一种蓄能电站的制作方法

1.本技术涉及电力系统储能技术领域，特别是涉及一种蓄能电站。


背景技术：

2.随着新能源的发展，例如风力发电与光伏发电等，这些新能源在电力系统中的比例逐渐增加，但由于这些新能源的波动性较大，用于发电时发电功率不总是稳定的，当电力系统功率过剩时，新能源所发的电能无法被电力系统全额消纳，被迫弃风或弃光而停发，浪费资源；当电力系统功率不足时，新能源发电可能遇到风速不足或无光，无法全额输出电力系统缺少的功率。因此电力系统需要配置储能系统，储存过剩电能或在电力系统功率不足时释放电能到电力系统中。
3.目前常用的储能系统主要有以下几种：
4.1、抽水蓄能电站能够一定程度地储存系统过剩的能量，并在需要时及时释放所储存的能量，但是受到水资源与水库地理条件的限制，往往在新能源基地不具备建设抽水蓄能电站的条件，而且抽水蓄能电站投资大，建设周期长。
5.2、化学电池蓄能电站技术成熟，电站位置灵活，响应速度快，但是化学储能的能量密度小，成本高，电池消耗快，并且存在火灾或爆炸风险，退役电池的环保隐患大。
6.3、其他的储能形式，例如压缩空气动力储能、飞轮机械储能等都在探索之中，缺少商业应用。
7.因此，以列车为主要配重、将电能转换为重力势能存储的物理蓄能电站仍为一种重要的储能系统，但是现有的车轨铁路可以攀爬的斜坡坡度为4％至6％，若想满足储存大量电能的需求，需要极长的铁路供列车攀爬，成本高昂的同时，实施更容易被环境限制。
8.所以，如何在新能源基地建设安全环保的大型物理蓄能电站，是本领域的技术人员亟需要解决的问题。


技术实现要素：

9.本技术的目的是提供一种蓄能电站，解决现有的物理储能电站仍存在车轨铁路攀爬坡度有限，使得实施更容易受到环境限制以及成本更高的问题。
10.为解决上述技术问题，本技术提供一种蓄能电站，包括：斜坡路基1、齿轨铁路2、电力机车3、蓄能载荷列车4和电力线路5；电力机车3包括：驱动齿轮31、牵引装置32和控制器33；其中，驱动齿轮31用于与齿轨铁路2啮合；牵引装置32包括：受电弓321、开关322、变流器323和双模电机324；双模电机324为在电动机模式或发电机模式之间切换运行模式的电机；受电弓321、开关322和变流器323依次串联，该串联电路的两端分别连接电力线路5和双模电机324；控制器33分别与开关322和双模电机324连接，用于控制开关322的开闭状态和双模电机324的运行模式；蓄能载荷列车4与电力机车3连接；齿轨铁路2铺设于斜坡路基1处。
11.优选地，还包括：顶部停车场；顶部停车场设置于齿轨铁路2位于高处的一端，用于存储蓄能载荷列车4和电力机车3。
12.优选地，还包括：底部停车场；底部停车场设置于齿轨铁路2位于低处的一端，用于存储蓄能载荷列车4和电力机车3。
13.优选地，斜坡路基1设置于直线型斜坡，对应的，齿轨铁路2为直线型轨道。
14.优选地，斜坡路基1设置于山坡，对应的，齿轨铁路2为盘山式轨道。
15.优选地，斜坡路基1设置于坑洞，对应的，齿轨铁路2为螺旋式轨道。
16.优选地，齿轨铁路2为多条，且齿轨铁路2之间并列设置。
17.优选地，双模电机324和驱动齿轮31为多组，且双模电机324和驱动齿轮31一一对应。
18.优选地，电力机车3还包括：配重34。
19.优选地，蓄能载荷列车4还包括：驱动齿轮31和牵引装置32。
