储能发电装置以及间歇式发电系统的制作方法

本实用新型涉及一种储能装置，具体地，涉及一种储能发电装置和包括该储能发电装置的间歇式发电系统。

背景技术：

间歇式能源是指太阳能、风能、潮汐能等不能连续产生的能源。随着石油、煤炭等不可再生能源长远来看将会枯竭的压力，人们开始大量使用太阳能、风能、潮汐能等能源来发电。但这些间歇式能源与传统火电相比，发电时会受到气候和天气影响，存在间歇、随机和不稳定等缺点，容易产生谐波和负荷剧烈波动等情况，因此需要配备储能系统进行电能的转化、储存及电压、频率的调节。因此，间歇式能源在并网发电时会一定程度上影响整个电网电压、频率的稳定性。如果处理不当，不仅会导致电能质量下降，甚至会危害电网负载，导致整个电网崩溃。

虽然近年来相关技术人员提出了许多储能及电能平稳输出的技术方法，如飞轮储能、超导储能、超级电容、抽水储能、铅酸电池、锂电池、钠硫电池等，但均存在许多的问题，如储能密度低、成本高、污染环境、对地形要求高等。因此间歇式能源的储能及电压、频率的稳定性问题仍急需解决。

技术实现要素：

针对上述问题，为了能实现间歇式能源的储能并提高间歇式能源提供的电压、频率的稳定性，本实用新型的实施例提出了一种储能发电装置，包括：

驱动模块，所述驱动模块用于将储能介质从相对低的位置运送至相对高的位置；

存储模块，所述存储模块用于存储由所述驱动模块运送至相对高的位置处的储能介质；

转化模块，所述转化模块用于将所述储能介质的重力势能转化为电能；以及

回收模块，所述回收模块用于回收和存储由所述转化模块处理后的储能介质，

其中，所述储能介质为固体颗粒物。

在一些实施例中，所述驱动模块包括用于存放所述储能介质的至少一个物料斗以及对所述储能介质和所述物料斗进行提升的提升机。

在一些实施例中，所述存储模块包括存储容器、设置在所述存储容器的顶部的物料入口以及设置在所述存储容器的底部的物料出口。

在一些实施例中，在所述物料出口处设置有引导所述储能介质流过的管道，在所述管道上设置有用于调节所述储能介质从所述存储容器的物料出口流出的流量的一个或多个调节阀。

在一些实施例中，所述转化模块包括至少一个转化单元，所述转化单元用于将所述储能介质的重力势能转化为电能。

在一些实施例中，所述转化单元包括用于接收储能介质的上端开口、用于排出储能介质的下端开口以及设置于所述上端开口与所述下端开口之间的发电机构。

在一些实施例中，所述发电机构为轮状结构并且包括设置在中心部的转轴以及围绕所述转轴设置的多个轮叶挡板，所述多个轮叶挡板能够与所述转轴一起围绕所述发电机构的轴线旋转。

在一些实施例中，所述发电机构还包括沿着轴线方向设置在所述轮叶挡板的两侧的侧壁。

在一些实施例中，所述发电机构还包括围绕所述侧壁的外周设置的周向壁，所述周向壁和所述侧壁相对于所述发电机构的轴线固定地设置，在所述周向壁上设置有所述上端开口和所述下端开口。

本实用新型另一方面提供了一种包括上述的储能发电装置的间歇式发电系统。

基于上述技术方案可知，本实用新型至少取得了以下有益效果：

本实用新型提供的储能发电装置结构简单，易于组装；所用的储能介质为颗粒材料，其成本低、易于获取、无污染，且升级空间较大，能够有效解决能源(尤其是间歇式能源)的储能及滤波问题。

附图说明

图1为包括根据本实用新型实施例的储能发电装置的间歇式发电系统的系统框图；

图2为根据本实用新型实施例的间歇式发电系统的整体示意图；

图3为根据本实用新型实施例的储能发电装置的结构示意图；

图4为根据本实用新型实施例的转化单元的内部结构图；

图5为根据本实用新型实施例的转化单元的外部结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

图1为本实用新型的一个实施例的包括储能发电装置的间歇式发电系统的系统框图，如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种储能发电装置和包括该储能发电装置的间歇式发电系统。在该间歇式发电系统中，间歇式能源101中产生的电能被分为两部分，一部分直接并入电网102，用于为用户提供电能，另一部分传输至储能发电装置100，储能发电装置100可将电能转化变为势能进行存储，需要时再将势能转化为电能并入电网102中。在由势能转化为电能的过程中，储能发电装置100还可根据实际情况对产生的电能进行滤波，例如调压、调频等，以满足电网的入网要求。

上述的间歇式能源101例如可以为太阳能、风能、潮汐能等。根据一些实施例，参照图2，其中利用的能源为风能，该间歇式发电系统包括发电机组5和电能调节模块6。发电机组5用于利用风能产生电能，电能调节模块6用于对发电机组5产生的电能进行调压、调峰等处理。电能调节模块6处理后的电能一部分直接并入系统的输出端10即电网102中，另一部分传输至储能发电装置100。

