一种斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置及方法与流程

本发明涉及重力储能，特别是一种斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置及方法。

背景技术：

1、加快发展可再生能源是解决全球气候变化对人类社会重大影响、降低化石能源比重的重要措施。然而，以风电和光伏为主导的可再生能源具有随机性、波动性和间歇性的特点，这些特点给可再生能源大规模并网运行带来了困难与挑战。

2、储能系统能够有效降低可再生能源大规模并网造成的影响。目前的储能技术主要分为化学储能和物理储能。化学储能的主要载体是电池，具有成本较低的优点，但是存在热安全问题。物理储能安全性较高，适合实现电网调峰和电能昼夜转移。当前应用最为广泛的物理储能方式是抽水蓄能，但面临着选址困难、投资成本高、建设时间长等问题。

3、作为一种新型物理储能方法，重力储能具备抽水蓄能的所有优点，且具有更低的建设成本和更大的灵活性。重力储能选址灵活，可选取合适的山体表面建设斜坡，合理利用海拔优势将电能转化为重力势能储存起来。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是提供一种斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置及方法，其能够解决山体、地形制约下质量块的大规模堆放问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置，其包括堆放单元，包括上堆场组件、设置于上堆场组件一侧下堆场组件、设置于下堆场组件一侧的主牵引组件，以及设置于上堆场组件一侧的主斜坡；设置于下堆场组件顶部的质量块小车。

5、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：上堆场组件包括上堆场质量块堆放楼、设置于上堆场质量块堆放楼顶层的上引桥，以及设置于上堆场质量块堆放楼一侧的上堆场平台；下堆场组件包括下堆场质量块堆放楼、设置于下堆场质量块堆放楼顶层的下引桥，设置于下堆场质量块堆放楼一侧的下堆场平台；上堆场质量块堆放楼和下堆场质量块堆放楼具有若干组楼层，每组之间通过层间连桥连接，质量块小车可通过层间连桥在若干组上堆场质量块堆放楼和若干组下堆场质量块堆放楼的每组之间移动，上引桥一端和下引桥的一端与主斜坡的两端连接。

6、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：楼层内每层铺设一组质量块小车行驶轨道，与质量块小车行驶轨道垂直的若干组质量块小车堆放轨道，根据质量块小车的宽度，设置质量块小车堆放轨道的间距。

7、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：主牵引组件包括设置于上堆场质量块堆放楼顶层的第一牵引轮、设置于下堆场平台顶部的第二牵引轮，设置于主牵引组件两侧的辅助牵引件，以及设置于主斜坡顶部的钢缆；辅助牵引件包括设置于上堆场质量块堆放楼、下堆场质量块堆放楼、上引桥、下引桥、上堆场平台和下堆场平台轨道中部的直线电机初级，以及设置于质量块小车转向架上的直线电机次级。

8、本发明还提供一种斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放方法，其特征在于：包括斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置；以及，

9、使斜坡式重力储能系统处于储能状态；使斜坡式重力储能系统处于发电状态；控制直线电机的动能和势能的回收；对质量块小车信息状态监测和调度控制。

10、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：s1包括当斜坡式重力储能系统处于储能状态时，优先使处于下堆场质量块堆放楼底层的质量块小车行驶至下堆场平台，主牵引组件牵引着质量块小车进入主斜坡；随后下堆场质量块堆放楼的其他质量块小车按照所处的楼层次序由低到高依次通过层间连桥行驶至下堆场质量块堆放楼的底层，进入下堆场平台，主牵引组件牵引着质量块小车进入主斜坡；当质量块小车即将行驶至上堆场时，主牵引组件牵引着质量块小车进入上引桥并到达上堆场质量块堆放楼的顶层，随后质量块小车与主牵引组件脱离；质量块小车通过层间连桥行驶至上堆场质量块堆放楼中，优先进入上堆场质量块堆放楼底层堆放。

11、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：s2包括当斜坡式重力储能系统处于发电状态时，优先使处于上堆场质量块堆放楼底层的质量块小车行驶至上堆场平台，主牵引组件牵引着质量块小车进入主斜坡；随后上堆场质量块堆放楼的其他质量块小车按照所处的楼层次序由低到高依次通过层间连桥行驶至上堆场质量块堆放楼的底层，进入上堆场平台，主牵引组件牵引着质量块小车进入主斜坡；当质量块小车即将行驶至下堆场时，质量块小车与主牵引组件脱离，自行滑动至下引桥，到达下堆场质量块堆放楼的顶层；随后质量块小车通过层间连桥行驶至下堆场质量块堆放楼中，优先进入下堆场质量块堆放楼底层堆放。

12、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：s3包括当质量块小车速度过高或需从高势能点行驶至低势能点时，将直线电机设置为回馈制动状态，回收质量块小车的动能和势能。

13、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：s4包括在上堆场质量块堆放楼、下堆场质量块堆放楼、上引桥、下引桥、上堆场平台区域内和下堆场平台区域内的轨道周围设置质量块小车状态信息监测装置，该传感装置包括但不限于激光传感器、超声波传感器。接着将传感装置采集的信息转换为质量块小车运行状态信息，包括各质量块小车当前所处的空间位置、当前的速度情况、加速度情况等；并将质量块小车运行状态信息传输至质量块小车调度控制算法模型中。该算法模型将综合考虑斜坡式重力储能系统当前的能量状态以及电网调度指令，对上堆场质量块堆放楼和下堆场质量块堆放楼中的小车进行控制。

14、作为本发明斜坡式重力储能系统的质量块高能效堆放装置的一种优选方案，其中：s1时，可回收的势能可由下式计算：

15、

16、其中，mi为质量块小车的质量；ctotal为参与运行的质量块小车的总数；hup为上堆场质量块堆放楼的总高度；hp为下堆场质量块堆放楼每一层的层高；pi为质量块小车位于下堆场质量块堆放楼时所处的楼层；hq为上堆场质量块堆放楼每一层的层高；qi为质量块小车位于上堆场质量块堆放楼时所处的楼层；η为能量回收效率；

17、可回收的动能可由下式计算：

18、

19、其中，vmain为质量块小车于主牵引组件上的运行速度；vset_i为由调度控制算法给出的质量块小车于辅助牵引组件覆盖范围内的指定速度。

20、本发明的有益效果：本发明设置堆放单元能够解决斜坡式重力储能系统中质量块小车的大规模堆放问题。上堆场质量块堆放楼和下堆场质量块堆放楼可以依附山体建设，对地形依赖程度低，占地面积小，堆放高度仅取决于地基的承载能力，不会受到环境等外部因素限制，极大地提高了堆放时的安全性；通过质量块运行方式，对质量块在堆栈场地中因移动而产生能量进行回收利用以及再调配。可大幅减小上堆场和下堆场的能量损耗，提高斜坡式重力储能系统的能量利用效率。