竖井13和储物区15之间的位置移动，可提高重力储能系统中重力势能和电能之间转换的效率。

在本申请的一些实施例中，在储能工况下，起重设备12将重物14从竖井13底部吊出竖井13井口，起重设备12在轨道16上滑动，将重物14移动到储物区15的对应位置。在释能工况下，起重设备12吊起储物区15对应位置的重物14，通过起重设备12在轨道16上滑动，将重物14移动到竖井13的井口位置，重物14在竖井13内降落以进行释能。

在储能工况时，起重设备12将重物14吊出竖井13，并通过起重设备12在轨道16上的滑动将重物14移动到储物区15的对应位置，此时电能转换成重力势能，完成电能的储存。释放工况时，起重设备12将储物区以15对应位置的重物14吊起，通过起重设备12在轨道16上的滑动将重物14移动至竖井13井口，重物15在竖井13内降落，此时重力势能转换成电能，完成电能的释放。该重力储能系统通过重物14的吊起和降落使电能和重力势能相互转换，以完成电能的储存和释放，操作简单，设备成本低。

在本申请的一些实施例中，储物区15和竖井13沿第一方向排为一列，轨道16沿第一方向延伸并位于竖井13和储物区15的在第二方向上的两侧，第一方向和第二方向均垂直于重力方向，第一方向和第二方向垂直。

储物区15和竖井13在第一方向上的排列可以如图2所示，两个储物区15分别对称设置在竖井13的两侧，储物区15也可以只设置在竖井13的一侧，本申请对储物区15和竖井13的排布方式不作限定。另外，一个竖井13可以配备两个甚至更多个储物区15，也可以多个竖井13配备两个甚至更多个储物区15，本申请对竖井13和储物区15的数量也不作任何限定。无论储物区15和竖井13的数量和排布方式如何，轨道16位于全部竖井13和储物区15的两侧。

储物区15和竖井13沿第一方向排列，轨道16分布在储物区15和竖井13的两侧，并且在第一方向上轨道16的长度足够长以满足在储物区15的各个位置都可储存重物14的需求，这样可以提高储物区15的利用率从而提高系统的电能储存量。

图3是本申请另一实施例的重力储能系统的俯视图。如图3所示，起重设备12包括支撑梁架，在储能工况下，起重设备12将重物14从竖井13的底部吊出竖井13井口，起重设备12在支撑梁架上移动，将重物14移动到储物区15的对应位置。释能工况下，起重设备12吊起储物区15对应位置的重物14并在支撑梁架上移动，将重物14移动到竖井13的井口位置，重物14在竖井13内降落从而进行释能。

起重设备12是水平桥架设置在两条支撑梁架上构成门架形状的一种桥架型起重设备，该支撑梁架使门架成为静定系统，这样可以稳定起重设备12，避免在外载荷作用下由于推力而引起的附加应力导致起重设备12晃动。

支撑梁架横跨在竖井13和储物区15的上方，此时支撑梁架是固定设置在竖井13和储物区15的两侧。若要完成将重物14移动到储物区15的不同位置，可使起重设备12在支撑梁架上移动，完成重物14的位置变换。

在上述方案中，支撑梁架固定设置在竖井13和储物区15的两侧，在储能工况下，起重设备12将重物14从竖井13底部吊出到竖井13井口，起重设备12在支撑梁架上移动将重物14移动到储物区15的对应位置，完成电能转换成重力势能的过程。在释能工况下，起重设备12将重物14从储物区15的对应位置吊起，起重设备12在支撑梁架上移动将重物14移动到竖井13井口位置放下重物14，重物14在竖井13中降落，完成重力势能转换成电能的过程。

通过设置支撑梁架，可以保证该储能系统设备稳定，保证系统的正常工作。并且通过起重设备12在支撑梁架上移动实现重物14的位置变化，以完成重力势能和电能的相互转换，这样可以进一步降低该重力储能系统的建造难度，使设备更简易化，降低了建造成本。