20.本技术提供的一种蓄能电站通过电力机车与电力线路连接，当电力线路内的功率过剩时，电力机车通过受电弓吸收电力线路的电能，控制器控制双模电机为电动机模式，驱动所述电力机车爬坡，且电力机车与蓄能载荷列车连接，牵引蓄能载荷列车一同爬坡，将电能转化为重力势能存储；当电力线路的功率不足时，控制器控制双模电机为发电机模式，蓄能载荷列车和电力机车在重力的作用下，沿着齿轨铁路向下运动，工作在发电机模式的双模电机将重力势能转化为电能，通过受电弓、变流器和开关输送入电力线路中，以实现蓄能电站储存电力系统电能的目的。同时，本技术所提供的一种蓄能电站是通过齿轨铁路为电力机车和蓄能载荷列车提供上坡方式的，齿轨铁路与电力机车的驱动齿轮啮合，提供更强的爬坡能力，相对于普通车轮在铁路上仅能攀爬斜坡坡度为4％至6％的斜坡，通过齿轨铁路的方式能够攀爬斜坡坡度达到48％的斜坡，大大降低同等爬升高度的情况下，铁路的铺设长度，且降低了建立蓄能电站时对周围环境地形的要求，进一步增加了蓄能电站的适用性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明提供的一种蓄能电站的结构示意图；
23.图2为本发明提供的一种齿轨铁路的结构示意图；
24.图3为本发明提供的一种电力系统与牵引装置连接的电路图；
25.图4a为本发明提供的一种基于山坡的盘山式齿轨铁路俯视示意图；
26.图4b为本发明提供的一种基于山坡的盘山式齿轨铁路侧视示意图；
27.图5a为本发明提供的一种基于坑洞的螺旋式齿轨铁路俯视示意图；
28.图5b为本发明提供的一种基于坑洞的螺旋式齿轨铁路侧视示意图；
29.其中，1为斜坡路基，2为齿轨铁路，3为电力机车，4为蓄能载荷列车，5为电力线路，31为驱动齿轮，32为牵引装置，33为控制器，34为配重，321为受电弓，322为开关，323为变流器，324为双模电机。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护范围。
31.本技术的核心是提供一种蓄能电站。
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
33.由于使用新能源发电的波动性较大，所以新能源发电站通常配备储能系统以存储新能源在功率过剩时的电能，并在功率不足时释放，目前常见的储能电站有抽水蓄能电站、化学电池蓄能电站以及物理蓄能电站的形式。由于抽水蓄能电站受水资源限制严重，且投资大、建设周期长，而化学电池蓄电站则存在能量密度小，成本高，电池消耗快，并且存在火灾或爆炸风险，退役电池的环保隐患大等问题。
34.所以，本技术提供的一种蓄能电站采用物理蓄能电站的形式，如图1所示，包括：斜坡路基1、齿轨铁路2、电力机车3、蓄能载荷列车4和电力线路5；斜坡路基1设置于蓄能电站所需设置位置的地形上，例如斜坡、山坡、坑洞等，用于铺设齿轨铁路2；齿轨铁路2的结构如图2所示，包括两条并列设置的钢轨21、齿轨22和枕木23；其中枕木23用于铺设钢轨21；两条钢轨21用于承载车体的车轮24，为电力机车3提供轨道路径；齿轨22一种可能的实施方式为设置于两条钢轨21中间，用于与电力机车3的驱动齿轮31啮合，以提供更强的爬坡能力。
35.电力机车3具体结构如图1中椭圆括起的放大部分所示，包括：驱动齿轮31、牵引装置32和控制器33。
36.其中，驱动齿轮31用于与齿轨铁路2啮合，以提供相对于普通车轮与普通钢轨之间的摩擦力更强的啮合力，使得电力机车3可以在坡度达48％的陡峭斜坡攀爬。同样的，也可以通过缆索牵引或链条驱动的方式增加电力机车3的爬坡能力。
37.牵引装置32如图3所示，包括：受电弓321、开关322、变流器323和双模电机324。
38.双模电机324为在电动机模式或发电机模式之间切换运行模式的电机，当双模电机324工作在电动机模式时，用于驱动车轮24或驱动齿轮31使得车体沿齿轨铁路2向上攀爬，当双模电机324工作在发电机模式时，用于在车体受重力作用沿齿轨铁路2下滑时产生电能。
