一种工业自动化的重力储能系统

本发明属于重力储能，具体涉及一种工业自动化的重力储能系统。

背景技术：

1、随着国家“碳达峰，碳中和”战略目标的发展，重力储能技术促进了清洁低碳、安全高效的新能源体系建设，其具有布置灵活、普适性强、储能效率高(80％-90％)，运行时间长(30-50年)的优点。

2、cn202010199858.0披露了一种后采矿废弃井筒矸石梯度重力储能系统，其利用两个废弃矿井井筒充当储-放能通道，利用矸石作为质量块，实现废弃矿井井筒和矸石的二次利用，可在大幅度降低初期成本，然而在地下修建联络巷和地下车场也需耗费巨大的人力和物力，提高成本，而且一套重力储能系统需要两个废弃矿井井筒，推广受到一定的限制，另外，矸石重量的不一致极大程度上影响了电力输出的稳定性。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种工业自动化的重力储能系统。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种工业自动化的重力储能系统，包括可竖向堆叠的重量和高度相等的若干重块、用于供若干重块进行竖向运动的深井筒、位于深井筒井口外的电机、用于分散存放若干重块的若干浅井筒、连接深井筒和浅井筒的用于输送重块的传输主轨道、以及若干传输装置；深井筒和浅井筒中均设有用于承托重块的承托台；电机的输出轴上缠绕有钢绳，钢绳的下端与深井筒内的承托台相连，若干重块能够穿设在钢绳上并堆叠至其下方的承托台上，若干重块能够随承托台一起在深井筒中做自由落体运动或向上抬升；传输装置包括设在深井筒井口处的深井传输装置、以及设在每个浅井筒处的浅井传输装置，深井传输装置能够使重块在深井筒的承托台和与深井筒相连的传输主轨道之间转移输送，浅井传输装置能够使重块在浅井筒的承托台和与浅井筒相连的传输主轨道之间转移输送。

3、上述技术方案中，用电峰值时，重块在深井筒中自上而下自由落体运动，带动电机发电储能。用电低谷时，重块在深井筒中自下向上抬升，以储备重块的重力势能，不仅如此，用电低谷时，该重力储能系统还要进行重块的装备和卸载。本发明通过设置一个深井筒和若干浅井筒，重块储存重力势能后，若干重块分散的存储在若干浅井筒中，降低能量损失，且能够减少深井筒的数量，提高该重力储能系统的推广应用；而且重块在深井筒与浅井筒之间的运输由传输主轨道和传输装置实现，无需人工辅助搬运，能够有效提高重力储能的自动化过程，提高能源转换的经济性，降低系统运行的人工成本。

4、在本发明的一种优选实施方式中，电机为磁悬浮电机，电机可用作磁悬浮电动机耗电驱动，也可作为磁悬浮发电机由重块下降驱动发电；和/或电机的数量为两个，两个电机沿深井筒井口径向对称分布于深井筒两侧，两个电机的输出轴同轴固接。

5、上述技术方案中，磁悬浮电机可发电和耗电驱动，无需单独设置发电装置，简化系统结构；设置两个电机可提高重块上升时的稳定性以及延长电机输出轴的寿命。

6、在本发明的一种优选实施方式中，传输主轨道上还并联连接有传输支轨道，传输支轨道远离传输主轨道的末端连接有浅井筒，该浅井筒的井口处也设有能够使重块在浅井筒的承托台和与浅井筒相连的传输主轨道之间转移输送的浅井传输装置，传输支轨道与传输主轨道连接的始端设有用于在两者之间转送输送重块的轨道传输装置。

7、上述技术方案中，通过设置传输支轨道，使得该储能系统能够设置更多的浅井筒，由此可构建一些更浅的基坑作为浅井筒，降低构建浅井筒的综合成本。

8、在本发明的一种优选实施方式中，承托台为可竖向伸缩的弹性结构，当承托台处于自然状态时，承托台能够部分伸出至井口外，承托台的弹性模量等于重块的重量与重块的高度的比值。

9、上述技术方案，使得承托台在受重块的载荷时，承托台下降高度与重块累积高度一致，始终保持最上方重块的上表面伸出至深井筒(或浅井筒)井口上表面外，便于重块在深井筒和深井传输装置(或浅井筒与前井传输装置)之间顺利转移输送。

10、在本发明的一种优选实施方式中，承托台包括相对设置的上垫片和下垫片、以及位于上垫片和下垫片之间的弹簧，若干重块能够堆叠在上垫片上，弹簧的上端与上垫片连接，弹簧的下端与下垫片连接；深井筒中的承托台还包括与下垫片的中间固接的穿设杆，穿设杆的上端穿过上垫片中间的穿孔而与钢绳的下端连接，重块能够穿设在穿设杆上，上垫片的穿孔中固接有光滑金属环，穿设杆穿过光滑金属环且可在其中竖向滑动。

