耦合重力储能的新能源发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及储能技术领域，具体地说是一种耦合重力储能的新能源发电系统。


背景技术：

2.近年来，随着我国能源结构转变速度加快，清洁能源进入了规模化发展的新阶段，截至2019年底，清洁能源装机容量已占总装机容量的40.8%，风力、光伏等可再生能源大幅并网，极大程度上改善了我国的电源结构，促进了电力绿化水平，但风力、光伏等由于所发功率存在间歇性、波动性等不利因素，其大规模并网不仅给电网带来了诸多不利影响，同时也造成了大量的“弃风弃光”，新能源消纳能力受到了一定程度限制。特别是对于孤网运行的新能源发电系统，由于孤网没有大电网支撑，新能源发电系统发电存在的间歇性、波动性等不利因素更为凸显，储能成为消除其不利因素的一项重要技术。
3.重力储能是近年来逐渐兴起的一种新型储能技术，其原理是以重力形成的位能来储存能源，因其具有开发成本低、运行经济等优势，逐步在储能技术领域受到世界各国的重视，并已得到了一定程度的应用。中国专利cn103867408a提供了一种依托山体的重力储能系统，但该专利仅提供了一种针对大电网模式下的重力储能系统，未提供与海岛等孤网运行等新模式下的风力、光伏等可再生能源耦合并可有效消纳的重力储能系统，其不广泛适用于清洁能源规模化发展的现阶段。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的不足，本实用新型提供一种耦合重力储能的新能源发电系统，其使用标准化重块小车在高位堆放平台和低位堆放平台之间运行，在光伏、风力等发电功率较高的时段，可有效吸收光伏、风力等间歇性能源所发多余功率，同时稳定可对外输出功率，在光伏、风力等发电功率较低的时段，可对外输出稳定功率，既可用于抑制新能源输出功率的波动，亦可达到“削峰填谷”的目的。
5.为此，本实用新型采用如下的技术方案：耦合重力储能的新能源发电系统，包括新能源发电系统、蓄电池、标准化重块小车和用于铺设在山体上的多条铁轨；
6.每条铁轨的一端安放于低位堆放平台上，另一端安放于高位堆放平台上；每条铁轨的高位堆放平台上设有一台直流电动发电一体机；
7.所述新能源发电系统的输出端分别与蓄电池的输入端和直流电动发电一体机的输入端连接，蓄电池的输出端与直流电动发电一体机的输入端连接，直流电动发电一体机的输出端连接缆绳盘，缆绳盘通过缆绳连接标准化重块小车；
8.所述的标准化重块小车安装于所述铁轨上。
9.处于储能阶段时，直流电动发电一体机控制缆绳盘转动，收缩缆绳，驱动标准化重块小车上行。处于发电阶段时，标准化重块小车控制缆绳盘转动，释放缆绳，驱动直流电动发电一体机发电。
10.进一步地，在低位堆放平台和高位堆放平台上均设有标准化重块小车存储仓库，每条铁轨均直通标准化重块小车存储仓库，方便标准化重块小车存储。
11.进一步地，每条铁轨在低位堆放平台和高位堆放平台上均设有水平段，方便标准化重块小车组装和拆卸。
12.进一步地，所述新能源发电系统为光伏发电系统或风力发电系统。
13.再进一步地，所述新能源发电系统为风力发电系统时，其输出端经过一整流器再分别与蓄电池的输入端和直流电动发电一体机的输入端连接。
14.进一步地，所述标准化重块小车有多辆，相邻标准化重块小车之间通过车钩连接。
15.进一步地，所述的多条铁轨优选为并列铁轨。
16.进一步地，所述山体的坡角优选为10
°‑
80
°
，最优选为30
°‑
60
°
。
17.进一步地，所述的标准化重块小车上装有刹车装置。当标准化重块小车上行储能且直流电动发电一体机出力不足以拉动标准化重块小车时，标准化重块小车应能自动刹车；当标准化重块小车下行发电时也可辅助控制标准化重块小车下行速度。
18.本实用新型具有以下有益效果：
