固体重力流运载设备及储能系统

本申请涉及重力储能领域，尤其涉及一种固体重力流运载设备及储能系统。

能源是人类生存与社会发展的物质基础，保障充足的能源供给是人民幸福生活的必要条件；太阳能永恒，取之不尽，用之不竭，若使太阳能成为人类的终极能源，人类将再也无须为化石能源的耗竭而担忧，再也无须因使用化石能源恶化环境而焦虑。

但太阳能存在实用性障碍。由于地球的自转作用，有向阳时的白昼和背阴时的黑夜；由于地球公转作用，有夏与冬阳光强弱的季差；并且地球表面土地与海洋的性质区别，和地形变化等各种因素造成水汽蒸发、空气对流的阴天、下雨等各种气象。昼、夜的间歇，冬、夏的季差，气象变化的阴天、下雨，这些都阻碍了太阳能的实用性。

通过储能可以实现太阳能的时空搬移，使之在任何时候都能稳定地使用来之太阳的能源。但是，以太阳能为供人类使用的终极能源，其数值巨大，能够适用平衡昼夜差、季差、气象差的储能，需要超大规模储能系统支持；需要巨大的储能资源保证。能源是人类生存和社会发展的基本物质，其经济性极具敏感度，低成本储能是必要条件；由于平衡昼夜差、季差、气象差所需的储能量值巨大，其与之相关的产业及其日常运行必须对环境友好。

目前已有的多种物理、化学的储能的技术，但以抽水蓄能为主。截止2017年，全球96％以上的储能装机为抽水蓄能，中国99％以上储能装机是抽水蓄能。现有储能项目的主要目的是为优化电网运行的削峰填谷，规模有限；就此，建设抽水储能电站可供地理资源已十分紧缺，电站选址越来越困难。虽然近几年化学储能项目增多，但是若要采用化学电池满足能源转型需要的超大的规模的储能，在资源保障、经济性、和环境承受上都不具有现实性。所以目前已有的物理、化学的储能技术均无法满足以能源转型为目的的超大规模要求。

发明内容

本申请实施例提供一种固体重力流运载设备，其中，所述固体重力流运载设备包括多个重力储能元件、重力储能元件移动轨道、直线电机定子组和直线电机动子组，所述重力储能元件移动轨道用以对重力储能元件升降移动导向，所述重力储能元件移动轨道具有低海拔段和与所述低海拔段相对的高海拔段，以及位于所述低海拔段和高海拔段之间的倾斜段，所述倾斜段设有动力隧道，所述动力隧道具有隧道底部、与隧道底部相对的隧道顶部和两个隧道 侧部，所述直线电机定子组包括固定于所述隧道底部的底部定子、固定于所述隧道顶部的顶部定子和固定于所述隧道侧部的侧部定子，所述直线电机动子组包括固定于每一所述重力储能元件的底部动子、顶部动子和侧部动子，所述底部动子、顶部动子和侧部动子分别固定于所述重力储能元件的底部、顶部和侧部，在多个重力储能元件由低海拔段连续顶推进入所述动力隧道时，所述底部动子、顶部动子和侧部动子分别与所述底部定子、顶部定子和侧部定子电磁耦合，以将电能转换为驱动动力，以驱动多个所述重力储能元件继续连续顶推移动至所述高海拔段，在多个重力储能元件由所述高海拔段连续顶推进入所述动力隧道时，多个所述重力储能元件在重力作用下连续顶推经过所述动力隧道，所述底部动子、顶部动子和侧部动子分别与所述底部定子、顶部定子和侧部定子电磁耦合，以将机械动能转换为电能，并且多个所述重力储能元件继续连续顶推移动至所述低海拔段，以待下次再次升起至所述高海拔段动力隧道。

本申请实施例提供一种储能系统，其中，所述储能系统包括上述的固体重力流运载设备，所述储能系统还包括低海拔堆场和高海拔堆场，所述低海拔段贯穿所述低海拔堆场，所述高海拔段贯穿所述高海拔堆场，当所述储能系统储能时，所述低海拔堆场向所述低海拔段输送所述重力储能元件，所述高海拔堆场从所述高海拔段接收并存储所述重力储能元件，当所述固体重力储能系统释能时，所述高海拔堆场向所述高海拔段输送所述重力储能元件，所述低海拔堆场从所述低海拔段接收并存储所述重力储能元件。

本申请实施例提供的固体重力流运载设备及储能系统，通过重力储能元件移动轨道设有动力隧道，所述直线电机定子组包括固定于所述隧道底部的底部定子、固定于所述隧道顶部的顶部定子和固定于所述隧道侧部的侧部定子，所述直线电机动子组包括固定于每一所述重力储能元件的底部动子、顶部动子和侧部动子，所述底部动子、顶部动子和侧部动子分别固定于所述重力储能元件的底部、顶部和侧部，所述底部动子、顶部动子和侧部动子分别与所述底部定子、顶部定子和侧部定子电磁耦合，多个所述重力储能元件连续顶推形成固体重力流同步升起，以将电能转换为动力，从而改变位能，进行存储；多个所述重力储能元件连续顶推形成固体重力流下降，将重力势能转换为电能，反馈回电网。

本发明的目的是以实现能源完全转型为目标，创新一种有足够资源保障、经济性优越、对环境友好的超大规模储能技术，以实现使太阳能成为人类现实的终极能源。

本发明利用高海拔的高原、高山与周边的低海拔盆地、低地之间大海拔高差的地形条件，以改变固体重力位能的形式实现储能；此类地形的地理资源极为丰富，由此解决了基于能源完全转型条件下的超大规模储能的资源保障问题。

本发明创造了固体重力流的技术概念(技术方法)，使固体重物流态化，多个所述重力储能元件在所述重力储能元件移动轨道上全程前后顶推串联，在动力或重力的作用下类似水流，在储能或释能的不同功能时区，固体重力流可在数千米的海拔高差之间持续单向运动，大大地提高了系统运行效率，且易于实现单机大容量，超大容量的储能系统。

