一种矩阵堆场式重力储能发电装置

技术领域

本发明涉及电能存储技术领域，尤其涉及一种矩阵堆场式重力储能发电装置。

背景技术

在目前的电能存储技术之中，有许多存储方式，如采用蓄电池，而蓄电池的存储容量很有限，其原理为化学能和电能之间的互相转换。蓄电池的寿命短，其生产使用的原材料以及报废后的废弃物会对环境产生污染。

目前另一种电能存储技术是抽水蓄能电站。其方法为在电力富余的时候采用水泵将低处的水输送到高处，在电力不足的时候高处的水向下流动带动水力发电机实现发电，从而达到电力的削峰填谷，使电力得到合理的运用，保证电网的安全高效运行。其原理为势能和电能之间的互相转换。但是这种抽水蓄能电站需要开挖蓄水池，工程量大，工期长而且只能适用于水资源丰富的地区，并且蓄水池需要占用很大的面积。

公开号为CN105781913A的专利申请公开了一种重力发电机，它是利用水的重力使左部重力箱和右部重力箱作上下交替往复运动，在左部重力箱和右部重力箱上下交替往复运动的过程中，左部重力箱或右部重力箱通过力偶驱动器驱使螺旋转轴产生转动并产生强大的扭矩，最后通过螺旋转轴产生的扭矩驱动发电机进行发电，达到将水的势能转换为机械能来发电的目的。同样，如进行大电量的存储需要增加装置的体积，会带来制造和运输上的不便。

公开号为CN114151296A的专利申请公开了一种基于多重物高效提升和转移的重力储能系统，其通过轿厢将重物上提升，然后利用重物带动轿厢下降从而带动发电机进行发电，其工作效率低，且不能实现连续发电或连续提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种矩阵堆场式重力储能发电装置，在增大电能储存的同时尽可能减少占用的空间和面积。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种矩阵堆场式重力储能发电装置，包括蓄能体、分别设置在高处的和低处的两个用于存放蓄能体的矩阵堆场以及设置在两个矩阵堆场之间的提升发电单元；每个矩阵堆场上均设置有至少两条矩阵堆场输送线，每条矩阵堆场输送线均包括固定的矩阵堆场驱动机构、固定的矩阵堆场副支撑机构以及连接在矩阵堆场驱动机构和矩阵堆场副支撑机构之间的横向的矩阵堆场输送索；所述提升发电单元包括固定的提升发电机构和设置在提升发电机构上的主输送索，所述主输送索和矩阵堆场输送索上固定设置有用于挂接蓄能体的挂接装置；所述主输送索和对应的矩阵堆场输送索之间还设有用于将输送索和对应的矩阵堆场输送索选择性连接的切换单元。

进一步的，所述矩阵堆场输送线沿竖向分布，所述切换单元包括设置在矩阵堆场输送索和主输送索之间的可转动的分配输送索，所述分配输送索上也固定设置有挂接装置；所述分配输送索一端与主输送索对应的一端相对应，所述分配输送索另一端与矩阵堆场输送索其中一端相对应。

进一步的，所述分配输送索与主输送索传动连接。

进一步的，所述提升发电机构包括固定的主支架乙、转动连接在主支架乙上的两个传送轮以及与传送轮传动连接的传动切换机构或电动发电一体机，两个传送轮之间固定连接；所述主输送索和分配输送索分别绕在对应的传送轮上。

进一步的，所述蓄能体包括中部的蓄能块和固定设置在蓄能块侧面的水平撑杆，所述撑杆上转动连接有滚轮，主轨道和矩阵堆场轨道分别与对应的滚轮滚动连接；矩阵堆场输送索、主输送索和分配输送索至少其中之一的一旁设有用于与轨道滚动连接并对相应的蓄能体运动方向进行约束的轨道。

进一步的，所述切换单元还包括连接在分配输送索与矩阵堆场输送索所对应一端的活动支撑机构以及固定设置在活动支撑机构底部用于带动活动支撑机构上下移动的升降台，所述升降台的底部设有用于带动升降台横向移动的车轮。

进一步的，所述矩阵堆场输送线沿水平方向分布，所述主输送索一旁设有固定的主轨道，所述矩阵堆场输送索一旁设有固定的矩阵堆场轨道，所述切换单元为用于将主轨道和对应的矩阵堆场轨道选择性连接的活动轨道，所述蓄能体包括中部的蓄能块和固定设置在蓄能块侧面的水平撑杆，所述撑杆上转动连接有滚轮，所述主轨道和矩阵堆场轨道分别与对应的滚轮滚动连接。

