本發(fā)明涉及儲(chǔ)能，特別涉及一種金字塔型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)、專用建筑及充放電控制方法。

背景技術(shù)：

1、儲(chǔ)能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)削峰填谷、改善電力質(zhì)量以及優(yōu)化功率的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，儲(chǔ)能形式也越來(lái)越多樣化。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化形式，整體可分為化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能主要以各種電池技術(shù)為表現(xiàn)形式；物理儲(chǔ)能則主要包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及超導(dǎo)磁儲(chǔ)能等，其中抽水儲(chǔ)能是目前應(yīng)用規(guī)模最大的儲(chǔ)能方式之一，抽水儲(chǔ)能的原理是利用提升液體水的重力勢(shì)能來(lái)儲(chǔ)存能量，其最大的優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)能量大、存儲(chǔ)能量的釋放時(shí)間靈活性強(qiáng)、可控性高；在電站容量滿足的情況下，抽水儲(chǔ)能的儲(chǔ)能釋放時(shí)間在幾小時(shí)到幾天之間可任意調(diào)控。但由于需要較高的地勢(shì)差以及龐大的儲(chǔ)水量，相應(yīng)的抽水蓄電站在選址要求上異?？量?，所以在缺乏足夠水源的山間以及地勢(shì)差異并不明顯的平原地帶并不適用?；诖?，重力儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，重力儲(chǔ)能技術(shù)的原理與抽水儲(chǔ)能技術(shù)的原理相同。重力儲(chǔ)能是將相應(yīng)的媒介由水換成固態(tài)的重物，這使儲(chǔ)能系統(tǒng)的選址要求大大降低。在重力儲(chǔ)能系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)將重物提升至高處，這時(shí)電能會(huì)轉(zhuǎn)化為重物的勢(shì)能；當(dāng)重物下降時(shí)，重物可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而使重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。

2、目前，針對(duì)重力儲(chǔ)能的現(xiàn)有技術(shù)己有很多，比如cn114704445a公開(kāi)了一種重力儲(chǔ)能模塊以及模塊化重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，其包含多層質(zhì)量塊層、兩側(cè)電梯裝置和發(fā)電機(jī)，多層質(zhì)量塊層沿豎直方向?qū)盈B設(shè)置并且每層質(zhì)量塊層沿橫向設(shè)置有多個(gè)質(zhì)量塊存放位，每層質(zhì)量塊層下側(cè)均設(shè)置有一個(gè)用于水平運(yùn)載質(zhì)量塊的水平小車，兩側(cè)電梯裝置設(shè)置在多層質(zhì)量層的兩側(cè)將質(zhì)量塊上下運(yùn)載，電梯裝置與發(fā)電機(jī)連接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。多個(gè)重力儲(chǔ)能模塊沿前后方向堆疊構(gòu)成模塊化重力儲(chǔ)能系統(tǒng)。?該發(fā)明對(duì)于地形沒(méi)有特別的要求，占地面積利用率高，控制方便，且系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，還可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)儲(chǔ)能和放電功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3、上述的儲(chǔ)能方案也存在著一些不足：

4、1、該方案中的儲(chǔ)能建筑主體需要有足夠的高度，例如達(dá)到100米以上，眾所周知，建筑主體的高度越高則對(duì)其抗震抗風(fēng)能力的要求也會(huì)相應(yīng)提高；特別是在存滿電的情形下，所有的質(zhì)量塊均要集中擺放到建筑主體的上半部分，使得建筑整體呈“頭重腳輕”的結(jié)構(gòu)，這樣在風(fēng)吹動(dòng)時(shí)極易發(fā)生傾斜晃動(dòng)，甚至倒塌；因此對(duì)建筑主體的強(qiáng)度、承重能力及穩(wěn)定性均有很高的要求，而該方案中建筑主體采用的是常規(guī)的立方體形建筑結(jié)構(gòu)，要達(dá)到相應(yīng)的承重力及穩(wěn)定性要求，建設(shè)施工成本巨大；

5、?2、在該方案中，上側(cè)質(zhì)量塊層和下側(cè)質(zhì)量塊層由上至下每層分別一一對(duì)應(yīng)，發(fā)電時(shí)，上側(cè)質(zhì)量塊層中的質(zhì)量塊只能轉(zhuǎn)移到相對(duì)應(yīng)的下側(cè)質(zhì)量塊層中，同樣的，在儲(chǔ)電時(shí)下側(cè)質(zhì)量塊層中的質(zhì)量塊也只能轉(zhuǎn)移到相對(duì)應(yīng)的上側(cè)質(zhì)量塊層中，否則就會(huì)打亂整個(gè)質(zhì)量塊運(yùn)轉(zhuǎn)的工作布局，因此其對(duì)于每個(gè)重量塊的移動(dòng)和定位必須非常精準(zhǔn)，這使得其方案中針對(duì)質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)運(yùn)控制策略比較復(fù)雜。