19.1）新能源发电消纳能力高。本实用新型可通过改变标准化重块小车运行数量、控制标准化重块小车上行速度等手段，在电网不能完全消纳新能源发电功率的情况下，极大程度地消纳新能源所发多余功率，并可稳定系统上网功率，在蓄电池有可充电空间时，还可将新能源发电系统所发多余电量充入蓄电池中，进一步提高新能源所发电量消纳量。
20.2）输出功率稳定。本实用新型可根据新能源系统发电功率和高位堆放平台存储的标准化重块小车数量，通过改变标准化重块小车运行数量，控制标准化重块小车上行和下行速度等手段，输出目标稳定功率。
21.3）系统运行污染小。本实用新型主要依靠物理方式存储重力势能，仅存在蓄电池储放能量等少量化学过程，系统运行污染小。
22.4）系统运行安全可靠性高。本实用新型在能量存储过程中，可根据新能源系统所发多余功率合理控制标准化重块小车运行数量，在新能源系统所发功率瞬时出现低值时，蓄电池中存储的电量可补充至直流电动发电一体机，保证标准化重块小车稳定上行。此外，本实用新型在标准化重块小车设计过程中还配置有刹车装置，在储能阶段，可防止标准化重块小车因直流电动发电一体机功率不足而自行下滑，在发电阶段，可辅助控制标准化重块小车下行速度，进一步增加了系统运行安全性。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
24.图2为图1的俯视图；
25.图中，1
‑
山体、2
‑
光伏发电系统、3
‑
直流电动发电一体机、4
‑
蓄电池、5
‑
铁轨、6
‑
标准化重块小车、7
‑
车钩、8
‑
缆绳、9
‑
缆绳盘、10
‑
刹车装置、11
‑
高位堆放平台、12
‑
低位堆放平台、13
‑
标准化重块小车存储仓库；
26.图3为某孤网运行系统某日24小时内光伏发电功率曲线图；
27.图4为本实用新型实施例1的24小时输出功率曲线图；
28.图5为本实用新型实施例2的结构示意图；
29.图6为图5的俯视图；
30.图中，1
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山体、2
‑
风力发电系统、3
‑
直流电动发电一体机、4
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蓄电池、5
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铁轨、6
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标准化重块小车、7
‑
车钩、8
‑
缆绳、9
‑
缆绳盘、10
‑
刹车装置、11
‑
高位堆放平台、12
‑
低位堆放平台、13
‑
标准化重块小车存储仓库、14
‑
整流器；
31.图7为某孤网运行系统某日24小时内风力发电功率曲线图；
32.图8为本实用新型实施例2的24小时输出功率曲线图。
具体实施方式
33.以下结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。应当理解，此处所描述的实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.实施例1
35.请参阅图1和图2，一种耦合重力储能的新能源发电系统，其包括，一个具有一定坡度的山体1，山体1上铺设有多条铁轨5，多条铁轨5可以为并列铁轨，每条铁轨5的一端安放于低位堆放平台12上，另一端安放于高位堆放平台11上，每条铁轨5在低位堆放平台12和高位堆放平台11均设有水平段，方便标准化重块小车6组装和拆卸，在低位堆放平台12和高位堆放平台11上设有标准化重块小车存储仓库13，每条铁轨5均直通标准化重块小车存储仓库13，方便标准化重块小车6存储，在高位堆放平台11的每条铁轨5上设有一台直流电动发电一体机3。