进一步的，提升发电机构包括固定的主支架乙、转动连接在主支架乙上的传送轮以及与传送轮传动连接的传动切换机构或电动发电一体机，主输送索绕在传送轮上。

进一步的，每条矩阵堆场轨道均设有一条活动轨道，所述活动轨道上设有用于使活动轨道的一端与主轨道对正或使活动轨道远离主轨道的移动机构，当活动轨道的一端与主轨道对正时，该活动轨道的另一端与对应的矩阵堆场轨道对正。

进一步的，所述矩阵堆场输送索和主输送索为链条。

本发明的积极效果为：

1.本发明可安装在废弃矿井内、隧道内、山地山坡上、人造堆坝或高塔上，施工量小，安装工期短，由于不需要水源，因而尤其适用于干旱的地区。

2.本发明采用可多条矩阵堆场输送线，在有限的空间内增加了电能的存储量。

3.本发明在现场采用独立单元式分段安装，在生产时可采用模块化生产，储存和运输占用空间小，现场安装时可根据实际情况确定提升发电单元的数量可根据实际情况进一步增加，安装灵活。

附图说明

图1是实施例1的示意图；

图2是实施例1中靠下的主支架乙顶部的示意图；

图3是实施例1的传动和传送原理图；

图4是实施例1中提升发电机构的示意图；

图5是图4的侧面视图；

图6是实施例2的侧面示意图；

图7是实施例2中高处的矩阵堆场俯视图；

图8是实施例2中切换单元的示意图；

图9是传动切换机构的原理图；

图中：

1、矩阵堆场驱动机构；2、蓄能体；3、矩阵堆场输送链条；4、矩阵堆场副支撑机构；5、提升发电机构；6、分配输送链条；7、主输送链条；8、主支架甲；9、传送轮；10、副支架架；11、活动支架；12、主支架乙；13、蓄能块；14、撑杆；15、挂接装置；16、滚轮；17、矩阵堆场轨道；18、分配轨道；19、传动轴；20、主轨道；21、活动支撑机构；22、升降台；23、传动切换机构；24、主电机；25、发电机；26、转向轨道；27、平推液压缸；28、活动轨道甲；29、活动轨道乙；30、支撑臂。

具体实施方式

实施例1

如图1至图3所示，一种矩阵堆场式重力储能发电装置安装在山体上，包括蓄能体2、分别设置在山顶和山底的两个用于存放蓄能体2的矩阵堆场以及设置在两个矩阵堆场之间提升发电单元。每个矩阵堆场上均设置有三条矩阵堆场输送线，每条矩阵堆场输送线均包括固定的矩阵堆场驱动机构1、固定在山体上的矩阵堆场副支撑机构4以及连接在矩阵堆场驱动机构1和矩阵堆场副支撑机构4之间的横向的矩阵堆场输送索，所述矩阵堆场输送索为相互平行的两条矩阵堆场输送链条3。所述提升发电单元包括固定的提升发电机构5和设置在提升发电机构5上的主输送索，所述主输送索为相互平行的两条主输送链条7，所述主输送链条7和矩阵堆场输送链条3上固定设置有用于挂接蓄能体2的挂接装置15。所述主输送链条7和对应的矩阵堆场输送链条3之间还设有用于将输送索和对应的矩阵堆场输送链条3选择性连接的切换单元。

两个矩阵堆场的结构以及与提升发电单元的连接方式均相同，下面以山顶的矩阵堆场为例对矩阵堆场和提升发电单元进行介绍。

所述矩阵堆场输送线沿竖向分布，所述切换单元包括设置在矩阵堆场输送链条3和主输送链条7之间的可转动的分配输送索，所述分配输送索为两条相互平行的分配输送链条6。所述分配输送链条6上也固定设置有挂接装置15。所述分配输送索一端与主输送索对应的一端相对应，所述分配输送索另一端与矩阵堆场输送索其中一端相对应。

所述蓄能体包括中部的矩形的蓄能块13以及通过螺纹对称固定连接在蓄能块13两个侧面的撑杆14，所述撑杆14挂在挂接装置15上。所述挂接装置15为固定连接在矩阵堆场输送链条3或主输送链条7或分配输送链条6上的条形的挂接块，所述挂接块沿矩阵堆场输送链条3或主输送链条7或分配输送链条6线性均布，所述挂接块里端与对应的矩阵堆场输送链条3或主输送链条7或分配输送链条6通过螺钉固定连接，外端设有用于和撑杆24配合的圆弧形的凹槽。