本发明的重力储能元件移动轨道的分设动力隧道段和非动力轨道段，动力隧道段产生固体重力储能元件移动轨道上固体重力流上升所需的全部动力，或承载固体重力储能元件移动轨道上固体重力流下降全部重力的推力。动力隧道大推力直线电机为动力，最大限度地缩短的动力隧道的长度，同时强化动力隧道段的路基处理，使之能够承载升降通道全程固体重力储能元件重力所施加的推力，由于动力隧道段承载了升降通道全程固体重力储能元件重力所施加的全部推力，使得非动力轨道段的路基只承受固体重力储能元件施加的部分压力，而不承受向低海拔方向的推力，从而简化对非动力的轨道段的路基处理，降低路基的造价，最大化地降低系统投资。

为了更清楚地说明申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是申请的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的固体重力流运载设备的示意图；

图2是图1的固体重力流运载设备的II-II的截面示意图；

图3是图1的固体重力流运载设备的重力储能元件的(顶部)示意图；

图4是图3的固体重力流运载设备的A-A的截面示意图；

图5是图1的固体重力流运载设备的简化示意图；

图6是图1的固体重力流运载设备的低海拔的变流器连接示意图；

图7是图1的固体重力流运载设备的高海拔的变流器连接示意图；

图8是本申请实施例提供的固体重力流运载设备的制动段的截面示意图；

图9是本申请实施例提供的制动元件的侧视图；

图10是本申请实施例提供的重力储能元件的侧视图；

图11是本申请实施例提供的储能系统的示意图；

图12是图11的储能系统的低海拔堆场的示意图。

下面将结合申请实施方式中的附图，对申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描 述。

请参阅图1、图2和图3，本申请提供一种固体重力流运载设备1000，所述固体重力流运载设备1000包括多个重力储能元件900、重力储能元件移动轨道100、直线电机定子组和直线电机动子组，所述重力储能元件移动轨道100用以对重力储能元件900升降移动导向。所述重力储能元件移动轨道100具有低海拔段110和与所述低海拔段110相对的高海拔段120，以及位于所述低海拔段110和高海拔段120之间的倾斜段130。所述倾斜段130设有动力隧道131，所述动力隧道131具有隧道底部1311、与隧道底部1311相对的隧道顶部1312和两个隧道侧部1313，所述直线电机定子组包括固定于所述隧道底部1311的底部定子210、固定于所述隧道顶部1312的顶部定子220和固定于所述隧道侧部1313的侧部定子230。所述直线电机动子组包括固定于每一所述重力储能元件900的底部动子310、顶部动子320和侧部动子330。所述底部动子310、顶部动子320和侧部动子330分别固定于所述重力储能元件900的底部、顶部和侧部，在多个重力储能元件900由低海拔段110连续顶推进入所述动力隧道131时，所述底部动子310、顶部动子320和侧部动子330分别与所述底部定子210、顶部定子220和侧部定子230电磁耦合，以将电能转换为驱动动力，以驱动多个所述重力储能元件900继续连续顶推移动至所述高海拔段120，在多个重力储能元件900由所述高海拔段120连续顶推进入所述动力隧道131时，多个所述重力储能元件900在重力作用下连续顶推经过所述动力隧道131，所述底部动子310、顶部动子320和侧部动子330分别与所述底部定子210、顶部定子220和侧部定子230电磁耦合，以将机械动能转换为电能，并且多个所述重力储能元件900继续连续顶推移动至所述低海拔段110，以待下次再次升起至所述高海拔段120动力隧道131。

通过重力储能元件移动轨道100设有动力隧道131，所述重力储能元件900经过所述动力隧道131，所述底部动子310、顶部动子320和侧部动子330分别与所述底部定子210、顶部定子220和侧部定子230电磁耦合，多个所述重力储能元件900连续顶推形成固体重力流同步升起，以将电能转换为动力，从而改变位能，进行存储；多个所述重力储能元件900连续顶推形成固体重力流下降，将重力势能转换为电能，反馈回电网。

本实施方式中，所述重力储能元件移动轨道100包括两条平行的铁轨101。两条所述平行的铁轨101分别与所述重力储能元件900的轨道轮滚动配合，以对重力储能元件900进行移动导向。所述铁轨101固定于具有大海拔高差的山体上。所述低海拔段110位于山体的低海拔位置，所述高海拔段120位于山体的高海拔位置。所述倾斜段130位于山体的斜坡。所述高海拔段120与所述低海拔段110的海拔高差在800m～3000m或3000m以上。例如，所 述低海拔段110的海拔高度为1200m，所述高海拔段120的海拔高度为4200m。所述倾斜段130的坡度优选范围为20°至60°，例如所述倾斜段130的坡度为30°。例如所述倾斜段130的长度6000m。

本实施方式中，所述动力隧道131穿过山体，以便于带动所述重力储能元件900平稳地移动。所述倾斜段130的铁轨101穿过所述动力隧道131，可对所述重力储能元件900移动导向。所述动力隧道131设有隧道内壁，所述底部定子210固定于位于所述隧道内的两个铁轨101之间，即位于所述隧道内的两个铁轨101之间部分构成所述隧道底部1311。所述顶部定子220固定于所述隧道内壁的顶部，即所述隧道内壁的顶部构成所述隧道顶部1312。所述侧部定子230固定于所述隧道内壁的侧部，所述隧道内壁具有两个相对的侧部，即所述动力隧道131内设置两个相对的隧道侧部1313，两个所述侧部定子230分别固定于两个所述隧道侧部1313。所述动力隧道131与所述倾斜段130的一部分相对应，即动力隧道131的长度远短于倾斜段130的长度。动力隧道131的长度是倾斜段130的长度一部分，例如所述倾斜段130的总长度在6000m，动力隧道131的长度为1000m～3000m，动力隧道131的长度是根据大推力直线电机所处的技术水平决定，设计目标是使动力隧道131尽量短，但是受限于各阶段采用的直线电机技术水平。倾斜段130在动力隧道131之外的部分构成非动力轨道段，非动力轨道段占据倾斜段130较大的区域。