39.受电弓321、开关322和变流器323依次串联，该串联电路的两端分别连接电力线路5和双模电机324，用于实现电力线路5与双模电机324之间的电能传输，具体为当电力系统(也即电力线路5)内的功率过剩时，双模电机324工作在电动机模式，电能由电力线路5向双模电机324传输，当电力系统内的功率不足时，双模电机324工作在发电机模式，电能由双模电机324向电力线路5传输。
40.控制器33分别与开关322和双模电机324连接，用于控制开关322的开闭状态和双模电机324的运行模式。由于蓄能电站通常在用电低谷期储存多余的电能，在用电高峰期释放存储的电能，所以在储能工作期间，控制器33切换双模电机324的工作模式为电动机模式，牵引列车组沿齿轨铁路2向上攀升，以将电力线路5内过剩的电能转换为重力势能存储起来；在发电工作期间，控制器33切换双模电机324的工作模式为发电机模式，在列车组沿
齿轨铁路2滑下时，能将释放的重力势能转换为电能输入至电力线路5内，实现本技术所提供的一种蓄能电站存储电能的释放。
41.蓄能载荷列车4与电力机车3连接，且包括车体和配重，当电力系统的功率过剩时，蓄能载荷列车4由电力机车3牵引沿齿轨铁路2向上攀爬，当电力系统的功率不足时，蓄能载荷列车4在车体和配重的重力作用下沿齿轨铁路2下滑，蓄能载荷列车4主要的作用为增加重量，使得在爬升高度不变的情况下一次爬升能增加更多的重力势能，进而实现存储更多电能的目的。
42.考虑到蓄能载荷列车4主要的作用是装载配重使得被电力机车3牵引爬升时可以将更多的电能转化为重力势能存储起来，所以，本实施例对于增加蓄能电站的储能，还提供一种优选方案，电力机车3还包括：配重34。
43.电力机车3的车体内除去装有上述必要的驱动齿轮31、牵引装置32和控制器33外，其余地方可以装载配重34，以增加自身重量，当电力机车3爬升时，能转换更多的重力势能。
44.需要进行说明的是，于本技术中，将能够独立完成通过沿同一齿轨铁路2攀爬、滑下从而实现电能存储与释放的一辆或多辆列车，称为一组列车组。通常来说，一组列车组设置有一辆电力机车3，用于牵引列车组沿齿轨铁路2爬升，并在列车组滑下时通过处于发电机模式的双模电机324将重力势能转化为电能，电力机车3牵引多辆蓄能载荷列车4，各蓄能载荷列车4之间首尾连接，位于首部的蓄能载荷列车4与电力机车3连接，受其牵引。但也存在一组列车组仅有一辆电力机车3、一组列车组仅为电力机车3连接一辆蓄能载荷列车4等实施方式，可根据实际情况自由选择。一般来说，一组列车组配有多少辆蓄能载荷列车4根据需要建立的蓄能电站的电能储量有关，所需的电能储量越多，相对的，所需转换的重力势能应越多，在爬升高度不变的条件下，列车组的总质量应该越大，也即更多辆的蓄能载荷列车4和/或每辆蓄能载荷列车4装载的配重质量更大。
45.另外，本技术并未限制齿轨铁路2的条数，当蓄能电站所处的地形满足条件，例如用于设置齿轨铁路2的斜坡地形足够宽，也可以并列设置多条齿轨铁路2，对应的，每条齿轨铁路2上都可以运行着不同的列车组，进一步提高本技术所提供的一种蓄能电站的蓄能能力。
46.此外，还值得注意的是，双模电机324在工作在发电机的模式时，会提供电磁制动转矩，使得列车组不会因为在重力的作用下而使车速失去控制。
47.同样，为了提高蓄能电站的蓄能能力，本实施例还提供一种关于齿轨铁路2的具体实施的优选方案，还包括：顶部停车场；顶部停车场设置于齿轨铁路2位于高处的一端，用于存储蓄能载荷列车4和电力机车3。
48.同理，另外一种优选实施方案还可以包括：底部停车场；底部停车场设置于齿轨铁路2位于低处的一端，用于存储蓄能载荷列车4和电力机车3。
49.底部停车场和顶部停车场除去可以在蓄能电站不工作停放电力机车3与蓄能载荷列车4之外，还可以在电力系统处于功率过剩或功率不足的状态过长时，通过于停车场更换电力机车3所牵引的蓄能载荷列车4，多次牵引转运，增大蓄能电站所能存储的电能总量。