根据一些实施例，对于储能发电装置100，如图1所示，其包括驱动模块1、存储模块2、转化模块3和回收模块4。其中，驱动模块1用于将储能介质从相对低的位置运送至相对高的位置；存储模块2用于存储由驱动模块1运送至相对高的位置处的储能介质；转化模块3用于将储能介质的重力势能转化为电能；回收模块4用于回收和存储由转化模块3处理后的储能介质。

本实用新型的实施例中，所用的储能介质为固体颗粒物。例如，固体颗粒物可以选用金属或非金属材料，如铁、石英等，甚至可选用砂石。颗粒也可根据需要使用非磁性或磁性的材料。颗粒直径在毫米至厘米量级，对颗粒粒径及颗粒形状要求不高，固体颗粒可以具有圆球体形状、椭圆球体形状或多面体等形状。

本实用新型提供的储能发电装置100结构简单，易于组装；所用的储能介质为颗粒材料，其成本低、易于获取、无污染，能够有效解决能源(尤其是间歇式能源)的储能及滤波问题，并且可根据间歇能源的溃入状态进行升级。

根据一些实施例，进一步参照图2和图3，驱动模块1包括至少一个物料斗7和提升机，物料斗7用于存放储能介质，提升机用于提升物料斗7和其中的储能介质。在此，可以沿着物料斗7的提升方向设置多个物料斗7，从而能够对储能介质进行连续提升输送。

本实用新型的实施例中，驱动模块1的作用是将储能介质从下方的回收模块提升到具有一定垂直高度的存储模块2。提升机7需要的能量由外部能源，例如间歇式能源提供，提升高度或者储能介质重量可根据间歇式能源的发电机组数量而定。在存储模块2容量不变的前提下，高度越高、重量越大，存储电能越大；同时，转化模块3的转化单元9的结构直径越大，则其中的储能介质的势能越大，转化效率越高。在电能转化为储能介质的势能的过程中会损失一定的能量，但是考虑稳定、连续发电入网的要求，损失一定电能是可以接受的。提升机7可根据选用储能介质的材质不同，如是否带有磁性等，采用不同的设计方案，例如可选用NE系列提升机、垂直提升机、JK提升机、电磁提升机等。

根据一些实施例，参照图2和图3，存储模块2包括存储容器8、设置在存储容器8的顶部的物料入口以及设置在存储容器8的底部的物料出口。优选地，在物料出口段处设置有管道13，在管道13上设置有调节阀12，调节阀12用于调节储能介质从存储容器8的物料出口流出的流量，并且可在转化模块3的上方的管道段处设置多个调节阀12。

本实用新型的实施例中，存储模块2位于转化模块3的上方，驱动模块1的顶部的下游，由驱动模块1提升上来的储能介质被注入并存放在存储容器8中。存储容器8可设置为具有圆形或矩形横截面的斗状结构或者为底部具有倾斜面的箱状体，在斗状结构或者底部具有倾斜面的箱状体的下方具有物料出口，物料出口处设置有引导储能介质流过的管道13，在管道13上设置有调节阀12，能够调节物料出口的大小，以控制储能介质的流量和流速。优选地，位于调节阀12的下方的管道为垂直或者具有一定角度的管道端部，可以通过选择多个调节阀12中的适当的一个作为调节流量的调节阀，而其他调节阀选择为完全打开状态，从而能够通过采用处于不同高度的调节阀来调节储能介质下落至管道端部的高度。储能介质可以从上方沿管道13下落至下方的转化模块3。管道端部与水平面呈垂直状态或者具有一定的倾斜角度，倾斜角度优选10度～90度，比如可以为50度。

本实用新型的实施例可以通过调节阀12来调节物料出口的大小，以保证转化模块3中的储能介质的流量和流速可调，由此可通过控制储能介质的流量来控制发电机的转速，进而可调节输出电力峰值、频率等参数，以期达到外围电网的连接要求。

根据一些实施例，参照图2和图3，转化模块3包括至少一个转化单元9，转化单元9用于将储能介质的重力势能转化为电能。有利地，可以沿着储能介质的下落方向设置多个转化单元9，由此可以对具有一定势能的储能介质进行多次利用，从而最大限度地利用储能介质所存储的势能。

进一步参照图4和图5，优选地，转化单元9包括用于接收储能介质的上端开口14、用于排出储能介质的下端开口20以及设置于上端开口14与下端开口20之间的发电机构18。

优选地，该发电机构18为轮状结构，其包括设置在中心部的转轴19以及围绕转轴19设置的多个轮叶挡板16，多个轮叶挡板16能够与转轴19一起围绕发电机构18的轴线旋转。

