一种重力储能装置的制作方法

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种重力储能装置。

背景技术：

可再生能源的开发和利用在不久的将来将迎来大发展期。在可再生能源中，太阳能、风能发电不稳定，所以需要通过很多的储能技术来调峰填谷。目前用最多的是抽水储能，但抽水储能依赖于天然条件，因此数量有限，单靠抽水储能来调峰填谷是远远不够的。而大型的风力发电场和大型的太阳能发电厂往往需要更大的储能设备，用电池储能成本太高，而且电池用2~3年后会出现衰减老化，电储量下降。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种重力储能装置，该装置不仅有利于对能量进行存储利用，而且结构简单，制造成本低，适用范围广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种重力储能装置，包括控制模块、吊篮、高架边梁、固定滑轮、活动滑轮、导向轮、卷扬机、线缆、变速器和电动发电机，所述吊篮是重力的载体，所述固定滑轮连接在高架边梁上，所述活动滑轮连接在吊篮上，所述线缆一端连接在高架边梁上，然后穿绕过所有活动滑轮和固定滑轮后，通过导向轮连接到卷扬机；所述卷扬机转动拉拽线缆时吊篮上升，所述控制模块控制重力储能装置的能量输入、能量储存和能量输出，所述卷扬机设有刹车器，所述卷扬机通过变速器连接电动发电机，所述控制模块控制电流、高压液体或高压气体形式的能量输入到电动发电机，让电动发电机转动，电动发电机通过变速器驱动卷扬机卷起线缆，拉拽线缆把吊篮提升做能量输入；所述控制模块停止把电流、高压液体或高压气体能量输出给电动发电机，电动发电机停止转动，同时所述控制模块启动刹车器制动卷扬机，卷扬机停止回转为能量储存；所述控制模块控制松开刹车器，吊篮下降，线缆拉动卷扬机反向转动，卷扬机通过变速器驱动电动发电机发电做电力输出。

进一步地，所述高架边梁上沿周部间隔布设有多个所述固定滑轮，所述吊篮上沿周部对应间隔布设有多个所述活动滑轮，且各固定滑轮与活动滑轮沿周向错开设定角度，所述线缆一端连接在高架边梁上，然后向下穿绕过活动滑轮，再向上穿绕过固定滑轮，如此上下往复穿绕所有活动滑轮和固定滑轮，直到最后从固定滑轮下拉连接到卷扬机。

进一步地，所述活动滑轮的数量为2个或3个，当活动滑轮的数量为2个时，所述活动滑轮铰接在吊篮两侧，保证吊篮重力平衡不倾斜，所述高架边梁两侧对应设有与所述活动滑轮配合使用的固定滑轮，以平均吊起承载吊篮的重量；当活动滑轮的数量为3个时，所述活动滑轮呈正三角均布铰接在吊篮周部，所述高架边梁上对应设有与所述活动滑轮配合使用的固定滑轮，以呈正三角吊点吊起吊篮。

进一步地，所述高架边梁上设有顶部接头，所述线缆的起点端连接在顶部接头上，所述线缆以顶部接头为起点，向下穿过第一活动滑轮再向上穿过第一固定滑轮为一环，然后向下穿过第二活动滑轮又往上穿过第二固定滑轮为第二环，如此往复，所述线缆从活动滑轮到固定滑轮一直上下穿绕直到从最后一个固定滑轮下来，再通过导向轮连接所述卷扬机，所述卷扬机拉拽线缆时，吊篮上升。

进一步地，所述高架边梁和吊篮为包括圆形、正多边形的对称形结构，所述固定滑轮和活动滑轮分别均匀铰接在高架边梁和吊篮的周部。

进一步地，还包括卷盘机构，所述卷盘机构包括卷盘、卷盘车和铁轨，所述卷盘架设在卷盘车上，卷盘车可在铁轨上左右滑动，所述控制模块控制卷盘的转动、制动和停止制动，所述线缆从固定滑轮绕下来后，通过导向轮缠绕到卷扬机上，所述线缆在卷扬机上缠绕后绕出，通过导向滑轮缠绕在卷盘机构的卷盘上，所述导向滑轮用于让线缆按固定方向运动，避免在卷盘上出现跳线、打结现象；当吊篮下降时，控制模块控制卷盘停止制动，卷盘随着线缆被拉拽做反向转动；当卷盘收卷线缆时，所述卷盘车左右滑动，配合卷盘有顺序地缠绕线缆，使得每一层缠绕的线缆每圈左右有顺序紧挨着，不出现跳线、打结现象，避免出现故障，或者卷盘车固定，卷盘前的导向滑轮左右滑动，配合卷盘收卷线缆，让线缆有顺序紧挨着。