所述动力隧道131的长度远小于倾斜段130的长度，对应覆盖所述倾斜段130连接低海拔段110处，以便于在山体斜坡上利用直线电机动子与直线电机定子耦合带动储能元件上升，实现电能转换成固体重力储能元件900的位能，以及便于重力储能元件900带动配合所述动力隧道131下滑，从而使重力势能转换成电能。

可以理解的是，当动力隧道131内的底部定子210、顶部定子220、侧部定子230分别与重力储能元件900的底部动子310、顶部动子320和侧部动子330配合，实现直线电机驱动重力储能元件900由低海拔段110上升至高海拔段120，从而直线电机消耗电能做功，而重力储能元件900上升至高海拔段120，从而储存了重力位能。当重力储能元件900从高海拔处下降至低海拔段110，重力储能元件900在重力做功下带动底部动子310、顶部动子320和侧部动子330下降，且底部动子310、顶部动子320和侧部动子330分别与动力隧道131内的底部定子210、顶部定子220和侧部定子230配合，进而实现电磁激励，以将重力势能转换成电能。

请参阅图2、图3和图4，本实施方式中，底部定子210、顶部定子220和侧部定子230均为高推力密度大推力直线电机的定子。底部定子210沿动力隧道131长度方向安装于两个 铁轨101之间，顶部定子220和侧部定子230均沿动力隧道131长度方向安装于隧道内壁，并动力隧道131内。

本实施方式中，多个重力储能元件900可连续排布于所述动力隧道131内，即在储能或释能过程中，多个所述重力储能元件900的动子的长度和约等于动力隧道131内的定子的长度，使得多个动子的长度和与动力隧道131内的定子全长度耦合，使得长直线电机定子的全部长度均处荷载状态，以获得直线电机运行的高功率因数和高效率。动力隧道131上始终存在多个连续移动的重力储能元件900，以使得全程的重力储能元件900连续沿重力储能元件移动轨道100移动，从而形成固体重力流。

可以理解的是，本申请了所提供的固体重力流运载设备1000可应用于大海拔位差固体重力储能系统，具有如下有益效果：

1.充分利用自然条件，使大海拔高差的地形成为重力储能资源

1.1由于地球引力的作用，重力储能元件900自然就具备位能。重力储能元件900的高低海拔相对值越大，其位能绝对值越大；重力储能元件900在某高度停留，位能就在某高度存在，即实现了储能；

由于固体是自然界最基本的物资，沙、土、石头等都是地球的基本材料，非常丰富，取材便利，而且易于工程成形处理，形状不会随时间改变，质量不会随时间消失；以固体材料为重力储能元件900造价便宜。

1.2由于重力储能元件900的位能能量密度取决重力储能元件900所处位置高差的绝对值，即海拔高差决定了重力储能元件900的位能能量密度。也就是说，选择大海拔高差是提高重力储能元件900位能储能密度的优选条件。

由于高原、大山是地球的基本形态，在世界各大洲都不同程度普遍存在；亚洲高原、大山的地理资源特别丰富，(在我国境内的青藏高原、帕米尔高原的边缘长度达6000～7000公里，与高原边缘的平原、盆地之间海拔高差可达2000～3000m，地形条件优越，非常有利于大海拔高差固体重力储能电站建站选址，可供选择的地理资源量十分丰富(按最大需要，实际工程需求量小于500公里)，足以支持能源转型所需超大规模储能。)(青藏高原、帕米尔高原与周边的平原、盆地之间平均高差可达3000m以上，从而固体重力储能的资源极为丰富)。

2.创新工程技术手段

本发明颠覆性地创造了一种形成固体重力流的方法，使固体重物流态化，使得固体重力流类似液体流(水流)，在动力或重力的作用下，受控在高海拔与低海拔无间隔地持续流动(运动)，按储能或释能的不同时区，控制流动方向将电力转换为动力，使固体重物升上高处，改 变重力的位能，实现储能；或将固体重物降至低处，将固体重力转换为电能，向电网释能。其原理与基于液体重力流的抽水蓄能电站相似。但是基于固体重力流的大海拔高差固体重力储能利用高原、大山与周边边缘的地理资源丰富，有充分的资源保障；地形的海拔高差大，并且固体物质质量密度大，性质稳定，可供数量几乎不受限制，由此，固体重力储能可适用于超大规模储能，可承担起能源完全转型所需要的储能规模要求，可为能源转型革命提供关键的储能技术支撑。

1、设计前后有顶推凸台、左右二侧有侧部动子330、顶部有顶部动子320、底部有底部动子310及滚动轮的固体重力储能元件900，使得重力储能元件900可连续移动，且便于重力储能元件900在动力隧道131内全方位承受直线电机推力，增大驱动效率；

2、选择大海拔高差的地形，在高低海拔之间建造固体重力储能元件900的升降通道；

3、固体重力储能元件900在升降通道上前后相接，全程串联，当在动力，或重力作用下顶推联动，使固体重力储能元件900流态化，形成固体重力流；

4、在固体重力储能元件900升降通道的低海拔段110设置以直线电机为动力的动力隧道131(称之为动力隧道)，动力隧道131吸收电网的电力对固体重力储能元件900施加上升的动力，或吸收固体重力储能元件900的重力转换为电力，反馈回电网；

5、在高、低海拔堆场设置行车阵列，用于固体重力储能元件900从各个堆垒位向轨道汇集或从轨道向各个堆垒位分散就位；

6、在系统控制单元的控制下，高、低海拔堆场的固体重力储能元件900汇集与分散的速度与固体重力流的流速协调同步，使固体重力流在储能、或释能的功能时区内保持单向持续运动，使系统获得最高的运行效率。