如图1至图5所示，所述提升发电机构5有两个，每个提升发电机构5均包括对称设置的两个U字形的主支架乙12以及设置在主支架乙12上的两个传送轮9，所述主支架乙12固定在山体上，所述传送轮9设置在主支架乙12的顶部，所述主支架乙12靠近底部设有传动轴19，两个主支架乙12均与传动轴19贯穿转动连接，两个传动轮9固定连接在同一根转轴上，该转轴与主支架乙12转动连接，两根转轴均传动轴19为链传动。所述主支架乙12底部固定设置有与传动轴19链传动的传动切换机构23，两个传送轮9之间固定连接；所述主输送链条7和分配输送链条6分别绕在对应的传送轮9上。

结合图9所示，该图示出了一种传动切换机构23的结构。所述传动切换机构23上有三个轴，分别为左侧输出的第一轴，右侧输出的第二轴和第三轴。其内部与汽车的变速箱类似，通过拨叉拨动第一轴上的齿轮来实现第一轴与第二轴传动连接或第一轴与第三轴传动连接，该技术为现有技术，在此不再赘述。所述第二轴和与主电机24连接，所述第三轴与发电机25连接。

所述传动切换机构23有两个档位，其中一个档位为提升档，另一个挡位为发电档。当切换到提升档时，第一轴与第二轴传动连接，当切换到发电档时，第一轴与第三轴传动连接。

所述矩阵堆场副支撑机构4包括对称设置在两个U字形的副支架甲10，两个副支架甲10上也转动连接有传送轮9，该所述矩阵堆场输送链条3的右端绕在该传送轮9上。三条矩阵堆场输送链条3右端副支架10上的传送轮9的中心与主支架乙12上的传送轮9的中心之间的距离相等，该距离为R。

所述矩阵堆场驱动机构包括对称设置的两个U字形的主支架甲8，两个主支架甲8上部设有驱动轴，两个主支架甲8均与该驱动轴贯穿转动连接，两个主支架8上也设有传送轮9，两个主支架甲8上的传送轮9均与该驱动轴贯穿固定连接。其中一个主支架甲8的下部固定设置有与该驱动轴链传动的电机。该电机转动时，带动矩阵堆场输送链条3转动。

两根矩阵堆场输送链条3的和蓄能块13之间均设有固定连接在山体上的矩阵堆场轨道17，两根矩阵堆场轨道17相互平行。两根主输送链条7和蓄能块13之间均设有固定连接在山体上的主轨道20，两根主轨道20相互平行。

所述活动支撑机构21包括对称设置的两个活动支架11，所述活动支架11分别设置在对应的副支架甲8外侧，两个活动支架11内侧面之间的距离大于两个副支架甲8外侧面之间的距离。所述活动支架甲8上也转动连接有传送轮9，该传送轮9与主支架乙12上的传送轮9的中心之间的距离也为R。

所述活动支架11底部固定设置有升降台22，所述升降台22采用的形式可以为液压式、叉剪式等多种形式，均为现有技术，在此不再赘述。所述升降台22的底部设有车轮，所述车轮底部铺有轨道，该车轮通过电机带动可在轨道上移动。车轮和轨道接触的部位采用齿轮和齿条相互啮合，以防止车轮与轨道打滑，同时车轮上还设有刹车装置。

所述切换单元还包括如图1所示在活动支架11的外侧设置的支撑臂30，所述支撑臂30一端与活动支架11转动连接，该转动连接的转动中心与活动支架11上的传送轮9同心。所述支撑臂另一端与主支架乙12转动连接，该转动连接的转动中心与主支架乙12上的传送轮9同心。

所述切换单元还包括设置在两条分配输送链条6之间的一对相互平行的分配轨道18，所述分配轨道18与对应的支撑臂30固定连接。

所述撑杆14上转动连接有滚轮16，分配轨道18和矩阵堆场轨道17分别与对应的蓄能体2上的滚轮16滚动连接。

本发明提升时的工作过程为：

升降平台22通过水平和垂直运动，使活动支架11与对应的副支架甲10对正。将传动切换机构23打到提升档，此时主电机24带动传动轴19转动，进而带动主支架乙12上的传送轮9旋转，进而带动主输送链条7和分配输送链条6转动。矩阵堆场驱动机构1带动矩阵堆场输送链条3转动，山底的矩阵堆场输送链条3通过挂接装置15将其上的蓄能体2依次通过靠下的分配输送链条3、主输送链条7和靠上的分配输送链条2输送到山顶的矩阵堆场输送链条3上。