进一步地，包括多个安全刹车器，各安全刹车器分别设于固定滑轮旁侧，所述刹车器经托架固定安装在高架圈梁下方，所述线缆穿过刹车器后穿绕固定滑轮，当线缆出现意外断裂时，所述刹车器感应到线缆异常滑动，缓冲刹车，保护吊篮不下坠；所述刹车器包括刹车片、液压制动器和超声波检测器，所述超声波检测器用于检测从刹车器滑动过的线缆是否出现断裂隐患。

进一步地，所述卷扬机包括离合单向离合器和滚筒，所述线缆缠绕在滚筒上做能量输出或输入，滚筒正转时，线缆被往卷扬机方向拉拽，提升吊篮做能量输入，吊篮下降时，线缆往吊篮方向回拉，滚筒反转做能量输出；在能量输入时，控制模块控制离合单向离合器与滚筒连动，连接离合器同时松开刹车器，滚筒只单向正转不反转，滚筒正转提升吊篮做能量输入，当滚筒停止转动时不会出现逆转，防止吊篮下落；在能量输出时，控制模块控制离合单向离合器与滚筒不连动并松开刹车器，吊篮下降，线缆往吊篮方向回拉滚筒，滚筒被拉反向转动，滚筒通过变速器转动发电机发电做电力输出。

进一步地，对于重量大于阈值的吊篮，所述重力储能装置设有多条线缆，并对应设有可绕设多条线缆的固定滑轮和活动滑轮，各线缆一端分别连接在高架边梁上，然后穿绕过所有活动滑轮和固定滑轮后，通过导向轮连接到卷扬机；所述卷扬机采用多滚筒结构，与多滚筒同轴相连的行星齿轮与中心齿轮配合连接，所述中心齿轮通过变速器连接电动发电机。

进一步地，所述多滚筒结构的卷扬机包括中心齿轮和多个行星齿轮，各行星齿轮均布于中心齿轮周部并与中心齿轮配合连接，所述中心齿轮中部经变速器连接电动发电机，各行星齿轮分别与一滚筒同轴连接，各滚筒上分别缠绕所述线缆，所述中心齿轮通过各行星齿轮带动相应的滚筒正转，以同时拉拽多条线缆，或者所述多条线缆同时拉拽相应的滚筒反转，以通过各行星齿轮同时驱动中心齿轮旋转。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种基于物理储能的重力储能装置，该装置能够存储更大的能量，有利于对能量进行存储利用，而且结构简单，对环境要求低，不受环境条件限制，投资成本低，对于一些条件不好的地方或小的海岛可以当物理蓄电池，能为可再生能源存储提供更好的选择，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图。