利用高原、大山与周边的平原、盆地之间的海拔高差，以实现重力储能元件900在高海拔与低海拔之间运动与停留，使之位能的改变和存储，以达到储能目的。因此，适用于大海拔高差之间在单位时间内使大量重力储能元件900实现升降转移的工程技术是本本申请的创新关键。

本发明将固体重力储能元件900升降通道分设为产生动力的动力隧道段和非动力轨道段；动力隧道段为动力隧道131，动力隧道段产生固体重力储能元件900升降通道上固体重力流上升所需的全部动力，或承载固体重力储能元件900升降通道固体重力流下降的全部推力。动力隧道段以大推力感应直线电机为动力，最大限度地缩短的动力隧道主动力段的长度(缩短大推力直线电机的长度)，强化动力隧道的路基处理，使之能够承载升降通道全程固体重力储能元件900重力所施加的推力，由于动力隧道段承载了升降通道全程固体重力储能元 件900重力所施加的推力，使得非动力轨道段的固体重力储能元件900的重力只对路基施加部分压力，而不向低海拔方向施加推力；从而大大简化对非动力轨道段的路基处理，降低其造价，最大化地降低系统投资。可预见的是：动力隧道(动力隧道131)的长度只是固体重力储能元件900升降通道长度的一段，投资密度虽然也要向这一段集中，但集中度不是成比例的，比全程动力结构可节约大量的投资。

进一步地，请继续参阅图2、图3和图4，所述隧道侧部1313设有第一限位轨1314和第二限位轨1315，所述第一限位轨1314和第二限位轨1315沿所述动力隧道131长度方向延伸，所述第一限位轨1314和第二限位轨1315分别靠近所述隧道顶部1312和隧道底部1311，所述重力储能元件900的侧部设有第一侧部限位轮901和第二侧部限位轮902，在所述重力储能元件900进入所述动力隧道131后，所述第一侧部限位轮901和第二侧部限位轮902分别与所述第一限位轨1314的端面和第二限位轨1315限位的端面限位配合。

本实施方式中，所述第一限位轨1314和所述第二限位轨1315由所述隧道内壁凸出设置。所述侧部定子230设置于同侧的第一限位轨1314和第二限位轨1315之间。所述第一限位轨1314和所述第二限位轨1315均为限位铁轨。所述第一限位轨1314具有远离所述隧道内壁的第一限位端面，所述第二限位轨1315具有远离所述隧道内壁的第二限位端面。所述第一限位端面与所述第一侧部限位轮901滚动配合，所述第二限位端面与所述第二侧部限位轮902滚动配合，从而限制所述侧部定子230与所述侧部动子330之间的间隙保持在一定范围，保证所述侧部定子230与所述侧部动子330稳定地电磁耦合，进而保证驱动效率。

本实施方式中，所述第一侧部限位轮901和所述第二侧部限位轮902均至少部分凸出于所述重力储能元件900的侧部。所述第一侧部限位轮901的转轴平行所述第一限位端面，所述第二侧部限位轮902的转轴平行所述第二限位端面。所述第一侧部限位轮901的外周面与所述第一限位端面配合，所述第二侧部限位轮902的外周面与所述第二限位端面配合。所述侧部动子330位于同侧的第一侧部限位轮901和第二侧部限位轮902之间。

具体的，所述重力储能元件900设有箱体903，所述箱体903具有填充腔体，所述填充腔体内填充有固体材料。所述轨道轮设置于所述箱体903底部。所述底部动子310设置于所述箱体903底部，并位于两排所述轨道轮904之间。所述箱体903顶部设有两个相对的堆叠凸台909，两个所述堆叠凸台909之间形成固定凹槽，所述顶部动子320位于所述固定凹槽内。两个所述堆叠凸台909分别邻近所述箱体903相对的两侧壁。所述第一侧部限位轮901设置于所述堆叠凸台909，并部分相对所述箱体903侧壁凸出。所述第二侧部限位轮902设置于所述箱体903侧壁并邻近所述箱体903底部。所述侧部动子330固定于所述箱体903侧 壁，并位于同侧的第一侧部限位轮901和第二侧部限位轮902之间。

进一步地，请参阅图5，所述倾斜段130与所述低海拔段110之间设置低海拔弧形段140，所述倾斜段130与所述高海拔段120之间设置高海拔弧形段150。

本实施方式中，所述低海拔弧形段140连接所述倾斜段130和低海拔段110，以便于重力储能元件900可以顺畅地由低海拔段110进入倾斜段130。高海拔弧形段150连接倾斜段130和高海拔段120，以便于重力储能元件900可以顺畅地由高海拔段120进入倾斜段130。所述动力隧道131设置于所述倾斜段130靠近所述低海拔段110的部分，以便于多个重力储能元件900从低海拔弧形段140进入所述倾斜段130后可快速进入所述动力隧道131，并经所述动力隧道131获取推顶上升的动力，从而使得多个重力储能元件900经过所述动力隧道131后连续推顶上升至所述高海拔段120，实现储能。

可以理解的是，获得高的能量存储转换效率是储能的关键指标，关系到储能经济性，本申请提供的固体重力流设备采用直线电机作为固体重力储能元件900升降运载通道的动力设备，提高能量转换效率是本申请的一个重要特征。

直线电机在轨道交通领域已经得到应用，体现了直线电机综合性能优势。但是直线电机的能量转换效率低于旋转电机，作为储能应用是必须要克服的缺点。

旋转电机的定子内径与转子外径之间全面积耦合，定子的行波磁场产生的切向推力全部有效作用于转子；定子与转子之间的气隙取值小，气隙磁阻损耗小，效率高。

但是在如磁悬浮列车、电磁弹射器等已有直线电机应用中，直线电机定子与动子耦合，产生电磁推力的长度仅为定子通电长度的局部的一小段，定子通电长度的其余部分均为无载通电状态，导致功率因数低、效率下降。

