一种重力储能系统及其使用方法与流程

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种重力储能系统及其使用方法。

背景技术：

目前，随着新能源以及能源互联网的快速发展，电力行业对于大规模电力储能技术提出了迫切需求。

近年来，化学储能技术蓬勃发展，特别是锂电池储能技术得到了快速发展和广泛应用，已成为主流的化学储能方式。但是，锂电池储能本身也面临着循环次数、安全性、成本等方面的挑战，其安全性和经济性仍存在不足。相比之下，物理储能技术虽然安全性和经济性高，但是目前常用的储能方式仍然为抽水蓄能，该方式受到地理条件的限制较大，难以全面推广应用，严重制约了物理储能技术的推广和应用。

因此，亟待新的物理储能方法来满足对储能装置安全性和经济性的要求。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种重力储能系统，该重力储能系统对地理条件要求较低，占地面积较小。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种重力储能系统，包括：

质量块；

承重结构，所述承重结构包括固定件和承重墙，多个所述承重墙平行间隔设置，相邻两个所述承重墙之间形成升降通道，所述固定件连接于所述承重墙上且位于所述升降通道中，所述固定件用于承载所述质量块；

升降结构，所述升降结构包括行吊，所述行吊中的电机设备设置为发电电动机，所述行吊安装于所述承重墙的顶端，所述行吊用于搬运所述质量块。

作为优选，所述承重结构还包括支撑件，所述支撑件连接于所述承重墙上且位于所述升降通道中，所述支撑件能够从所述承重墙上伸出和收起。

作为优选，所述承重墙分为上部、中部和下部，所述固定件连接于上部的所述承重墙和下部的所述承重墙上，所述支撑件连接于中部的所述承重墙上。

作为优选，所述支撑件包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆交叉设置，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆的两端能够分别连接于所述升降通道两侧的所述承重墙上。

作为优选，所述升降通道两侧的所述承重墙上均设有第一导向槽，所述第一导向槽沿竖直方向布置；所述升降通道两侧的上部的所述承重墙上设有第二导向槽，所述第二导向槽沿水平方向布置。

作为优选，所述升降结构还包括吊具，所述吊具连接于所述行吊的输出端上，用于与所述质量块相连接。

作为优选，所述吊具包括两个相对设置的侧面，所述吊具的两个侧面上均设有导向销，所述导向销置于所述第一导向槽或所述第二导向槽中。

作为优选，所述升降结构还包括轨道，所述轨道设置于所述承重墙的顶端，所述行吊能够沿所述轨道滑动。

作为优选，所述承重结构还包括围护部，所述围护部包括围墙和屋顶，所述围墙围设于所述承重墙的外侧，所述屋顶设置于所述承重墙的顶部。

本发明的另一个目的在于提供一种重力储能系统的使用方法，用于对上述重力储能系统进行使用，包括如下步骤：

储存电能过程：

s1.将质量块置于升降通道下部的固定件上；

s2.使行吊吊住所述质量块，支撑所述质量块的所述固定件收起，所述行吊将所述质量块提升搬运至所述升降通道上部的指定位置；

s3.所述升降通道上部指定位置的所述固定件伸出，所述质量块放置于伸出的所述固定件上；

释放电能过程：

s4.使所述行吊吊住所述质量块，支撑所述质量块的所述固定件收起；

s5.所述行吊将所述质量块下放搬运至所述升降通道下部的指定位置；

s6.所述升降通道下部指定位置的所述固定件伸出，所述质量块放置于伸出的所述固定件上。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种重力储能系统，该重力储能系统包括质量块、承重结构和升降结构，承重结构包括固定件和承重墙，多个承重墙平行间隔设置，相邻两个承重墙之间形成升降通道，固定件连接于升降通道两侧的承重墙上，升降结构的行吊能够吊住质量块在升降通道中升降并移动，实现对质量块在升降通道中的升降搬运。行吊的电机设备为发电电动机，发电电动机在带动质量块上升时消耗电能，发电电动机将消耗的电能转化为质量块的重力势能；质量块在重力的作用下下降时发电电动机产生电能，质量块的重力势能通过发电电动机转化为电能，从而实现电能的储存和释放。由于质量块为具有一定形状的固体结构，可以存放于承重墙之间的升降通道中，对地形等地理条件无特殊要求，使得该重力储能系统对地理条件要求较低，而且承重墙能够通过增加高度来使质量块获得更多的重力势能，使得该重力储能系统能够占用较小面积的地面来实现对电能的物理储存。

