一种基于重载汽车提升的公路交通运输和电力储能系统的制作方法

1.本发明涉及公路交通运输和电力储能领域，尤其是一种基于重载汽车提升的公路交通运输和电力储能系统。


背景技术：

2.碳达峰碳中和“30.60”目标是中国为应对全球气候变化作出的郑重承诺，也是中国制定政策时的硬约束，对经济和市场都有深远影响。要实现碳达峰和碳中和，一方面要逐步减少化石能源的消费量，另一方面要切实提升可再生能源的消费占比。我国风能和太阳能等新源能源主要分布在西北地区、且太阳能发电集中在白天，而电力负荷主要分布在东南沿海一带、且夜间电力消耗的比值更大，这一现象造成了我国新能源电力生产和消耗存在较强的时空不匹配性。新能源发电受气候条件的影响而波动性较大，特别是在其直接并网比例超过20％以后，可能发生严重的恶性连锁事故，对整个电网产生较大的冲击。也正因为如此，经常会产生弃风、弃光等现象，导致新能源电力的利用率低下。然而，低成本、大容量、易选址的储能技术可有效解决时空不匹配和并网稳定性问题，是可再生能源大规模高效开发利用、实现我国能源领域绿色可持续发展战略的重要保障。
3.重力储能是一种古老和相对成熟的储能技术，特别是抽水储能技术，已经实现了商业运行。但是抽水储能技术对选址要求很高，需要建设上下游水库，并且水的蒸发量也比较大，在北方、特别是西北地区选址比较困难。利用斜坡轨道和竖井提升重物的重力势能储能系统得到了广泛关注，应用于干旱缺水地区具有优越性。利用斜坡轨道进行重力储能，其效率与斜坡的坡度密切相关，坡度越大、摩擦损耗越小，但大坡度斜坡及轨道的建设存在诸多难题，需考虑极端天气、地质灾害等对储能系统的影响。利用垂直提升重物进行储能，如果可以利用现有或废弃的竖井、梁架等结构，技术难度和建造成本更低，如果需要新建造竖梁或竖井，也会增加建造成本。针对垂直提升重物储能方案，瑞士energy vault公司提出了一种利用起重机将混凝土块堆叠成塔的结构，利用混凝土块的吊起和吊落进行储能和释能，单个混凝土砖块的重量可达35吨。采用起重机结构吊装混凝土块需要高载重和高精度抓放的吊具，制造难度大，且存在缆绳晃动难以定位、堆砌塔楼稳定性低等诸多问题，限制了其推广应用。英国gravitricity公司利用竖井吊装单个重物进行重力储能，为增加储能量，单个重物计划扩大到500吨的重量，进一步提高单个重物的质量对支撑梁架和提升系统等机械结构的设计和建造带来挑战。中国发明专利202110714699.8提出了一种基于竖井和巷道的重力储能系统，采用一套提升机依次提升多个轨道小车实现规模化储能，需要建设上部和下部的轨道小车停放场地和轨道，占地面积和基建费用较高，另外，轨道小车购置费用较高，且只能沿轨道滑行，灵活性较差。
4.另外，在公路交通运输领域，根据国标规定，公路的坡度一般不高于9％，在做公路规划时，大量的公路都避免通过山体陡坡，增加了绕行的距离，不仅浪费了时间，且增加了汽车的损耗，另外，重载汽车爬坡和下坡过程出现交通事故的概率较高，带来生命和财产安全问题。