请参阅图1和图2，本申请提供的固体重力流运载设备1000的动力隧道131的底部定子210与多个重力储能元件900的底部动子310的长度进行全长度全程耦合，并保持底部动子310的移出与移入实时平衡，使之耦合度为常数。顶部定子220与多个重力储能元件900的顶部动子320的长度进行全长度全程耦合，并保持顶部动子320的移出与移入实时平衡，使之耦合度为常数，侧部定子230与多个重力储能元件900的侧部动子330的长度进行全长度全程耦合，并保持侧部动子330的移出与移入实时平衡，使之耦合度为常数。动力隧道131内的定子与动子之间全长度切面均产生有效推力，由此大大地提高直了直线电机作为储能应用的能量转换效率。

动力隧道131由隧道内壁及铁轨101安装定子，定子稳固强度高，底部动子310、顶部动子320和侧部动子330限于第一侧部限位轮901、第二侧部限位轮902分别与第一限位轨 1314、第二限位轨1315，从而使得底部动子310、顶部动子320和侧部动子330分别与底部定子210、顶部定子220和侧部定子230之间的气隙便于较小的设计取值，进一步提高效率。

动力隧道131是系统的动力核心，在系统储能时，将电网的电力转换为推动重力储能元件900，沿重力储能元件移动轨道100上升的动力；系统释能时，动力隧道131将重力储能元件移动轨道100上多个重力储能元件900形成固体重力流的机械推力转换为电力回馈电网。

动力隧道131是构成系统的最主要部分，提高主动力段的推力密度，缩短动力隧道131的长度，可以减少重力储能元件移动轨道100的地下基础工程成本，降低动力隧道131成本，和减少运行维护成本等现实与潜在的优点，本申请的固体重力流运载设备1000为了提高动力隧道131单位长度的推力密度，以缩短动力隧道131的长度，采用以下方式来实现上述目的：

1.在隧道内壁及隧道内的底部、顶部、和双侧部，均安装有直线电机定子，在固体重力储能元件的底部、顶部、和双侧部均安装有感应板构成的直线电机动子，依此增加动力隧道单位长度的电磁耦合面积，提高单位长度的切向推力。

作为一种具体实施方式，本申请的低海拔段110的海拔高1200m，高海拔段120的海拔高4200m，低海拔段110与高海拔段120的海拔高差3000m，倾斜段130的坡度30°，倾斜段130的坡长6000m。

重力储能元件900的横截面按道路运输进行设置，例如重力储能元件900的宽度为3.2m，重力储能元件900的高度为3.2m，重力储能元件900的截面积10.24m2，计重力储能元件900的横截面10m2。

重力储能元件900包括箱体903，所述箱体903取钢制箱式壳体，箱体903内部填充废石、沙土，箱体903和内部填充物的平均质量密度2500kg/m3，单位长度重量＝25000kg/m。

倾斜段130的坡道长总荷重G2.5＝25000(kg)×6000(m)＝150000000kg，倾斜段130的多重力储能元件900形成的固体重力流的总推力F2.5＝150000000(kg)×9.8×sin30＝735(MN)。

所述底部定子210与底部动子310，顶部定子220与顶部动子320，侧部定子230与侧部动子330的耦合面单位面积切向推力均为0.05MN/m2，重力储能元件900四周总边长为7.2m，动力隧道单位长度切向推力0.36MN。

动力隧道131长度L＝735(MN)÷0.36MN＝2041.67m。

考虑到加速度推力裕量乘以1.2系数动力隧道段131长度L取值2500m，动力隧道的长度约为重力储能元件移动轨道100的总长6000m的40％。

设多个储能元件形成的固体重力流流速V4＝4(m/s)。

所需的底部定子210与底部动子310，侧部定子230与侧部动子330，顶部定子220与顶部动子320所构成的直线电机总功率P4＝735(MN)×4(m/s)＝2940000(kw)。

即该机组每小时(理论)储能294万千瓦时，每年1600小时，储能电量470400万千瓦时。

进一步地，请参阅图1、图2和图4，所述重力储能元件移动轨道100设有两个并排的铁轨101，所述重力储能元件900的底部设有两排轨道轮904，两排所述轨道轮904分别与两个所述铁轨101配合，所述底部动子310位于两排所述轨道轮904之间。在所述重力储能元件900经过所述动力隧道131时，所述底部动子310与所述底部定子210电磁耦合，实现驱动所述重力储能元件900沿两排所述铁轨101移动。

进一步地，请参阅图5、图6和图7，所述低海拔段110具有依次连接的低海拔集散段111、低海拔缓存运送段112和低海拔接送段113，所述低海拔集散段111，用以对所述重力储能元件900集散运输，所述低海拔缓存运送段112将所述重力储能元件900在所述低海拔集散段111和所述低海拔接送段113之间转移运送，所述低海拔接送段113用以在储能时将所述重力储能元件900推送至所述倾斜段130。

本实施方式中，所述低海拔集散段111是将运送至低海拔段110的重力储能元件900进行集散安置于轨道上，以待将重力储能元件900进行堆叠地存放，或是将堆叠存放的重力储能元件900集散地安置于轨道上。所述低海拔缓存运送段112以将低海拔集散段111集散安置的重力储能元件900运送至低海拔接送段113，或是将低海拔接送段113的重力储能元件900运送至低海拔集散段111集散安置。所述低海拔接送段113是从低海拔弧形段140的下降的重力储能元件900接收并运送至低海拔缓存运送段112，或是将低海拔缓存运送段112所运送过来的重力储能元件900推送至低海拔弧形段140。

进一步地，所述直线电机定子组包括固定于所述低海拔集散段111、低海拔缓存运送段112和低海拔接送段113的低海拔电机定子290，所述低海拔电机定子290与所述底部动子310电磁耦合，以驱动所述重力储能元件900在所述低海拔集散段111、低海拔缓存运送段112和低海拔接送段113移动。