6、3、該方案中，每個(gè)質(zhì)量塊下落的距離相同，即發(fā)電量相同，因此其對(duì)于單次發(fā)電量的調(diào)節(jié)方式不夠靈活。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金字塔型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，該重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的建筑主體穩(wěn)定性強(qiáng)，且充放電時(shí)對(duì)重力塊的控制定位方式更簡(jiǎn)單。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明首先提供一種重力儲(chǔ)能系統(tǒng)專用建筑，包括建筑主體，所述建筑主體為下大上小的棱錐形，棱錐形結(jié)構(gòu)重心相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；在建筑主體上設(shè)置有多個(gè)儲(chǔ)存層；所述儲(chǔ)存層用于擺放重力塊；所述建筑主體中設(shè)置有升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)用于垂直轉(zhuǎn)運(yùn)重力塊。

4、進(jìn)一步的，建筑主體為正多棱錐形，優(yōu)選的，建筑主體為金字塔形，即正四棱錐形。金字塔的形狀簡(jiǎn)潔、大方、美觀，建造相對(duì)容易，而且安全性好，因?yàn)槠湓降缴戏矫娣e越小，因此非常穩(wěn)定，怎么晃都晃不動(dòng)，即使是真的要塌掉了，破碎的建筑塊也只會(huì)掉在內(nèi)部，即在金字塔底邊所圈劃的范圍內(nèi)，保證了建筑的安全。

5、進(jìn)一步的，建筑主體的高度與其底邊長(zhǎng)度的比例為黃金分割比例；約為0.618。這樣空間結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更美觀。

6、建筑主體從上到下設(shè)置有頂層、中間層和底層，底層的高度占建筑主體總高度的30%，頂層的高度占建筑主體總高度的20%，多個(gè)儲(chǔ)存層均勻設(shè)置于中間層中。即儲(chǔ)存層占金字塔總高度的50%，根據(jù)計(jì)算可知，儲(chǔ)存層中可用于擺放重力塊的總空間與底層中可用于擺放重力塊的總空間基本相當(dāng)，使得底層可以放置下儲(chǔ)存層所有的重力塊。

7、進(jìn)一步的，底層中設(shè)置有用于轉(zhuǎn)運(yùn)和堆疊重力塊的行車吊或者叉車，所述儲(chǔ)存層中均設(shè)置有用于水平轉(zhuǎn)運(yùn)重力塊的叉車。

8、進(jìn)一步的，升降機(jī)構(gòu)包括控制器、轎廂、牽引繩、滾筒和電機(jī)；所述控制器與電機(jī)相連，用于控制電機(jī)的工作狀態(tài)，所述牽引繩的一端與所述轎廂固定相連，牽引繩的另一端與所述滾筒卷繞相連，所述滾筒與電機(jī)直接相連。牽引繩通過(guò)滾筒直接與電機(jī)連接，可以省略齒輪箱減速機(jī)等中間部件，降低了能量損耗，且提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。例如電機(jī)可采用直驅(qū)永磁外轉(zhuǎn)子電機(jī)，永磁電機(jī)的外轉(zhuǎn)子與滾筒直接連接，從而規(guī)避了滾筒和電機(jī)軸不對(duì)稱的問(wèn)題，直接連接的方式提高了系統(tǒng)的效率。

9、進(jìn)一步的，升降機(jī)構(gòu)有多個(gè)，均設(shè)置在建筑本體中心的電梯井中，所述滾筒與電機(jī)均設(shè)置在電梯井正上方的頂層空間中。

10、本發(fā)明提供一種金字塔型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用了上述的專用建筑，包括多個(gè)重力塊和電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)與升降機(jī)構(gòu)的控制器相連，并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度信號(hào)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電和放電操作；當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷較大時(shí)進(jìn)行放電，此時(shí)電氣控制系統(tǒng)控制升降機(jī)構(gòu)執(zhí)行下降操作，從而將重力塊向下方轉(zhuǎn)運(yùn)，該過(guò)程中所述電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的功能，電氣控制系統(tǒng)將發(fā)出的電能整流后輸送到電網(wǎng)中；當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷較小時(shí)進(jìn)行充電，此時(shí)電氣控制系統(tǒng)控制升降機(jī)構(gòu)執(zhí)行上升操作，將重力塊提升到上方指定的儲(chǔ)存層，該過(guò)程中電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的功能，將從電網(wǎng)獲取的電能轉(zhuǎn)化為重力塊的勢(shì)能儲(chǔ)存下來(lái)。

11、進(jìn)一步的，重力塊的尺寸、材質(zhì)均保持相同，重力塊的底部設(shè)置有叉槽，頂部設(shè)置有吊掛件。

12、本發(fā)明提供還提供了用于上述金字塔型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電方法，當(dāng)要進(jìn)行放電操作時(shí)，通過(guò)叉車將某個(gè)儲(chǔ)存層中的重力塊轉(zhuǎn)移到轎廂中，然后使轎廂從當(dāng)前儲(chǔ)存層一直下降到建筑主體最下方的底層中，再通過(guò)底層中的行車吊或叉車將重力塊轉(zhuǎn)移堆疊到底層空間中；在進(jìn)行充電操作時(shí)，則與此相反，先通過(guò)行車吊或叉車將重力塊轉(zhuǎn)移到轎廂中，然后由轎廂將重力塊提升到設(shè)定的儲(chǔ)存層后，再由叉車將重力塊轉(zhuǎn)移到該儲(chǔ)存層中。