优选地，发电机构18还包括沿着轴线方向设置在轮叶挡板16的两侧的侧壁15。更优选地，发电机构18还包括围绕侧壁15的外周设置的周向壁17，周向壁17和侧壁15相对于发电机构18的轴线固定地设置，上端开口14和下端开口20均设置于周向壁17上。

本实用新型的实施例中，转化模块3位于存储模块2的下方，用于将存放在存储模块2中的具有一定势能的储能介质转化为电能。产生的电能被输出至外部电网102。转化单元9可设置为轮状，中间有转轴19可以转动。转化模块3的转化单元9的两侧具有侧壁15，为圆形，两个侧壁15的中间设置有轮叶挡板16，轮叶挡板16的数量可根据实际要求进行设置，两个侧壁15由周向壁17进行连接，共同构成包壳将轮叶挡板16进行封闭，周向壁17的顶端和底端分别设有上端开口14和下端开口20，上端开口14用于注入储能介质，下端开口20用于使储能介质流出。转化过程中，储能介质从存储模块2的出口注入转化单元9内，储能介质作用在轮叶挡板16上，其重力作为动力驱动轮叶挡板16和转轴19，并带动发电机发电。转化模块3工作时轮叶挡板16沿轴转动，侧壁15和周向壁17构成的包壳固定不动。

本实用新型的实施例中，如图3所示，转化单元9的数量可以根据实际需要进行设定，在存储模块2的容量不变的前提下，高度越高，存储电能越大。当存储模块2高度较高时，转化单元9可采用多台串联方式，以提高势能利用率，转化单元9数量至少为一台，最多可达数十台。若采用多台串联方式，此时，上端开口14可与存储模块2的出口或者上一个转化单元9的下端开口20连接；下端开口20可与回收模块11或者下一个转化单元9的上端开口14连接。优选地，还可在下端开口20处设置斜槽21，使储能介质更准确地流入下方的另一个转化单元9或回收模块4中。

在本实用新型的实施例中，回收模块4位于转化模块3的下方，包括回收容器11，经转化模块3工作后的储能介质，从转化模块3底端的开口流出，进入回收容器11内，等待下一轮的提升。

下面结合附图1-5，介绍本实用新型实施例中的储能发电装置和间歇式发电系统的工作流程。

1、一般情况下，间歇式能源系统(图中所示为风力，也可以是其他间歇式能源)的发电机组5将间歇式能源(图中所示为风能)转化为电能，多台发电机组5产生的电能被集中在电能调节模块6中进行调压、调峰，在用电低谷期间，其中的一部分电能直接并入系统的输出端10即电网102中，另一部分电能被传输至驱动模块1中。

2、被传输至驱动模块1的电能带动驱动模块1中的提升机通过物料斗7将下方回收容器11内的颗粒状储能介质提升至上方具有一定垂直高度的存储容器8中，此时即将电能转化为势能并进行存储。

3、当遇到间歇性电能不稳定或者用电高峰的情况时，存储容器8中的颗粒状储能介质即在重力的作用下，从存储容器8的出口下方的管道13流出，并从转化单元9的上端开口14中注入。此时颗粒状储能介质落入转化单元9中的由两个侧壁15、多个轮叶挡板16及相应的周向壁17构成的发电机构18内，当颗粒状储能介质注入一定的量时，在重力的作用下颗粒推动轮叶挡板16以转轴19为中心开始转动，颗粒状储能介质的势能即转化为轮叶挡板16运转的动能，轮叶挡板16的运转带动发电机进行发电，产生的电能进行滤波后接入电网102。其中，在存储容器8的出口下方的管道13上可设置一个或多个调节阀12，能够通过控制调节阀12来调节出口的大小，从而控制颗粒状储能介质流的流量和流速。此外，在设置多个调节阀12的情况下，可以通过调节处于不同高度处的一个调节阀而同时完全打开其他调节阀来控制颗粒状储能介质流的下落高度。

4、转化模块3中的颗粒状储能介质在重力的作用下，从每一个转化单元9的上方转动至其下方，最终在重力的作用下，从下端开口20流出至下方的回收模块4中，等待下一轮提升。

本实用新型的提出了一种采用颗粒状储能介质作为能源转化介质的储能发电装置及使用该装置的间歇式发电系统。该储能发电装置能够通过将电能转化为势能的方式对间歇式能源产生的电能进行存储，同时还可通过将势能转化为动能、再转化为电能的方式进行发电并输入至电网。该系统还可实时调节电能的电压、频率，进行滤波，以解决目前间歇式能源行业内由于能源不连续性、随机性等特点造成的电压、频率不稳定以及并网困难等问题。本实用新型由于采用的是颗粒材料，还克服了由于地理、地形、水资源匮乏等条件限制，采用其他储能方式成本高、利用率低等缺陷。本实用新型的模块化结构易于组装、运行稳定且储能、滤波效率高，更适用于地理条件恶劣、地形条件特殊、干旱地区间歇式能源的储能及稳定输出。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。