本实施方式中，所述低海拔电机定子290固定于两排所述铁轨101之间，以便于所述低海拔电机定子290与固定于所述重力储能元件900底部的底部动子310电磁耦合。所述低海拔集散段111的低海拔电机定子290在低海拔集散段111、低海拔缓存运送段112和低海拔接送段113分别电连接不同的变流器。具体的，所述低海拔集散段111的低海拔电机定子290电连接N+1个集散段区别变流器2902，所述低海拔缓存运送段112的低海拔电机定子290电 连接缓存段变流器2903，所述低海拔接送段113的低海拔电机定子290电连接接送段变流器2904，以使得所述重力储能元件900在所述低海拔集散段111、低海拔缓存运送段112和低海拔接送段113分别具有不同的移动速率，便于对所述重力储能元件900在所述低海拔段110运送。

进一步地，所述高海拔段120具有依次连接的高海拔集散段121、高海拔缓存运送段122和高海拔接送段123，所述高海拔集散段121用于对所述重力储能元件900集散运输，所述高海拔缓存运送段122将所述重力储能元件900在所述高海拔集散段121和所述高海拔接送段123之间转移运送，所述高海拔接送段123用以在释能时将所述重力储能元件900推送至所述倾斜段130。

本实施方式中，所述高海拔集散段121是将运送至高海拔段120的重力储能元件900进行集散安置于轨道上，以待将重力储能元件900进行堆叠地存放，或是将堆叠存放的重力储能元件900集散地安置于轨道上。所述高海拔缓存运送段122以将高海拔集散段121集散安置的重力储能元件900运送至高海拔接送段123，或是将高海拔接送段123的重力储能元件900运送至高海拔集散段121集散安置。所述高海拔接送段123是从高海拔弧形段150的升起的重力储能元件900接收并运送至高海拔缓存运送段122，或是将高海拔缓存运送段122所运送过来的重力储能元件900推送至高海拔弧形段150。

进一步地，所述直线电机定子组包括固定于所述高海拔集散段121、高海拔缓存运送段122和高海拔接送段123的高海拔电机定子280，所述高海拔电机定子280与所述底部动子310电池耦合，以驱动所述重力储能元件900在所述高海拔集散段121、高海拔缓存运送段122和高海拔接送段123移动。

本实施方式中，所述高海拔电机定子280固定于两排所述铁轨101之间，以便于所述高海拔电机定子280与固定于所述重力储能元件900底部的底部动子310电磁耦合。所述高海拔集散段121的高海拔电机定子280在高海拔集散段121、高海拔缓存运送段122和高海拔接送段123分别电连接不同的变流器。具体的，所述高海拔集散段121的高海拔电机定子280电连接N+1个集散段区别变流器2802，所述高海拔缓存运送段122的高海拔电机定子280电连接缓存段变流器2803，所述高海拔接送段123的高海拔电机定子280电连接接送段变流器2804，以使得所述重力储能元件900在所述高海拔集散段121、高海拔缓存运送段122和高海拔接送段123分别具有不同的移动速率，便于对所述重力储能元件900在所述高海拔段120运送。

进一步地，所述固体重力流运载设备1000还包括低海拔制动段160所述低海拔制动段 160连接于所述低海拔段110远离所述动力隧道131的端部，用以对进入所述低海拔段110的重力储能元件900刹车制动。

本实施方式中，所述低海拔制动段160对完成重力势能转换成电能的所述重力储能元件900制动，以使得重力储能元件900安全地被停下，避免重力储能元件900的惯性动能对其他物体造成冲撞损伤。所述低海拔制动段160对位于前面的重力储能元件900进行制动，从而使得对整个连续性形成固体重力流的重力储能元件900进行制动，便于对多个重力储能元件900在低海拔处进行集散安放堆叠。

具体的，请参阅图8和图9，所述低海拔制动段160设有制动隧道180和设置于所述制动隧道180内的多个刹车制动元件181，多个所述刹车制动元件181在所述制动隧道180内依次连续抵顶，所述刹车制动元件181的外侧设有至少一对刹车闸片182，所述制动隧道180内设有与所述至少一对刹车闸片182配合的刹车轨183，当所述重力储能元件900抵持所述刹车制动元件181，且所述至少一对刹车闸片182夹持所述刹车轨183时，所述刹车制动元件181对所述重力储能元件900进行制动。

本实施方式中，低海拔处的制动隧道180与所述低海拔集散段111对接。连续抵顶的多个所述刹车制动元件181在所述制动隧道180内可移动，以便于可吸收所述重力储能元件900的动能。具体的，所述刹车制动元件181在左右两侧壁上均设有多对所述刹车闸片182。多对所述刹车闸片182在所述刹车制动元件181的侧壁上沿上下两条直线间隔排布。所述刹车轨183在所述制动隧道180内侧壁上沿上下两条直线排布。沿上直线排布的所述刹车轨183对应沿上直线排布的多对刹车闸片182配合。沿下直线排布的所述刹车轨183对应沿下直线排布的多对刹车闸片182配合。每一对所述刹车闸片182包括两个相互开合的闸片。当两个闸片合拢夹持所述刹车轨183，从而利用刹车闸片182与刹车轨183的摩擦力阻止所述刹车制动元件181移动。利用多个所述刹车制动元件181抵顶，从而增大多个所述刹车制动元件181与所述刹车轨183的配合长度，以增大制动力，以有效对形成固体重力流的多个重力储能元件900进行制动。

本实施方式中，所述直线电机定子组还包括固定于两条所述制动段铁轨185之间的轨道电机定子270，所述刹车制动元件181的底部设有与两条所述制动段铁轨185配合的两排制动元件轨道轮184，所述直线电机动子组还包括固定于所述刹车制动元件181的底部并位于两排所述制动元件轨道轮184之间的复位电机动子370，所述复位电机动子370与所述轨道电机定子270耦合，以驱动所述刹车制动元件181沿所述制动段铁轨185移动复位。当两个闸片相互开启并与所述刹车轨183脱离接触时，所述复位电机动子370与所述复位电机定子 耦合驱动所述刹车制动元件181在所述刹车隧道内移动，从而可实现刹车制动元件181复位，便于下次刹车制动元件181对重力储能元件900进行制动。