图2是本发明第二实施例的结构示意图（活动滑轮数量为2个）。

图3是本发明第三实施例的结构示意图（活动滑轮数量为3个）。

图4是本发明第一实施例的结构示意图（高架边梁为圆形）。

图5是本发明第四实施例的结构示意图（高架边梁为正方形）。

图6是本发明实施例中卷盘机构的结构示意图。

图7是本发明实施例中安全刹车器的结构示意图。

图8是本发明实施例中卷扬机的结构示意图。

图9是本发明实施例中多条线缆与固定滑轮和滑动滑轮的连接结构示意图。

图10是本发明实施例中多条线缆与卷扬机滚筒的连接结构示意图。

图11是本发明实施例中多条线缆与卷盘机构的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种重力储能装置，如图1、4所示，包括控制模块12、吊篮1、高架边梁2、固定滑轮3、活动滑轮4、导向轮8、卷扬机9、线缆5、变速器10和电动发电机11，所述吊篮是重力的载体，所述固定滑轮连接在高架边梁上，所述活动滑轮连接在吊篮上，所述线缆一端连接在高架边梁上，然后穿绕过所有活动滑轮和固定滑轮后，通过导向轮连接到卷扬机；所述卷扬机转动拉拽线缆时吊篮上升，所述控制模块控制重力储能装置的能量输入、能量储存和能量输出，所述卷扬机设有刹车器13，所述卷扬机通过变速器连接电动发电机，所述控制模块控制电流、高压液体或高压气体形式的能量输入到电动发电机，让电动发电机转动，电动发电机通过变速器驱动卷扬机卷起线缆，拉拽线缆把吊篮提升做能量输入；所述控制模块停止把电流、高压液体或高压气体能量输出给电动发电机，电动发电机停止转动，同时所述控制模块启动刹车器制动卷扬机，卷扬机停止回转为能量储存；所述控制模块控制松开刹车器，吊篮下降，线缆拉动卷扬机反向转动，卷扬机通过变速器驱动电动发电机发电做电力输出。

在本实施例中，所述高架边梁上沿周部间隔布设有多个所述固定滑轮，所述吊篮上沿周部对应间隔布设有多个所述活动滑轮，且各固定滑轮与活动滑轮沿周向错开设定角度，所述线缆一端连接在高架边梁上，然后向下穿绕过活动滑轮，再向上穿绕过固定滑轮，如此上下往复穿绕所有活动滑轮和固定滑轮，直到最后从固定滑轮下拉连接到卷扬机。

在本发明其他实施例中，所述活动滑轮的数量为2个或3个。如图2所示，当活动滑轮的数量为2个时，所述活动滑轮21铰接在吊篮23两侧，保证吊篮重力平衡不倾斜，所述高架边梁24两侧对应设有与所述活动滑轮配合使用的固定滑轮22，以通过线缆25平均吊起承载吊篮的重量。如图3所示，当活动滑轮的数量为3个时，所述活动滑轮31呈正三角均布铰接在吊篮33周部，所述高架边梁34上对应设有与所述活动滑轮配合使用的固定滑轮32，以通过线缆35呈正三角吊点吊起吊篮。

所述高架边梁上设有顶部接头6，所述线缆的起点端连接在顶部接头上，所述线缆以顶部接头为起点，向下穿过第一活动滑轮再向上穿过第一固定滑轮为一环，然后向下穿过第二活动滑轮又往上穿过第二固定滑轮为第二环，如此往复，所述线缆从活动滑轮到固定滑轮一直上下穿绕直到从最后一个固定滑轮下来，再通过导向轮连接所述卷扬机，所述卷扬机拉拽线缆时，吊篮上升。

如图4或5所示，所述高架边梁和吊篮为包括圆形、正多边形的对称形结构，所述固定滑轮和活动滑轮分别均匀铰接在高架边梁和吊篮的周部，把重力分散在圆形或正多边形的周部。所述高架边梁呈闭合，这样的闭合形成整体，结构更牢固，承载力更大。

