一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的系统和方法与流程

本发明属于废弃矿井再利用与新能源应用技术领域，具体涉及一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的系统和方法。

背景技术：

目前矿井退出的方式一般是直接关闭、一关了之，这样不仅导致资源的极大浪费和资产的巨大损失，同时还可能带来一系列环境、生态和社会问题。以煤矿为例，为了保证安全，煤矿退出后一般将井筒填实或在井口浇注1个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土盖板。此外，除了煤矿，还有大量退出的金属矿的井筒闲置。此外，由于风电、光伏本身的不稳定以及消纳难等原因，弃风、弃光问题一直不好解决，居高不下的弃风、弃光率成为当下制约光伏、风电取得进一步发展的首要因素，难以与用电需求的实时趋势保持一致，虽然我国可再生能源装机容量不断扩大，但是电力紧张和电网调峰困难的问题反而日益严重。

储能技术是实现电网稳定和风光电健康发展的关键支撑。储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能、超导储能等，这些储能方式普遍存在能量转换效率不高的问题，电池储能还面临电池寿命有限、环境污染等问题。重物储能作为一种纯机械的储能方式，在国内外的应用和研究还较少。专利201720164998.8提出了一种高效重力储能装置，该装置采用横梁吊装重物，重物被吊装在地面以上，此种方法不仅对支撑架和横梁的强度和尺寸有一定要求，同时重物吊装在地面，容易受外部环境的影响产生摇摆等不稳定因素，对地面设备和人员存在一定的风险。专利201410111241.3提出了一种利用海洋深度落差的重力储能系统，该系统利用海面与海底的自然海拔差，通过机械运动方式提升标准块实现电力储能，该方法存在的问题是标准块在下落过程中受到风浪和水流的影响，轨迹不固定，需要海底机器人进行识别和搬运，对无线通讯电源和传输系统提出了较高的要求，增加了系统的复杂性和不确定性。

鉴于此，结合电网的峰谷电价差、新能源领域发展瓶颈以及废弃矿井井筒的再利用问题，本发明提出了一种针对已经退役或即将退役的矿井立井井筒用滑轮组实现重物储能的系统和方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的系统和方法，可解决移峰填谷、新能源消纳等问题，同时为废弃矿井的再利用指明了一条新的方向。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的系统，包括地面单元、滑轮重物单元和井筒单元；其中，

地面单元包括控制系统、钢丝绳、地面支撑系统以及设置在地面支撑系统上的钢丝绳绞盘、减速器和电动发电机；

井筒单元包括井筒，以及设置在井筒内壁上的滑道；

滑轮重物单元包括设置在井筒内的滑轮组和标准重块；

钢丝绳绞盘和减速器与电动发电机连接，钢丝绳一端连接钢丝绳绞盘，另一端绕过滑轮组与标准重块连接，控制系统用于控制电动发电机，确保与标准重块连接的重物在井筒内，能够沿着滑道上升和下降过程保持平稳和匀速。

本发明进一步的改进在于，井筒单元还包括设置在井筒底部的井底平台。

本发明进一步的改进在于，滑道通过地面支撑系统和井底平台上下铰接固定。

本发明进一步的改进在于，滑轮组由配合使用的多个动滑轮和多个定滑轮组成，定滑轮个数为n，且n≥1，动滑轮的个数为n+1个，定滑轮固定在地面支撑系统下方，多个动滑轮与标准重块通过钢丝绳连接。

本发明进一步的改进在于，滑轮组与重物的连接点关于重物中心均匀布置。

本发明进一步的改进在于，标准重块质地均匀，由若干块叠加组成，能够实现重物吨位大小调节，上下相邻两块标准重块之间通过底部的挂钩连接。

本发明进一步的改进在于，标准重块两端设置有与滑道连接的滑套装置，用于保证标准重块下落时轨迹可控，不产生摇摆和晃动，以防对井筒造成损坏。

一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的方法，该方法基于上述一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的系统，该方法按以下步骤实施：

当电力系统出现剩余电量，或新能源电站出现“弃风”、“弃光”现象时，或者电网时段处于谷价时，将电能驱动电动发电机工作，将标准重块沿着滑道从井筒底部提升至井筒顶端，完成电能向重物势能的存储；

当电力系统处于用电高峰，或电网时段处于峰价时，将标准重块沿着滑道从井筒顶端下降至井筒底部，完成重物势能向电能的转换。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的系统，采用了电动发电一体机，结构更加简单紧凑，可在适宜的矿井实现快速安装建设，整个过程主要包括电动机提升重物和重物下降带动发电机发电两个动作，均为成熟的机械技术，系统整体效率可达90％以上。此外，利用滑轮组和标准重块叠加布置的方式，可以实现储能时间的延长和储能能量的增加，同时也降低了电动发电机的运行功率，使造价降低。

本发明提供的一种利用滑轮组实现废弃井筒重物储能的方法，充分利用了退役矿井井筒的深度落差，有助于实现废弃矿井的转型发展，使其焕发二次生命。此外，本发明运行灵活，在电网低负荷时可缓慢储能，在电网高负荷时可实现在几秒钟内快速响应。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明：

1是钢丝绳绞盘，2是电动发电机，3是地面支撑系统，4是挂钩，5是滑轮组，6是井筒，7是滑道，8是滑套装置，9是标准重块，10是钢丝绳，11是井底平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

具体实施方式：

如图1所示，本发明提供的一种利用废弃煤矿井筒进行重物储能的系统，包括：地面单元、滑轮重物单元和井筒单元。

其中，所述地面单元包括钢丝绳绞盘1、减速器、电动发电机2、控制系统、地面支撑系统3和钢丝绳10，所述滑轮重物单元包括滑轮组5和标准重块9，所述井筒单元包括井筒6、滑道7、井底平台11。

所述钢丝绳绞盘1和减速器与电动发电机2连接，所述钢丝绳10一端连接钢丝绳绞盘1，另一端绕过滑轮组5与标准重块9连接，所述控制系统能够确保重物上升和下降过程保持平稳和匀速。

所述滑轮组5由多个动滑轮和多个定滑轮组成，所述定滑轮个数为n(n≥1)，动滑轮的个数为n+1个，所述定滑轮固定在所述地面支撑系统上，所述多个动滑轮与标准重块9通过钢丝绳10连接。

所述标准重块9质地均匀，可由若干块叠加组成，可以实现重物吨位可大可小，各块之间通过底部挂钩4连接，所述标准重块9两端有滑套装置8与滑道7连接，用于保证标准重块9下落时轨迹可控，不产生摇摆和晃动，以防对井筒6造成损坏。

所述滑道7通过地面支撑系统3和所述井底平台11上下铰接固定。

所述滑轮组5与标准重块9的连接点关于标准重块中心均匀布置。

本发明提供的一种利用废弃煤矿井筒进行重物储能的方法，按以下步骤实施：

当电力系统出现剩余电量，或新能源电站出现“弃风”、“弃光”现象时，或者电网时段处于谷价时，将电能驱动电动发电机2工作，将标准重块9沿着滑道7从井筒6的底部提升至井筒6的顶端，完成电能向重物势能的存储；当电力系统处于用电高峰，或电网时段处于峰价时，将标准重块9沿着滑道7从井筒6的顶端下降至井筒6的底部，完成重物势能向电能的转换。

以上结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。