【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于重力储能，具体涉及一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统。
技术介绍
1、现有的重力储能技术分为塔式重力储能系统、斜体式重力储能系统、依托海洋的重力储能系统、依托矿井的重力储能系统、直线电机重力储能系统等。其中塔式重力储能系统是最为成熟的重力储能技术，目前全世界范围内已建成多个塔式重力储能系统，装机容量从5mwh～100mwh不等。
2、但现有塔式重力储能技术，存在三个主要缺点，一是重物块存在水平方向运动及加减速，消耗了重物的动能，降低了储能系统效率；二是重物块由轿厢装载进行起降，轿厢转运重物后返回的空行程需要辅助电机进行牵引驱动，消耗了能量；三是轿厢提升到指定高度后，重物需要从轿厢中转载至水平转运的液压小车上，需要复杂的转运机构及控制系统，增大了系统复杂度，降低了系统可靠性。随着塔式重力储能需求的不断增加，迫切需要提出一种新的重力储能方案来解决上述问题，进而加快重力储能的推广及应用。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，实现了一种无需水平转运重物的重力储能系统，降低了系统复杂度，提高了系统可靠性，增大了重力储能系统综合效率。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，包括超大质量重物块、重物升降系统、制动系统和控制系统；
4、超大质量重物块，用于将电网下载的电能转换为重力势能存储，或将存储的重力势能转换为电
5、重物升降系统，用于储能时将超大质量重物块从重力储能塔底部提升至重力储能塔顶部，在发电时将超大质量重物块从重力储能塔顶部降落至重力储能塔底部；
6、制动系统，用于储能系统停止运行时，刹车以限制超大质量重物块在竖直方向的位移，确保超大质量重物块不失控坠落；
7、控制系统，用于控制重力储能系统发电及储能运行状态，监测超大质量重物块运行速度，发生事故时控制制动系统动作。
8、本专利技术进一步的改进在于，超大质量重物块的竖直方向高度为其水平截面长度和宽度的3倍以上或超过15米，超大质量重物块顶部安装有3～6个动滑轮组，每个动滑轮组包含多个动滑轮，超大质量重物块侧边顶部安装有上导靴，靠近底部位置安装有下导靴，侧边中间部分安装有制动安全钳。
9、本专利技术进一步的改进在于，上导靴和下导靴均使用滚动式导靴，用以控制超大质量重物块升降过程中的方向偏差。
10、本专利技术进一步的改进在于，重物升降系统布置于重力储能塔顶部，包括电动发电机、主轴和副轴，重力储能塔由多个承重柱支撑；
11、每台电动发电机配套1根主轴和多根副轴，每根副轴用于驱动一列储能塔组，主轴和副轴通过传动齿轮进行功率传递，且传动齿轮长期啮合，副轴上的离合器和高弹性联轴器用于控制每列储能塔组是否参与储能和释能，控制系统用于监测副轴的转速。
12、本专利技术进一步的改进在于，重物升降系统通过3～6根钢索拉升或下降超大质量重物块，重物升降速度不大于0.08m/s。
13、本专利技术进一步的改进在于，每个储能塔组包含的重力储能塔不超过5个。
14、本专利技术进一步的改进在于，储能与发电时，每个储能塔组中的多个重物同时起降，副轴驱动的多个储能塔组直接并到主轴上，加速冲击力由离合器和高弹性离合器或超大质量重物块上的弹性装置缓冲。
15、本专利技术进一步的改进在于，制动系统包括副轴上安装的制动刹车装置和超大质量重物块上的制动安全钳。
16、本专利技术进一步的改进在于，正常运行时，制动刹车装置动作，提供制动扭矩使副轴停止转动，事故状态时，制动安全钳动作，对超大质量重物块进行减速，减少超大质量重物块对重力储能塔的冲击。
17、本专利技术进一步的改进在于，当制动安全钳发生动作时，储能机组停机检修。
18、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
19、本专利技术提出的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，通过使用超大质量重物块，并结合对重物升降系统、制动系统及控制系统的改造，使得塔式重力储能中无需布置重物水平转运系统，减小了重物水平转运时的能量损耗，也无需重物升降轿厢及轿厢空行程驱动电机，节省了轿厢空行程运行的能量损耗，减少了塔式重力储能系统的电机设备数量，降低了系统复杂度及投资成本，提高了系统可靠性，增大了重力储能系统综合效率；
20、进一步，本专利技术中，超大质量重物块质量远超现有重力储能机组重物块的典型质量，现有重力储能机组重物块的质量一般不超过25吨，本专利技术中的超大质量重物块至少为200吨，典型质量为1000吨。超大质量重物块竖直方向高度为其水平截面长度和宽度的3倍以上或超过15米，以20至24米最佳。本专利技术的超大质量重物块高度为现有塔式重力储能系统中标准重物块高度的5倍以上，相当于在单个重力储能塔中配套了5层以上的标准重物，因而无需对超大质量重物块进行堆叠。通过本改进，使得重力储能系统在保证重力储能塔高度有效利用的条件下，无需再配置重物水平转运系统，解决了目前塔式重力储能系统水平转运的能量消耗、系统复杂等问题。
21、进一步，为了解决超大质量重物块带来的钢索拉力超限问题，超大质量重物块顶部安装3～6个动滑轮组，每个动滑轮组与塔顶的静滑轮组配套拉升超大质量重物块，每个动滑轮组包含多个动滑轮，这使得拉升超大质量重物块的钢索所承受的拉力极大降低，且通过预留一定的余量，使得拉升单个超大质量重物块的钢索断裂1根、2根时，重物不会失控坠落。
22、进一步，超大质量重物块侧边顶部安装上导靴，靠近底部位置安装下导靴，上导靴和下导靴均使用滚动式导靴，侧边中间部分安装制动安全钳，上导靴和下导靴控制超大质量重物块升降时不会与储能塔井壁碰撞，制动安全钳用于事故状态时，对超大质量重物块进行减速，减少超大质量重物块对重力储能塔的冲击。