36.光伏发电系统2连接直流电动发电一体机3和蓄电池5，蓄电池5连接直流电动发电一体机3，直流电动发电一体机3连接缆绳盘9，缆绳盘9通过缆绳8连接标准化重块小车6，直流电动发电一体机3安装于高位堆放平台11上。当光伏发电系统2所发功率不足以维持标准化重块小车6上行速度时，蓄电池5可释放电量，以维持标准化重块小车6上行速度。当蓄电池5有可充电空间时，可根据光伏发电系统2所发功率和标准化重块小车6消纳功率，实时充电。
37.标准化重块小车6上装有刹车装置10，当标准化重块小车6上行储能、直流电动发电一体机3出力不足以拉动标准化重块小车6时，标准化重块小车6应能自动刹车，当标准化重块小车6下行发电时也可辅助控制标准化重块小车6下行速度。
38.请参阅图3，为某孤网运行系统某日24小时内光伏发电功率图，该光伏发电系统2在0~4h和19~24h这两个区间内，发电功率均为0kw，从4h开始发电功率逐步增加，至13h，发电功率达到顶峰，为2050kw，随后发电功率逐步下降。在4~19h时间段内，标准化重块小车6处于上升储能阶段，直流电动发电一体机3将低位堆放平台12的标准化重块小车6运送至高位堆放平台11，标准化重块小车6运行过程中，应维持标准化重块小车6上行速率不变，单次运送标准化重块小车6的数量可根据光伏发电系统2的所发多余功率进行调整，多台标准化重块小车6之间通过车钩7连接，多条铁轨5的标准化重块小车6交替运行，可极大程度地消纳光伏发电系统2所发多余功率，并可使系统对外输出功率在一定时期内相对稳定。以2条铁轨5为例，标准化重块小车6的上行时间大于标准化重块小车6组装时间、标准化重块小车6拆卸时间、标准化重块小车6的下行时间三者之和，就可实现本系统储能阶段的交替运行。
39.请参阅附图4，为实施例1输出功率图。在0~4h和19~24h这两个区间内，标准化重块
小车6处于发电阶段，将高位堆放平台11的标准化重块小车6运送至低位堆放平台12，标准化重块小车6运行过程中，应维持标准化重块小车6下行速率不变，单次运行标准化重块小车6的数量可根据高位堆放平台11的标准化重块小车存储仓库13存放的标准化重块小车6的数量确定，多条铁轨5的标准化重块小车6交替运行，可维持输出功率稳定。以2条铁轨5为例，标准化重块小车6的下行时间大于标准化重块小车6组装时间、标准化重块小车6拆卸时间、标准化重块小车6的上行时间三者之和，就可实现本系统发电阶段的交替运行。与附图3相比较，在4~19h这个区间内，使用本系统后，也可有效降低输出功率峰值。
40.实施例2
41.请参阅图5和图6，一种耦合重力储能的新能源发电系统，其使用原理与实施例1相同。
42.请参阅图7，为某孤网运行系统某日24小时内风力发电功率。请参阅附图8，为实施例2输出功率。与实施例1不同，风力发电系统2输出为交流电，本实施例增加了整流器14。该风力发电系统2全天均有有功功率输出，为可实现全天范围内输出功率稳定，系统需增加铁轨数量，可全天均处于储能及发电阶段。标准化重块小车6上行，为储能阶段；标准化重块小车6下行，为发电阶段。标准化重块小车6运行过程中，应维持标准化重块小车6上行和下行速率不变，储能阶段，单次运送标准化重块小车6的数量可根据风力发电系统2的发电功率进行调整，发电阶段，单次运送标准化重块小车6的数量可根据高位堆放平台11的标准化重块小车存储仓库13存放的标准化重块小车6的数量确定。多条铁轨5的标准化重块小车6交替运行，可极大程度地消纳风力发电系统2所发多余功率并输出稳定功率。为了实现本系统全天均处于储能及发电阶段，需要至少4条铁轨5，2条铁轨5用于储能，2条铁轨5用于发电。如此，本系统可实现全天范围内输出功率相对稳定。以4条铁轨5为例，对于2条储能铁轨，标准化重块小车6的上行时间大于标准化重块小车6组装时间、标准化重块小车6拆卸时间、标准化重块小车6的下行时间三者之和，就可实现储能铁轨在该阶段的交替运行，对于2条发电铁轨，标准化重块小车6的下行时间大于标准化重块小车6组装时间、标准化重块小车6拆卸时间、标准化重块小车6的上行时间三者之和，就可实现发电铁轨在该阶段的交替运行。与附图4相比较，全天输出功率更为平缓，且可按照实际功率需要输出。