附图说明

图1是本发明具体实施例所提供的重力储能系统的立体结构示意图；

图2是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的升降通道的侧视图；

图3是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的升降通道的俯视图；

图4是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的支撑件的结构示意图；

图5是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的第一导向槽和第二导向槽在承重墙上布置的示意图；

图6是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的第一导向槽在竖直方向的剖视图；

图7是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的第一导向槽在水平方向的剖视图；

图8是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的第二导向槽在水平方向的剖视图；

图9是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的第二导向槽在竖直方向的剖视图；

图10是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的围护部的示意图；

图11是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的质量块在升降通道下部的排布示意图；

图12是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的质量块的搬运示意图；

图13是本发明具体实施例所提供的重力储能系统中的质量块在升降通道上部的排布示意图。

图中：

1、质量块；21、固定件；22、承重墙；221、第一导向槽；222、第二导向槽；23、升降通道；24、支撑件；251、围墙；252、屋顶；31、行吊；32、吊具；321、导向销；33、轨道；

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供一种重力储能系统，如图1-图3所示，该重力储能系统包括质量块1、承重结构和升降结构。具体地，承重结构包括固定件21和承重墙22，多个承重墙22平行间隔设置，相邻两个承重墙22之间形成升降通道23，固定件21连接于承重墙22上且位于升降通道23中，用于承载质量块1。升降结构包括行吊31，行吊31中的电机设备设置为发电电动机，行吊31安装于承重墙22的顶端，行吊31能够吊住质量块1在升降通道23中升降并移动，实现对质量块1在升降通道23中的升降和搬运。优选地，升降结构还包括轨道33，轨道33铺设于承重墙22的顶端上，行吊31能够沿轨道33滑动。

值得说明的是，质量块1为长方体形，其尺寸为3m×3m×3m，质量块1的框架为钢结构，内部填充物为混凝土废弃物，质量块1的重量设置为50t。可以理解的是，质量块1的上述参数，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。

发电电动机在带动质量块1上升时消耗电能，发电电动机将消耗的电能转化为质量块1的重力势能储存起来；质量块1在重力的作用下下降时将带动发电电动机转动而产生电能，质量块1的重力势能通过发电电动机转化为电能而释放出来，从而实现该重力储能系统对电能的储存和释放。由于质量块1为具有一定形状的固体结构，可以存放于承重墙22之间的升降通道23中，对地形等地理条件无特殊要求，使得该重力储能系统对地理条件要求较低，而且承重墙22能够通过增加高度来使质量块1获得更多的重力势能，使得该重力储能系统能够占用较小面积的地面来实现对电能的物理储存。

在本实施例中，承重墙22分为上部、中部和下部，固定件21连接于上部的承重墙22和下部的承重墙22上，使得质量块1既能够放置于上部的承重墙22上，又能够放置于下部的承重墙22上。如图4所示，优选地，承重结构还包括支撑件24，支撑件24连接于中部的承重墙22上且位于升降通道23中，支撑件24能够对升降通道23两侧的承重墙22起到支撑作用，有利于提高该重力储能系统的整体稳定性。具体地，支撑件24包括第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆和第二支撑杆交叉设置，第一支撑杆和第二支撑杆的两端能够分别连接于升降通道23两侧的承重墙22上，起到对升降通道23两侧承重墙22支撑的作用。更为优选地，第一支撑杆和第二支撑杆设置为能够从承重墙22上伸出和收起，使得支撑件24既能起到对升降通道23两侧承重墙22支撑的作用，又不会影响质量块1在升降通道23中的搬运。

值得说明的是，承重墙22为钢筋混凝土结构，承重墙22的高度为150m，承重墙22的高度在0-50m之间的部分为下部的承重墙22，高度在50-100m之间的部分为中部的承重墙22，高度在100-150m之间的部分为上部的承重墙22。可以理解的是，承重墙22的上述参数，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。

如图5所示，优选地，升降通道23两侧的承重墙22上相对设有第一导向槽221，第一导向槽221沿竖直方向布置；升降通道23两侧的上部的承重墙22上还设有第二导向槽222，第二导向槽222沿水平方向布置，第一导向槽221和第二导向槽222能够对质量块1在升降通道23中的移动起到导向作用。如图6-图9所示，在本实施例中，升降结构还包括吊具32，吊具32连接于行吊31的输出端上，吊具32用于与质量块1相连接，使得行吊31的输出端对质量块1的吊取方便。可选地，吊具32设置为钢格栅板，其结构强度高，能够承受质量块1的重量。