在重力储能方面，重力体是个很重要的部件。为适应市场需求，就得制造出更大功率的储能器，这个储能器就需要大跨度、大面积、质量高的重力体。这样重力体的重量要达到百万吨以上，跨度往往要达到几十米、上百米。如果单靠在重力体中间点吊起，就要做大跨度的梁来承载，技术难度高，投资成本巨大。针对跨度大、重量重的特点，开发设计出本技术。本技术的工作原理是在重物的两侧设起吊点，跨度再大也能吊起。如果起吊点在物体中间，首先就得做座比它跨度还大的拱形桥，投资巨大。相比申请号201710099068.3的技术，它的起吊点就在重物体的中部，承载点在重物体上空的横梁或桥梁中部来吊起支撑，这样如果重物体跨度200米，达到百万吨，那对横跨在重物体上面的横梁要求就很高来，要达到要求投资就非常巨大。本发明工作原理与它区分是我们起吊点在重力体的四周边上，用两边、三点或一圈平均分布方式，把原来集中一点的起吊点变成分布开，变成多点或上万点做起吊点，起吊点可以根据实际需要来设计，这样把重力分散开，减轻承载建筑物的局部超重负载。起吊承载点在边上，不需要从重物体中间跨过的横梁或拱桥等，可以做成两点或三点架，如图2或3，起吊点在柱子或桥墩上端。高架边梁也可以为四方形、圆形或菱形其他几何形状如图4或5，这些在上空形成几何闭环，高架边梁结构更牢固，承载力更强。整体形状像锥体，结构更稳、承载力加大。也可以一半在地上，一半在地下深井混合式让吊篮垂直上下升降，最低可以降低井底，最高可以升到靠近高架边梁；边梁中间根据力学需要，可以加n根支撑柱，这些支撑柱不影响重力体上升下降。直接在物体边缘起吊如图1或做三点起吊如图3，减少投资成本；在超级重力承载方面：本技术采取多点平均分布承载，如图4或5，像一块布缝在一个洞一样，四周平均分布，虽然单根线力量很小，但整体很多缝节点均匀分布力量就大了。同理我们把超级重的吊篮四周分布很多这样的“缝点”把它起吊起来，四周均匀承载就很轻松。假如吊篮为一百万吨，吊篮为圆筒形，一周布置2万这样的起吊点，每个起吊点的承载力为50吨，钢绳10条，每条钢绳承载5吨拉力。本技术是把这些起吊点平均分布于重力体的两侧、四周或一圈，围绕着重力体边缘起吊。起吊承载点同样配合平均分布于重力体两侧、四周或一圈上空的边梁上，让重力体平稳、平衡升降，保持能量稳定输出，保证安全。

如图6所示，该装置还包括卷盘机构，所述卷盘机构包括卷盘14、卷盘车15和铁轨16，所述卷盘架设在卷盘车上，卷盘车可在铁轨上左右滑动，所述控制模块控制卷盘的转动、制动和停止制动，所述线缆从固定滑轮绕下来后，通过导向轮缠绕到卷扬机上，所述线缆在卷扬机上缠绕后绕出，通过导向滑轮17缠绕在卷盘机构的卷盘上，所述导向滑轮用于让线缆按固定方向运动，不让线缆左右、上下乱跑，避免在卷盘上出现跳线、打结现象；当吊篮下降时，控制模块控制卷盘停止制动，卷盘随着线缆被拉拽做反向转动；当卷盘收卷线缆时，所述卷盘车左右滑动，配合卷盘有顺序地缠绕线缆，使得每一层缠绕的线缆每圈左右有顺序紧挨着，不出现跳线、打结现象，避免出现故障，或者卷盘车固定，卷盘前的导向滑轮左右滑动，配合卷盘收卷线缆，让线缆有顺序紧挨着。

如果卷扬机直接收卷线缆，随着卷的圈数越多，线缆在卷扬机的圈的直径也会越大，直径越大卷扬机卷起来就越吃力，如果采用的是变频收卷，对小物体可以，对超级重量的大物体就难了。本发明解决了卷扬机的轴径始终不变，工作的功率就恒定不变，又能通过卷盘卷收越来越多的线缆。本发明是卷扬机做功和卷盘收卷线缆分开，解决以上卷扬机卷线缆圈数越多，卷扬机转动轴径越大的矛盾。

所述卷盘转动时对线缆进行缠绕收集，所述卷盘设有过载保护装置，当卷盘转动，卷力异常出现卷力过度时，过载保护装置将超过的卷力释放，保持正常的卷力以保护线缆。

如图7所示，所述重力储能装置包括多个安全刹车器7，各安全刹车器分别设于固定滑轮旁侧，所述安全刹车器经托架71固定安装在高架圈梁下方，所述线缆穿过安全刹车器后穿绕固定滑轮，当线缆出现意外断裂时，所述刹车器感应到线缆异常滑动，缓冲刹车，保护吊篮不下坠；所述刹车器包括刹车片72、液压制动器73、超声波检测器74和外壳75，所述超声波检测器用于检测从刹车器滑动过的线缆是否出现断裂隐患。