50.具体的过程即为：当电力系统功率持续过剩时，电力机车3将与其连接的蓄能载荷列车4从齿轨铁路2所在斜坡的坡底牵引至坡顶，完成一次电能至重力势能的转换，但此时电力系统功率仍过剩，电力机车3可重新行驶至坡底，从底部停车场牵引新的蓄能载荷列车
4至坡顶，从而进行新一轮的电能至重力势能的转换过程；当电力系统的功率持续不足时亦是同理，电力机车3由蓄能载荷列车4牵引滑下产生电能后，在回到坡顶换新的一组蓄能载荷列车4牵引滑下，实现多次电能的释放，从而在不增设、延长现有的齿轨铁路2的情况下，增加蓄能电站的储能总量。
51.本技术所提供的一种蓄能电站的齿轨铁路2是需要设立在具备一定高低差的地形上的，所以在实际实施中，主要有以下几种情况：
52.斜坡路基1所处地形为直线型斜坡，对应的，齿轨铁路2为直线型轨道。
53.斜坡路基1所处地形为山坡6，对应的，齿轨铁路2为盘山式轨道，具体如图4所示，61为山顶，2为齿轨铁路，62为山底。
54.斜坡路基1所处地形为坑洞7，对应的，齿轨铁路2为螺旋式轨道，具体如图5所示，71为坑底，2为齿轨铁路，72为坑顶。
55.另外，有上述的说明可知，本技术并未限制电力机车3所设置有的驱动齿轮31的数量，但通常来说，双模电机324和驱动齿轮31一一对应，用于驱动电力机车3攀升，当一组双模电机324和驱动齿轮31所提供的牵引力不足时，本实施例提供一种优选方案：双模电机324和驱动齿轮31为多组，且双模电机324和驱动齿轮31一一对应。
56.多组双模电机324和驱动齿轮31的设置除去在列车组爬升时提供更大的牵引力，也可以在列车组滑下时提供更大的发电功率，也即增加了蓄能电站储电和放电的功率。
57.同样的，为实现上述增加多组双模电机324与驱动齿轮31的实施方案的有益效果，本实施例还提供另一种优选的实施方案，蓄能载荷列车4还包括：驱动齿轮31和牵引装置32。以在列车组爬升时提供更大的扭矩也即更大的牵引力，以及在列车组滑下时通过更多处于发电机模式的双模电机324提供更大的发电功率。
58.由上述可知，本技术所提供的一种蓄能电站通过双模电机驱动列车组沿着齿轨铁路攀爬或滑下，实现电能与重力势能之间的相互转化，当电力系统的功率过剩时，牵引列车组爬升，将过剩的电能转化为重力势能的形式存储，而当电力系统的功率不足时，又可以使双模电机工作在发电机模式，当列车组受重力作用滑下时，将重力势能转化为电能输送至电力系统中，以此实现蓄能电站的电能存储过程和电能释放过程，这种物理蓄能电站相比化学电池蓄能电站等形式要更加环保、且寿命更长，部署也不像抽水蓄能电站那样受水资源分布的限制，仅需要具有一定高低差的地形即可实现，列车组中所需的配重也可就地取材，如建设在沙漠中可以使用沙子作为配重，成本低廉、简单易得，进一步提高的本技术所提供的一种蓄能电站的适用性。同时，普通的列车行驶在普通的钢轨铁路上时，最大仅能攀爬坡度为6％的斜坡，否则就会因为车轮与钢轨打滑，出现摩擦力不足的现象，本技术则利用与齿轨铁路啮合的驱动齿轮，实现可以攀爬坡度达48％的斜坡，在同等爬升高度的情况下，本技术所需设置的铁路长度更短，且列车爬升能力强也使得蓄能电站建设时更不容易被环境所限制，可以建设在更多样的环境之中。
59.以上对本技术所提供的一种蓄能电站进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修
饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
60.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。