技术实现要素：

5.本发明针对公路交通领域陡坡运输和重力储能重物购置、停放场地建造存在的难题，提出一种利用山体陡坡资源，基于重载汽车提升的公路交通运输和电力储能系统。
6.本发明采用以下两种技术方案：
7.第一方案是利用桥梁建造重载汽车提升机，包括桥墩、上部公路、下部公路、提升机梁架、电动发电机、绞盘、轿厢、m个上行重载汽车和n个下行重载汽车；上部公路覆盖坡体延伸至桥墩的一侧并与桥墩相接；下部公路铺设在桥墩底部的内侧；电动发电机和绞盘安装在提升机梁架上方；提升机梁架的高度高于轿厢的高度；在储能工况，放行上行重载汽车，单个上行重载汽车依次从下部公路移动到轿厢内部，通过电动发电机带动绞盘将上行重载汽车吊到顶部，然后从轿厢内部移动到上部公路离开；在释能工况，放行下行重载汽车，单个下行重载汽车从上部公路依次运动到轿厢内部，下行重载汽车降落过程中，通过绞盘带动电动发电机发电，下行重载汽车落到底部后，从轿厢内部移动到下部公路离开。
8.第二方案是利用竖井和隧道建造重载汽车提升机，包括带竖井的隧道、上部公路、下部公路、提升机梁架、电动发电机、绞盘、轿厢、m个上行重载汽车和n个下行重载汽车；竖井贯穿陡坡的顶部与底部，隧道在陡坡的底部与竖井的一侧相接；上部公路在陡坡的顶部与竖井的另一侧相接；下部公路安装在隧道内部；电动发电机和绞盘安装在提升机梁架上方；提升机梁架的高度高于轿厢的高度；在储能工况，放行上行重载汽车，单个上行重载汽车从下部公路依次移动到轿厢内部，通过电动发电机带动绞盘将上行重载汽车吊到顶部，然后从轿厢内部移动到上部公路离开；在释能工况，放行下行重载汽车，单个下行重载汽车依次从上部公路运动到轿厢内部，下行重载汽车降落过程中，通过绞盘带动电动发电机发电，下行重载汽车落到底部后，从轿厢内移动到下部公路离开。
9.本发明单个重载汽车提升机可安装单个轿厢，也可以安装两个轿厢；单个电动发电机带动单个绞盘或两个绞盘；电动发电机可采用独立的电动机和发电机结构，也可以采用电动发电一体机结构。
10.本发明具有以下优点：
11.(1)本发明可有效缩短重载汽车爬坡的时间、降低重载汽车在爬坡过程中的损耗并提升安全性，利用上部公路与桥墩或竖井相结合对坡体进行改造，形成使得提升后的车辆能够直接驶离的路段，对于公路交通领域节能减排和实现双碳目标、减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。
12.(2)本发明可利用交通运输的上行汽车和下行汽车作为重物实现储能，无需采购重物，也无需在山体上部和下部建设专用的重物停放场地，将重物采购成本和停车场地基建成本降为零，且还可以通过收取汽车过路费用作为补贴，提高了储能系统的经济性。
13.(3)公路交通重载汽车的流量很大，全国总共有超过2500万辆货车，如果有1/10的汽车用于储能，平均每辆车20吨，陡坡的高度为200米，则250万辆重载汽车每天的储能量将达到3000万千瓦时左右，量大面广，具有很大的推广价值。
14.(4)重载汽车提升机可以依托山体陡坡架设桥梁或挖掘竖井隧道进行建造，在实现公路交通运输的同时进行规模化电力储能。
附图说明
15.图1为本发明具体实施例1基于桥梁建造的重载汽车提升公路交通运输和重力储能系统重载汽车上行和储能过程示意图；
16.图2为本发明具体实施例1基于桥梁建造的重载汽车提升公路交通运输和重力储能系统重载汽车下行和释能过程示意图；
17.图3为本发明具体实施例2基于山体竖井和隧道建造的重载汽车提升公路交通运输和重力储能系统重载汽车上行和储能过程示意图；
18.图4为本发明具体实施例2基于山体竖井和隧道建造的重载汽车提升公路交通运输和重力储能系统重载汽车下行和释能过程示意图；
19.图5为实施例1中单个重载汽车提升机提升双轿厢的系统结构示意图；
20.图6为实施例2中单个重载汽车提升机提升双轿厢的系统结构示意图。
21.图中，1桥墩；2带竖井的隧道；3上部公路；4下部公路；5提升机梁架；6电动发电机；7绞盘；8轿厢；9上行重载汽车；10下行重载汽车。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
23.图1和图2所示为本发明实施例1基于桥梁建造的重载汽车提升公路交通运输和重力储能系统示意图，包括桥墩1、上部公路3、下部公路4、提升机梁架5、电动发电机6、绞盘7、轿厢8、m个上行重载汽车9和n个下行重载汽车10；上部公路3覆盖坡体延伸至桥墩1的一侧并与桥墩1相接；下部公路4安装在桥墩1底部的内侧；电动发电机6和绞盘7安装在提升机梁架5上方；提升机梁架5的高度高于轿厢8的高度；在储能工况，放行上行重载汽车9，单个上行重载汽车9依次从下部公路4移动到轿厢8内部，通过电动发电机6带动绞盘7将上行重载汽车9吊到顶部，然后从轿厢8内部移动到上部公路3离开；在释能工况，放行下行重载汽车10，单个下行重载汽车10依次从上部公路3运动到轿厢8内部，下行重载汽车10降落过程中，通过绞盘7带动电动发电机6发电，下行重载汽车10落到底部后，从轿厢8内移动到下部公路4离开。
24.图3和图4所示为本发明实施例2基于竖井和隧道建造的重载汽车提升公路交通运输和重力储能系统示意图，包括带竖井的隧道2、上部公路3、下部公路4、提升机梁架5、电动发电机6、绞盘7、轿厢8、m个上行重载汽车9和n个下行重载汽车10；竖井贯穿陡坡的顶部与底部，隧道2在陡坡的底部与竖井的一侧相接；上部公路3在陡坡的顶部与竖井的另一侧相接；下部公路4安装在隧道2内部；电动发电机6和绞盘7安装在提升机梁架5上方；提升机梁架5的高度高于轿厢8的高度；在储能工况，放行上行重载汽车9，单个上行重载汽车9依次从下部公路4移动到轿厢8内部，通过电动发电机5带动绞盘7将上行重载汽车9吊到顶部，然后从轿厢8内部移动到上部公路3离开；在释能工况，放行下行重载汽车10，单个下行重载汽车10依次从上部公路3运动到轿厢8内部，下行重载汽车10降落过程中，通过绞盘7带动电动发电机6发电，下行重载汽车10落到底部后，从轿厢8内移动到下部公路4离开。
25.针对上述实施例，单个汽车提升机可安装单个或两个轿厢8，单个电动发电机6带动单个或两个绞盘7；基于桥梁建造的重载汽车提升机安装两个轿厢的系统结构如图5所示，基于竖井和隧道建造的重载汽车提升机提升两个轿厢的系统结构如图6所示；电动发电机6可采用独立的电动机和发电机结构，或者采用电动发电一体机结构。
26.虽然本发明参照某些优选实施方案进行了详述，但本领域技术人员将会认识到在权利要求书的范畴内还有其它实施方案。例如，本发明采用的重载汽车提升机除了采用电机和绞盘构成的卷扬提升机外，还可以采用电动液压提升机等，本发明采用的电动发电机还可以采用多台电动发电机共同驱动绞盘提升单个重物。