13、本發(fā)明充放電控制方法的核心在于重力塊的轉(zhuǎn)運(yùn)，轎廂向下轉(zhuǎn)運(yùn)重力塊時(shí)，總是直接下降到最底層，這樣在發(fā)電時(shí)，控制系統(tǒng)不需要精確定位每個(gè)重力塊的下降高度，控制流程更簡(jiǎn)單?，F(xiàn)有技術(shù)中，單個(gè)重力塊在掉落時(shí)的基本過(guò)程是：速度從零開(kāi)始加速，加速一段時(shí)間后變成勻速，以勻速下落一定時(shí)間、然后進(jìn)行減速直到速度變?yōu)榱?。可知，如果讓一批重力塊同時(shí)從同一高度掉落，整體發(fā)出的電必然也是波動(dòng)的，這個(gè)波動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。所以需要使多個(gè)重力塊進(jìn)行有組織、有規(guī)劃的協(xié)同掉落或者提升來(lái)，使得整體發(fā)生的電能的功率是穩(wěn)定的。本發(fā)明中，通過(guò)采用讓不同層的重力塊同時(shí)掉落或者讓同一層的重力塊按照一定的時(shí)間間隔分批掉落來(lái)使儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)外進(jìn)行穩(wěn)定的功率輸出。發(fā)明中也可以對(duì)發(fā)電量進(jìn)行多種方式的調(diào)節(jié)，例如將1個(gè)重力塊從最上面的儲(chǔ)存層下落到底層時(shí)發(fā)出的電量記為1個(gè)單位，并假設(shè)從上到下每個(gè)儲(chǔ)存層中重力塊掉落時(shí)的發(fā)電量每層遞減0.1個(gè)單位，則若要得到2.7個(gè)單位的電量，本發(fā)明中的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)同時(shí)讓最上方儲(chǔ)存層中的2個(gè)重力塊及從上方數(shù)第四層中的1個(gè)重力塊進(jìn)行下落，也可以同時(shí)使第二層中的3個(gè)重力塊下落到底層，還可以同時(shí)讓第一層到第三層中各有一個(gè)重力塊落到底層。上述例子中是為了方便理解，將數(shù)值進(jìn)行了簡(jiǎn)化，實(shí)際的數(shù)值需要根據(jù)多種因素來(lái)綜合確定，包括當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?、相鄰?chǔ)存層的具體高度差，實(shí)際使用的重力塊的密度等因素。

14、本發(fā)明的具體原理是：在電網(wǎng)的用電低谷時(shí)期，通過(guò)叉車將底層中的重力塊轉(zhuǎn)移到轎廂中，升降機(jī)構(gòu)中電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的功能，通過(guò)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)牽引繩移動(dòng)，進(jìn)而將轎廂拉升到上方某一儲(chǔ)存層，然后通過(guò)相應(yīng)儲(chǔ)存層的叉車將轎廂中的重力塊轉(zhuǎn)移出來(lái)；如此反復(fù)，直到將重力塊轉(zhuǎn)移到金字塔上方的各個(gè)儲(chǔ)存層中，完成充電操作；在電網(wǎng)用電高峰期，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)用電功率的需求，選擇將上方特定儲(chǔ)存層中的重力塊通過(guò)叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至轎廂中，讓轎廂向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的功能，電氣控制系統(tǒng)將發(fā)出的電力送入電網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷的效果。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

16、1、本發(fā)明中的儲(chǔ)能系統(tǒng)，使用的建筑主體為棱錐形，優(yōu)選為金字塔形，建筑主體為下大上小結(jié)構(gòu)，這樣的建筑結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，抗震抗風(fēng)性能好；使用壽命長(zhǎng)。

17、2、本發(fā)明中，由于上小下大，最下方的底層可以容納上方儲(chǔ)存層中所有的重力塊，不管哪一層的重力塊均可以直接落到最下方底層中，在重力塊下落過(guò)程中不必進(jìn)行精確的定位，因而控制方法更簡(jiǎn)單；

18、3、本發(fā)明中由于不同儲(chǔ)存層的高度不同，因此重力塊從不同儲(chǔ)存層下落后的發(fā)電量不同，本發(fā)明可以通過(guò)控制不同儲(chǔ)存層中重力塊下落的時(shí)機(jī)和重力塊的數(shù)量來(lái)靈活控制某個(gè)時(shí)刻的發(fā)電總量，且精確度高，保證對(duì)外輸出功能的穩(wěn)定。

19、4、本發(fā)明中，轎廂通過(guò)牽引繩及滾筒直接與電機(jī)相連，不需要齒輪箱、減速機(jī)等中間件，不僅降低了能量損耗，且反應(yīng)速度快，提高了效率。