进一步地，所述刹车制动元件181的外侧设有刹车支架186，所述刹车支架186上设有至少一个所述驱动件1861，每一所述驱动件1861对应驱动所述刹车闸片182夹持所述刹车轨183。

本实施方式中，刹车制动元件181在左右两侧壁上均设有上下两个排布的刹车支架186。上部的刹车支架186靠近刹车制动元件181顶部，下部的刹车支架186靠近刹车制动元件181底部。上部的刹车支架186活动连接上排的直线排布的多对刹车闸片182，下部的刹车支架186活动连接下排的直线排布的多对刹车闸片182。所述驱动件1861对所述刹车闸片182施加开启或靠拢的驱动力。上排的多对刹车闸片182与下排的多对刹车闸片182错开排布，以均衡分布所述刹车制动元件181的刹车阻力，使得所述刹车元件对形成固体重力流的多个重力储能元件900有效制动。所述刹车制动元件181的相对两侧均设有两个所述刹车支架186，两个所述刹车支架186分别靠近所述刹车制动元件181的顶部和底部，每一所述刹车支架186上设置多个所述驱动件和多对所述刹车闸片182。

进一步地，请参阅图10，所述重力储能元件900前后两端分别设有顶推凸台905和顶推凹台906，所述重力储能元件900箱体903前部的顶推凸台905和前一个所述重力储能元件900箱体903后部的顶推凹台906抵顶，所述重力储能元件900箱体903后端的顶推凹台906和后一个所述重力储能元件900箱体903前部的顶推凸台905抵顶，从所述低海拔段110至所述高海拔端的全程的重力储能元件900抵顶串联，在动力或重力的作用下全程联动，形成固体重力流。

本实施方式中，所述重力储能元件900包括箱体903和转动连接于所述箱体903底部的四个轨道轮904(轨道轮904可以是多对，或多组)，所述箱体903内用以收容固体重力物。所述侧部动子330固定于所述箱体903外左右两侧。所述顶推凸台905和所述顶推凹台906分别设置于所述箱体903外前后两段。所述滚轮设置于所述箱体903外底部，所述顶部动子320设置于所述箱体903外顶部。所述箱体903为矩形壳体。箱体903内填充固体重力物，该固体重力物可以是自然界最基本的物资，例如该固体重力物可以是沙、土、石头等。四个轨道轮904分别两两与重力储能元件移动轨道100的两个铁轨101滚动配合，以使得重力储能元件900可呈固体重力流的形式在流动运行。重力储能元件900可以被转移、存储。所述箱体903和轨道轮904均采用钢制材料，使得重力储能元件900结构稳固、耐用、制造成本低、且质量密度大。

本实施方式中，所述顶推凸台905和顶推凹台906分别固定于箱体903的前后两端。顶推凸台905远离箱体903的端部设有弧形凸起，而顶推凹台906的端部设有弧形凹陷。当相邻两个重力储能元件900的顶推凸台905与顶推凹台906相互抵顶时，弧形凸起与弧形凹陷相配合，以便于相邻两个重力储能元件900形成有效的连接，进而有效地形成固体重力流，而在固体重力流完成了重力势能存储或是重力势能释放后，多个重力储能元件900通过弧形凸起与弧形凹陷快速分离从而实现相互快速分离，进而便于重力储能元件900快速地被转移、存储。当然，在其他实施方式中，也可以是顶推凸台905的端部设有弧形凹陷，顶推凹台906的端部设有弧形凸起。

进一步地，所述箱体903顶部设有车轮空缺区，所述车轮空缺区用以在供重力储能元件900相互堆叠时收容所述轨道轮904的一部分。

本实施方式中，箱体903顶部设有四个车轮空缺区，车轮空缺区的深度稍大于轨道轮904伸出箱体903的高度一致。当重力储能元件900堆叠时，其中一个重力储能元件900的轨道轮904凸出箱体903的部分刚好收容于另一个重力储能元件900的车轮空缺区内，且上面的重力储能元件900底部抵触于下面的重力储能件的顶部，以使得堆叠的重力储能元件900堆叠稳固。所述车轮空缺区开设于所述堆叠凸台，以便于重力储能元件900有效堆叠。

进一步地，请参阅图11和图12，本申请实施方式还提供一种储能系统2000，所述储能系统2000包括所述的固体重力流运载设备1000，所述储能系统2000还包括低海拔堆场2100和高海拔堆场2200，所述低海拔段110贯穿所述低海拔堆场2100，所述高海拔段120贯穿所述高海拔堆场2200，当所述储能系统2000储能时，所述低海拔堆场2100向所述低海拔段110输送所述重力储能元件900，所述高海拔堆场2200从所述高海拔段120接收并存储所述重力储能元件900，当所述固体重力储能系统2000释能时，所述高海拔堆场2200向所述高海拔段120输送所述重力储能元件900，所述低海拔堆场2100从所述低海拔段110接收并存储所述重力储能元件900。

本实施方式中，全程升降轨道上的多个重力储能元件900与重力储能元件移动轨道100滚动配合，即多个重力储能元件900可连续地沿重力储能元件移动轨道100被动力隧道131内的底部定子210、顶部定子220、侧部定子230分别与重力储能元件900的底部动子310、顶部动子320和侧部动子330配合产生的电磁推力推动升起，多个重力储能元件900也可连续地沿重力储能元件移动轨道100在重力作用推动下降。当重力储能元件900进入倾斜段130的动力隧道131后，重力储能元件900被连续推动，或是重力储能元件900连续下降联动。多个重力储能元件900连续不断地排布在倾斜段130移动，使得全程的多个重力储能元件900 形成固体重力流在倾斜段130上流动。当固体重力流沿倾斜段130上升流动时，使得电网多余的电能转换成多个重力储能元件900的重力势能，并将多个重力储能元件900的重力势能进行存储。当固体重力流在倾斜段130下降流动时，使得多个重力储能元件900的重力势能转换成电能回馈至电网。