本发明发电时的工作过程为：

将传动切换机构打到发电档，此时发电机25与对应的传送轮9传动连接。主输送链条7上留存的蓄能体2在重力的作用下拉动主输送链条7转动，矩阵堆场驱动机构1带动矩阵堆场输送链条3转动，山顶的矩阵堆场输送链条3将其上的蓄能体2依次通过靠上的分配输送链条3、主输送链条7和靠下的分配输送链条2输送到山底的矩阵堆场输送链条3上，此时发电机25发出电能。

提升时，当主输送链条7上的蓄能体2送到山顶的矩阵堆场输送链条3的右端时，第矩阵堆场驱动机构1的电机旋转一次，从而将该蓄能体2向左移动一段距离，然后该电机停止运行，等待下一个蓄能体2的到来，如此重复，因此可降低山顶的矩阵堆场输送链条3的长度，减少占地面积。

如何检测蓄能体2是否到达矩阵堆场输送链条3右端并控制驱动机构1的电机脉动运行，可在矩阵堆场输送链条3右端设置相应电器控制元件(如接近开关、行程开关等等)，对靠近的蓄能体2进行感知，进而控制驱动机构1的电机的运行和停止，这些均为现有技术，在此不再赘述。

同理，发电时，矩阵堆场驱动机构1的电机脉动运行，可降低山底的矩阵堆场输送链条3的长度，减少占地面积。

实施例2

如图6至图8所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：

三条矩阵堆场输送线沿水平方向分布。

本实施例的切换单元与实施例1不同。所述切换单元为用于将主轨道20和对应的矩阵堆场轨道17选择性连接的活动轨道，所述活动轨道与滚轮16滚动连接。中间的矩阵堆场轨道17与主轨道20对齐。所述活动轨道有三条，分别为中间的平直的活动轨道乙29和分别设置在活动轨道乙29两侧的两条弧形的活动轨道甲28。活动轨道甲28和活动轨道乙29的下方设有固定连接在山体上的支架，所述活动轨道甲28均与该支架沿水平方向滑动连接，所述活动轨道乙29沿竖向与该支架滑动连接，所述活动轨道甲28的滑动方向与主轨道20垂直。所述活动轨道甲28的外侧设有固定在该支架上用于带动活动轨道甲28水平运动的平推液压缸27，所述活动轨道乙29的下侧设有用于带动活动轨道乙29竖向运动的竖推液压缸。两边的矩阵堆场轨道17的右端均延伸为弧形的转向轨道26，中间的矩阵堆场轨道17向右延伸并与转向轨道26的右端对齐。在平推液压缸27和竖推液压缸的带动下，活动轨道甲28和活动轨道乙29其中之一一端与主轨道20的左端对正，另一端与对应的转向轨道26的右端或中间的矩阵堆场轨道17对正。

当矩阵堆场输送链条3上的蓄能体3向右运动到矩阵堆场输送链条3右端时，在惯性的作用下脱离矩阵堆场输送链条3，并依靠惯性顺着矩阵堆场轨道17或转向轨道26通过对应的活动轨道甲28或活动轨道乙29进入到主轨道20上，并与主轨道20上的挂接装置15实现挂接。同理，主轨道20上的蓄能体2也可依靠惯性进入到对应的矩阵堆场轨道17，并与矩阵堆场输送链条3上的挂接装置15挂接。

由于去除了实施例1中的分配输送链条6，因而在本实施例中，提升发电机构5中的每个主支架乙12上只设有一个传动轮9。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：

去除传动切换机构23、发电机25和主电机24，增加电动发电一体机。将电动发电一体机与对应的传动轴19通过链传动连接，从而使本发明结构更加紧凑。

以上所述的实施例描述内容较为详细和具体，表达了本发明的优选实施例，仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，但并不仅仅局限于本发明，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的思想和方法所做的同等变化或修饰，对于本领域的研究人员或技术人员来讲，在不脱离本发明的结构之内，系统内部的局部改进和子系统之间的改动、变换等，仍是本发明的专利范围内。目前，本申请的技术方案已经进行了中试，即产品在大规模量产前的小规模实验；中试完成后，在小范围内开展了用户使用调研，调研结果表明用户满意度较高；现在已经着手准备产品正式投产进行产业化，包括知识产权风险预警调研。