23、进一步，重物升降系统中，电动发电机及其配套的主轴、副轴布置于重力储能塔顶部，根据动滑轮的受力分析，顶部布置可以进一步减小拉升超大质量重物块的钢索所承受的拉力，同时，顶部布置还可以简化主轴、副轴的传统系统，提高重力储能系统的可靠性。通过顶部布置、多根钢索及动静滑轮组的使用，单根钢索的拉力一般可将至超大质量重物块重力的1/30以下，降低了基于超大质量重物块的塔式重力储能系统对钢索强度的超高要求。
24、进一步，重物升降系统通过3～6根钢索拉升或下降超大质量重物块，重物升降速度不大于0.08m/s，极低的重物升降速度提高了系统的平稳性，且降低了超大质量重物块加速及减速时对重力储能塔的冲击。如果使用现有塔式重力储能的典型重物升降速度2m/s，则制动系统停止重物需要的距离过长，存在极大的安全风险。此外，因为超大质量重物块的质量大，通过变速器可使传递到电动发电机侧的转速仍维持较高值，且主轴、副轴不会承受过高的扭矩。
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1.一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，包括超大质量重物块(13)、重物升降系统、制动系统和控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，超大质量重物块(13)的竖直方向高度为其水平截面长度和宽度的3倍以上或超过15米，超大质量重物块(13)顶部安装有3～6个动滑轮组(11)，每个动滑轮组(11)包含多个动滑轮，超大质量重物块(13)侧边顶部安装有上导靴(14)，靠近底部位置安装有下导靴(16)，侧边中间部分安装有制动安全钳(15)。
3.根据权利要求2所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，上导靴(14)和下导靴(16)均使用滚动式导靴，用以控制超大质量重物块(13)升降过程中的方向偏差。
4.根据权利要求1所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，重物升降系统布置于重力储能塔(10)顶部，包括电动发电机(8)、主轴(9)和副轴(2)，重力储能塔(10)由多个承重柱(1)支撑；
5.根据权利要求4所述的一种基于超大质量重物块的塔式重
6.根据权利要求4所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，每个储能塔组(7)包含的重力储能塔(10)不超过5个。
7.根据权利要求4所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，储能与发电时，每个储能塔组(7)中的多个重物同时起降，副轴(2)驱动的多个储能塔组(7)直接并到主轴(9)上，加速冲击力由离合器和高弹性离合器(4)或超大质量重物块(13)上的弹性装置缓冲。
8.根据权利要求4所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，制动系统包括副轴(2)上安装的制动刹车装置(3)和超大质量重物块(13)上的制动安全钳(15)。
9.根据权利要求8所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，正常运行时，制动刹车装置(3)动作，提供制动扭矩使副轴(2)停止转动，事故状态时，制动安全钳(15)动作，对超大质量重物块(13)进行减速，减少超大质量重物块(13)对重力储能塔(10)的冲击。
10.根据权利要求9所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，当制动安全钳(15)发生动作时，储能机组停机检修。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，包括超大质量重物块(13)、重物升降系统、制动系统和控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，超大质量重物块(13)的竖直方向高度为其水平截面长度和宽度的3倍以上或超过15米，超大质量重物块(13)顶部安装有3～6个动滑轮组(11)，每个动滑轮组(11)包含多个动滑轮，超大质量重物块(13)侧边顶部安装有上导靴(14)，靠近底部位置安装有下导靴(16)，侧边中间部分安装有制动安全钳(15)。
3.根据权利要求2所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，上导靴(14)和下导靴(16)均使用滚动式导靴，用以控制超大质量重物块(13)升降过程中的方向偏差。
4.根据权利要求1所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，重物升降系统布置于重力储能塔(10)顶部，包括电动发电机(8)、主轴(9)和副轴(2)，重力储能塔(10)由多个承重柱(1)支撑；
5.根据权利要求4所述的一种基于超大质量重物块的塔式重力储能系统，其特征在于，重物升降系统通过3～6根钢索拉升或下降超大质量重物块(13)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨可，薛志恒，赵杰，贾晨光，张朋飞，王伟锋，孟勇，陈会勇，黄普格，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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