在本申请的一些实施例中，储物区15和竖井13沿第三方向排为一列，支撑梁架沿第一方向延伸并设置与竖井13和储物区15的上方，第三方向垂直于重力方向。

储物区15和竖井13在第三方向上的排列可以如图3所示的一个储物区15和一个竖井13相邻设置，也可以有两个储物区15分别设置在竖井13的两侧，本申请对储物区15、竖井13的数量以及储物区15和竖井13的排布方式不作任何限定。但是无论储物区15和竖井13的数量和排布方式如何，支撑梁架设置在所有竖井13和储物区15的上方。

竖井13和储物区15沿第三方向排列，支撑梁架横跨设置在竖井13和储物区15的上方，并且在第三方向上支撑梁架的长度足够长以满足储物区15的各个位置都可储存重物14的需求，这样可以提高储物区15的利用率从而提高系统的电能储存量。

在本申请的一些实施例中，储物区15具有多个位置，不同的位置分布于竖井13在第一方向上的两侧。

多个储物区15在第一方向上对称分布于竖井13的两侧，相较于都设置在竖井的一侧来说可以缩短重物14移动距离。另外设置多个储物区15可以放置更多的重物14。

在本申请的一些实施例中，所述储物区15的不同位置分布于竖井13在第三方向上的两侧。

多个储物区15在第三方向上对称分布于竖井13的两侧，相较于都设置在竖井的一侧来说可以缩短重物14移动距离。另外设置多个储物区15可以放置更多的重物14。

上述方案中，增加储物区15的数量可以有更多储存电能和发电的介质，从而提升重力储能系统的储能量。多个储物区15在第一方向和第三方向对称设置在竖井13的两侧，可缩短重物14的移动距离，从而降低系统机械结构的损耗。

在本申请的一些实施例中，起重设备12包括机电组和绞盘11，在储能工况下，机电组的输出能量将由绞盘11固定的多个重物14从竖井13移除以实现储能。在释能工况下，由绞盘11固定的多个重物14进入竖井13并带动机电组发电以实现释能。

绞盘11是由人力或机械动力转动垂直设置的卷筒，水平卷绕挠性构件(钢丝绳、链条等)完成牵引工作的起重机具。按原动力的不同主要有以下六种：电动绞盘、PTO绞盘、油压绞盘、车轮绞盘、手动绞盘和气动绞盘。本申请实施例对绞盘的种类不作限定。绞盘包括：中继变速器、马达、绞索钩、绞索引导器、绞索鼓轮、绞索、离合器等。一个机电组和一个绞盘11为一组机电组和绞盘11，其中，机电组用来发电和输出能量，绞盘11用来控制多个重物14。绞盘11含有绞索钩和绞索，其中绞索钩用来勾住重物14，绞索用来吊起重物14和使重物14下落带动机电组发电。

在上述方案中，在储能工况时，起重设备12中的机电组将被绞盘11固定的多个重物14从竖井13中移出，放置在储物区15，此时机电组的电能转换成重力势能，电能被储存起来。在释能工况时，被绞盘11固定的多个重物14由储物区被带入到竖井13中，多个重物14竖井13中降落带动机电组发电，此时重力势能被转换为电能，电能被释放。该该重力储能系统操作简单，成本低。

在本申请的一些实施例中，起重设备12包括多组机电组和绞盘11，多组机电组和绞盘11共同吊放同一重物14。

在本申请的重力储能系统中，为了提高系统电能的储能量，多个重物14中的每个重物14的重量都比较大，多组机电组和绞盘11共同吊放同一重物14可减轻每组机电组和绞盘所承受重物14的重量。

上述方案中，机电组和绞盘11采用多组并联工作的模式，减轻单组机电组和绞盘11承受的重物重量，可以降低对重力储能系统的机械器械的损耗，从而降低系统的维护成本。

在本申请的一些实施例中，多个重物14的总高度不大于竖井13深度的三分之一。

重物14在竖井13中降落的高度越高，就会有更多的重力势能转换成电能，从而提升了竖井13的利用率。

可选地，竖井13的深度大于100米。控制竖井13的深度大于100米，可提高竖井的利用率从而提高重力储存系统的电能储能量。

可选地，单个重物14的重量不大于500吨。减轻单个重物的重量而增加重物的数量，使重力储能系统中的重物从重而少变成轻而多，可有效降低重力储能系统的度电成本。

可选地，竖井13的深度为500米，多个重物的重量为1750吨。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。