具体地，吊具32包括两个相对设置的侧面，吊具32的两个侧面上均设有导向销321，导向销321部分置于第一导向槽221或第二导向槽222中，吊具32能够通过导向销321使质量块1沿第一导向槽221或第二导向槽222移动，有利于使质量块1能够沿预设轨迹在升降通道23中移动。

如图10所示，在本实施例中，承重结构还包括围护部，围护部包括围墙251和屋顶252，围墙251围设于承重墙22的外侧，屋顶252设置于承重墙22的顶部，围墙251和屋顶252能够防止雨水、漂浮物等杂质进入该重力储能系统，能够对该重力储能系统起到保护作用。

在本实施例中，该重力储能系统的储能功率为4mw，储能容量为16mwh。承重墙22设有5道，每道承重墙22的长度设为60m，宽度设为2m，承重墙22之间的距离设为3.5m，承重墙22的总宽度设为24m。质量块1总共设有1152块，其布置于承重墙22之间的升降通道23中，质量块1分为4组，每组质量块1的高度为16层，每层质量块1为18块。承重墙22之间共布置4台行吊31，行吊31移动质量块1的平均升降速度设为120m/min，每台行吊31的功率设为1000kw，每台行吊31中配备4台功率为250kw和效率为96％的发电电动机，当4台行吊31同时工作时能够对应4mw的储能功率，工作4小时能够对应16mwh的储能容量。可以理解的是，该重力储能系统的上述参数，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。

可以理解的是，该重力储能系统的储能规模可大型化至10mwh以上以满足大规模电力储能需求，也可小型化至1mwh以下以满足分布式能源、微电网、工商业用户等的储能需求。同时该重力储能系统既可用于短期(如几个小时)储能，也可用于长期(如几个月)储能。值得说明的是，该重力储能系统由于具有超高的建筑，其还可以用于其他的商业用途(如观光旅游)。

本实施例还提供一种上述重力储能系统的使用方法，其包括储存电能过程和释放电能过程，具体包括如下步骤：

储存电能过程，该过程将电能转化为质量块1的重力势能，其包括：

s1.将质量块1置于升降通道23下部的固定件21上。

即，如图11所示，将质量块1放入升降通道23中，搁置于下部的承重墙22的固定件21上，并按预定的顺序排列。同时，使中部的承重墙22上的支撑件24收起，将升降通道23清空，使得质量块1能够在升降通道23中移动。

s2.使行吊31吊住质量块1，支撑质量块1的固定件21收起，行吊31将质量块1提升搬运至升降通道23上部的指定位置。

即，使行吊31利用吊具32吊住质量块1，支撑质量块1的固定件21收起，吊具32在行吊31的吊绳拉动下沿着第一导向槽221和第二导向槽222移动(如图12所示)，将质量块1提升搬运至上部的承重墙22的指定位置。在质量块1提升过程中，行吊31的发电电动机不断消耗电能，消耗的电能被转化为质量块1的重力势能。

s3.升降通道23上部指定位置的固定件21伸出，质量块1放置于伸出的固定件21上。

即，上部的承重墙22上指定位置处的固定件21伸出，行吊31将质量块1放置于固定件21上，行吊31被空置出来用于后续将其他质量块1提升搬运至指定位置。

值得说明的是，在储存电能过程中，仅需要使用的升降通道23中的支撑件24收起，不需要使用的升降通道23中的支撑件24伸出处于对承重墙22进行支撑的状态。

释放电能过程，该过程将质量块1的重力势能转化为电能，其包括：

s4.使行吊31吊住质量块1，支撑质量块1的固定件21收起。

即，如图13所示，使行吊31利用吊具32吊住质量块1后，支撑质量块1的固定件21收起。同时，中部的承重墙22上的支撑件24也收起，将升降通道23清空，使得质量块1能够在升降通道23中移动。

s5.行吊31将质量块1下放搬运至升降通道23下部的指定位置。

即，吊具32在行吊31吊绳拉动下沿着第一导向槽221和第二导向槽222移动，将质量块1下放搬运至下部的承重墙22的指定位置。在质量块1下放过程中，质量块1的重力势能不断被消耗，行吊31的发电电动机不断产生电能，质量块1的重力势能被转化为电能进行释放。

s6.升降通道23下部指定位置的固定件21伸出，质量块1放置于伸出的固定件21上。

即，下部的承重墙22指定位置处的固定件21伸出，行吊31将质量块1放置于固定件21上，行吊31被空置出来用于后续将其他质量块1下放搬运至指定位置。

值得说明的是，在释放电能过程中，仅需要使用的升降通道23中的支撑件24收起，不需要使用的升降通道23中的支撑件24伸出处于对承重墙22进行支撑的状态。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。