11、上述技术方案中，重块置于承托台上时，浅井筒的重块位于上垫片上，深井筒的重块位于上垫片上且穿设在穿设杆上，重块通过压缩弹簧而整体向下移动一个重块高度，保证最上方重块的上表面始终位于至深井筒(或浅井筒)井口外；重块离开承托台时，在弹簧的作用下，承托台将所有重块向上顶，保证最上方重块的上表面始终位于至深井筒(或浅井筒)井口外。

12、在本发明的另一种优选实施方式中，重块内部还具有竖向贯穿设置的上端大于下端的若干台形孔洞。

13、上述技术方案中，通过设置台形孔洞，在重块自上而下降落过程中，使重块受到更大的空气阻力，减少重块动能增量，从而降低对钢绳和电机的输出轴的损伤；而且在重块自下而上抬升过程中，重块为镂空结构，减少空气阻力，降低用电量。

14、在本发明的另一种优选实施方式中，重块的中间均具有竖向贯穿设置的中轴孔，重块还横向的开设有与中轴孔相通的缺口，钢绳能够经缺口而位于中轴孔中。

15、在本发明的另一种优选实施方式中，深井筒与传输主轨道之间还设有调向装置，调向装置能够使重块转动而使其缺口对准钢绳，深井传输装置能够使重块在深井筒的承托台和与调向装置之间转移输送，传输装置还包括能够使重块在调向装置与传输主轨道之间转移输送的远井传输装置。

16、上述技术方案，由于重块在传输主轨道和传输支轨道上依靠摩擦力进行运动，重块的缺口可能并未对准钢绳，通过设置调向装置来调整重块缺口的方向，保证每个重块的缺口能够对准钢绳，而使重块顺利的嵌入钢绳上，无需人工调整方向，降低人工成本。

17、在本发明的另一种优选实施方式中，调向装置包括紧邻深井筒井口外侧设置的旋转圆环，重块能够置于旋转圆环上，旋转圆环的上方设有位于深井传输装置和远井传输装置之间的永磁铁，重块中嵌入有磁体，永磁铁能够对磁体产生磁力以使重块旋转；调向装置还包括用于检测磁场强度和方向的磁力计、以及用于将旋转圆环上的重块推出至深井传输装置中的转动轴，磁力计的磁感应线阈值输出端与转动轴的使能端相连。

18、上述技术方案中，通过设置永磁铁和磁体，来调整旋转圆环上重块的方向，通过设置磁力计和转动轴，磁力计感应到磁感应线阈值后，控制所述转动轴将所述重块推入传输装置上，实现重块的自动调向。

19、在本发明的另一种优选实施方式中，深井传输装置包括对称设在深井筒井口两侧的两个第一支撑座，两个第一支撑座相对的内侧均可转动的安装有一排竖向设置的台柱状的第一滚轮，第一滚轮可自转，一排第一滚轮从深井筒侧至传输主轨道依次由：上表面半径大下表面半径小，到上表面半径等于下表面半径，最后上表面半径小下表面半径大的结构依次排布；和/或浅井传输装置包括对称设在浅井筒井口两侧的两个第二支撑座，第二支撑座中水平转动连接有活动块，活动块的外端固接有浮动弹簧，浮动弹簧的外端与第二支撑座固接，两个活动块相对的内侧均可转动的安装有一排竖向设置的台柱状的第二滚轮，第二滚轮可自转，一排第二滚轮从浅井筒侧至传输主轨道依次由：上表面半径大下表面半径小，到上表面半径等于下表面半径，最后上表面半径小下表面半径大的结构依次排布。

20、上述技术方案，通过合理的设计深井传输装置的一排第一滚轮的尺寸，使得重块由深井筒转移输送至传输主轨道时、重块在向前运动的同时向上运动，重块由传输主轨道输送至深井筒转移时，重块在向前运动的同时向下运动，保证重块在深井筒与传输主轨道之间的顺利传输。通过合理的设计浅井传输装置的一排第二滚轮的尺寸，使得重块由浅井筒转移输送至传输支轨道时、重块在向前运动的同时向上运动，重块由传输支轨道输送至浅井筒转移时，重块在向前运动的同时向下运动，保证重块在浅井筒与传输支轨道之间的顺利传输，而且浅井传输装置还设置浮动弹簧，可降低浅井传输装置各零件的加工和安装精度，并避免浅井传输装置的两排第二滚轮夹伤重块。

21、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。