本实施方式中，所述低海拔堆场2100用以储存系统释能时下降至低海拔处的重力储能元件900，并且待下次系统储能时，再将低海拔堆场2100的重力储能元件900上升至高海拔处。所述高海拔堆场2200用以储存系统储能时上升至高海拔处的重力储能元件900，并且待下次系统释能时，再将高海拔堆场2200的重力储能元件900下降至低海拔处。

进一步地，所述低海拔堆场2100设有与所述低海拔段110对接的低海拔码垛区，所述低海拔码垛区用以在系统释能时将所述重力储能元件900堆叠存储，所述高海拔堆场2200设有与所述高海拔段120对接的高海拔码垛区，所述高海拔码垛区用以在系统储能时将所述重力储能元件900堆叠存储。

本实施方式中，低海拔码垛区从低海拔集散段111接收重力储能元件900，并将重力储能元件900以多行多列的形式进行堆叠存放，以节省占地面积。当储能系统2000需要进行释放重力势能并回馈电能至电网时，处于高海拔处于的重力储能元件900以固体重力流的形式经重力储能元件移动轨道100流动至低海拔集散段111，并在低海拔集散段111被转移堆叠存放至低海拔码垛区。当储能系统2000需要将电网的电能转换成重力势能进行存储时，低海拔码垛区堆叠存放的重力储能元件900被转移至低海拔集散段111，并以固体重力流的形式被连续不停地流动运送至高海拔处，从而实现重力势能存储。高海拔码垛区从高海拔集散段121接收重力储能元件900，并将重力储能元件900以多行多列的形式进行堆叠存放，以节省占地面积。当储能系统2000需要进行释放重力势能并回馈电能至电网时，高海拔码垛区的重力储能元件900被转移至高海拔集散段121，并在高海拔集散段121以固体重力流的形式经重力储能元件移动轨道100流动至低海拔处。

进一步地，所述低海拔码垛区和所述高海拔码垛区均设有横向轨道樑2300、与横向轨道樑2300配合的行车大车2310、与行车大车2310配合的左码垛行车及右码垛行车和装卸行车，所述左码垛行车和所述右码垛行车在所述低海拔段110或高海拔段120的左右两侧运行，所述装卸行车在所述低海拔段110或所述高海拔段120的上方运行，用以将所述低海拔段110或所述高海拔段120上的重力储能元件900卸载至所述低海拔段110或所述高海拔段120的左右两侧，再由所述左码垛行车和所述右码垛行车分别将重力储能元件900堆叠至所述低海拔段110或所述高海拔段120两旁的堆垛区。

本实施方式中，所述横向轨道樑2300可以对左码垛行车进行移动导向，以使得左码垛行车可以在左侧堆叠区域移动，以转移或安放左侧堆叠区域的重力储能元件900。所述横向轨道樑2300可以对右码垛行车进行移动导向，以使得右码垛行车可以在又侧堆叠区域移动，以转移或安放又侧堆叠区域的重力储能元件900，从而使得在低海拔码垛区和高海拔码垛区都设有左右堆叠区域进行堆叠安放重力储能元件900，或是快速从左右堆叠区域转移重力储能元件900至重力储能元件移动轨道100上。

本实施方式中，装卸行车可以左右移动，以便于将重力储能元件900吊起后向低海拔集散段111的轨道或高海拔集散段121的轨道左右两侧转移重力储能元件900。所述装卸行车上设有吊钩，吊钩可以将重力储能元件900吊起，以实现对重力储能元件900进行转移堆叠存放。

进一步地，所述储能系统2000还包括系统主控制器2400、电网接入装置2500和电网，所述电网接入装置2500电连接所述直线电机定子组，所述电网接入装置2500还电连接所述电网，用以经所述直线电机定子组和所述直线电机动子组吸收所述电网的电能，或向所述电网释放电能。

本实施方式中，所述系统主控制器2400控制电网接入装置2500将电网的电能输入至直线电机定子组和直线电机动子组产生动力，以使得倾斜段130全程的重力储能元件900以固体重力流的形式从低海拔处向高海拔处转移运送，从而实现将电网的电能转换成动能改变固体重力储能元件900的位能，进行存储。系统主控制器2400还控制电子定子组和直线电机动子组将高海拔处的重力储能元件900推送至重力储能元件移动轨道100的倾斜段130，以使得倾斜段130全程的重力储能元件900以固体重力流的形式从高海拔向低海拔处运送，从而使得重力势能转换成电能，并且控制电网接入装置2500接收主动力定子与主动力动子耦合产生的电能回馈至电网。所述储能系统2000还包括电连接所述系统主控制器2400的第一主动力变流器2809、第二主动力电流器2808、第三主动力变流器2807、第四主动力变流器2806第一主动力变流器2809、第二主动力电流器2808、第三主动力变流器2807、第四主动力变流器2806别电连接所述底部定子210、顶部定子220和两个侧部定子230，以控制所述动力隧道的动力。

进一步地，所述储能系统2000还包括低海拔堆场控制模块2600和高海拔堆场控制模块2700，所述低海拔堆场控制模块2600用以控制所述低海拔堆场2100的重力储能元件900与所述低海拔段110分离或装载，所述高海拔堆场控制模块2700用以控制所述高海拔堆场2200的重力储能元件900与所述高海拔段120分离或装载，所述主控制器电连接所述低海拔堆场 控制模块2600和所述高海拔堆场控制模块2700。所述低海拔堆场控制模块2600控制低海拔堆场2100的重力储能元件900运行。高海拔堆场控制模块2700控制高海拔堆场2200的重力储能元件900运动，以便于储能系统2000储能或释能自动化。

以上是申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为申请的保护范围。