如图8所示，所述卷扬机包括离合单向离合器和滚筒，所述线缆缠绕在滚筒上做能量输出或输入，滚筒正转时，线缆被往卷扬机方向拉拽，提升吊篮做能量输入，吊篮下降时，线缆往吊篮方向回拉，滚筒反转做能量输出；所述离合单向离合器主要由单向逆止离合器和离合器组成，在能量输入时，控制模块控制离合单向离合器与滚筒连动，连接离合器同时松开刹车器，滚筒只单向正转不反转，滚筒正转提升吊篮做能量输入，当滚筒停止转动时不会出现逆转，防止吊篮下落；在能量输出时，控制模块控制离合单向离合器与滚筒不连动并松开刹车器，吊篮下降，线缆往吊篮方向回拉滚筒，滚筒被拉反向转动，滚筒通过变速器转动发电机发电做电力输出。

所述电动发电机包括发电机和电动机，发电机和电动机各自配设离合器，当要做能量输入时，控制模块控制离合器，只让电动机连接变速器，发电机离合状态不动，电动机通过变速器转动卷扬机吊起吊篮；当要做电力输出时，控制模块控制离合器，只让发电机连接变速器，电动机离合状态不动，控制模块松开刹车器后，吊篮下降，拉拽卷扬机，卷扬机通过变速器驱动发电机发电。

用于支撑高架边梁的柱子间隔一定高度设有凹槽，所述吊篮底部设有伸缩架，伸缩架由液压缸推拉伸缩。当吊篮吊起后，需要较长时间储能，吊篮吊着不动，这时所述伸缩架伸出架在柱子的凹槽内，用伸缩架来支撑吊篮的重量，以减少线缆的负载，延长线缆的使用寿命；当需要输出能量时，线缆吊起一点点吊篮，线缆开始吊起承载吊篮重量，伸缩架收回，启动能量释放输出。

所述吊篮底部和四周由钢筋混凝土浇筑成外壳，中间空着填砂石或铁矿石等，质量重，成本低的物体做填充物，增加吊篮重量；吊篮四周有对称分布与活动滑轮铰接的接头；活动滑轮铰接后通过线缆与上方固定滑轮配合，拉拽线缆吊篮就能实现上下升降。

所述吊篮四边有高度感应器，它实时监测吊篮上升下降是否平衡，出现不平衡控制模块会制动卷扬机保护，并通知工作人员异常状况。

如图9所示，对于重量大于阈值的吊篮，即对于重量大于阈值的吊篮，所述重力储能装置设有多条线缆，并对应设有可绕设多条线缆的固定滑轮51和活动滑轮52，各线缆一端分别连接在高架边梁上，然后穿绕过所有活动滑轮和固定滑轮后，通过导向轮连接到卷扬机；所述卷扬机采用多滚筒结构，与多滚筒同轴相连的行星齿轮与中心齿轮配合连接，所述中心齿轮通过变速器连接电动发电机。

如图10所示，所述多滚筒结构的卷扬机包括中心齿轮53和多个行星齿轮54，各行星齿轮均布于中心齿轮周部并与中心齿轮配合连接，所述中心齿轮中部经变速器连接电动发电机，各行星齿轮分别经一传动轴57与一滚筒55同轴连接，各滚筒上分别缠绕所述线缆56，所述中心齿轮通过各行星齿轮带动相应的滚筒正转，以同时拉拽多条线缆，或者所述多条线缆同时拉拽相应的滚筒反转，以通过各行星齿轮同时驱动中心齿轮旋转。

如图11所示，所述多条线缆缠绕在滚筒上之后，一端通过导向轮往滑轮方向，另一端通过导向滑轮58缠绕在卷盘机构上。所述卷盘机构包括多个卷盘59、卷盘车60和铁轨61，所述卷盘均架设在卷盘车上，卷盘车可在铁轨上左右滑动；各线缆在从滚筒上绕出后，通过导向滑轮缠绕在卷盘机构相应的卷盘上，所述导向滑轮用于让线缆按固定方向运动，避免在卷盘上出现跳线、打结现象；当吊篮下降时，控制模块控制各卷盘停止制动，各卷盘随着线缆被拉拽做反向转动；当卷盘收卷线缆时，所述卷盘车左右滑动，配合各卷盘有顺序地缠绕线缆，使得每一层缠绕的线缆每圈左右有顺序紧挨着，不出现跳线、打结现象，避免出现故障，或者卷盘车固定，卷盘前的导向滑轮左右滑动，配合各卷盘收卷线缆，让线缆有顺序紧挨着。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。