一种抽水加重力块储能系统的制作方法

1.本发明涉及储能发电技术领域，具体为一种抽水加重力块储能系统。


背景技术：

2.目前新能源快速发展，对储能提出了很高的需求。因为新能源发电存在随机性+间歇性+波动性等缺陷，新能源快速发展，必须要求配套的储能系统介入调节，否则新能源发电无法进入电网，这也是目前弃风弃光的主要原因。国家提出储能比例为10-15％，但是大多数新能源项目达不到该要求。主要原因是储能方式的限制。目前储能方式主要有抽水储能电站，化学储能，即电池储能，压缩空气储能，飞轮储能；抽水储能目前是主流，抽水储能发电技术是在用电低谷时，消耗电力储存水势能，在用电高峰时，利用水势能通过水轮机发电，具有储能规模大、储存周期长、对环境污染小等优点，是最有发展前景的大规模电力储能技术之一，而现有的抽水储能成本高，容易地理条件限制等，导致很多地区不具备建设抽水蓄能电站，制约了抽水蓄能电站的建设和发展，因此亟需一种抽水加重力块储能系统来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种抽水加重力块储能系统，能使水在重力块的加压状态下发电，提高发电效率，且减少对地理条件的要求，解决上述现有技术中存在的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抽水加重力块储能系统，包括抽水机、若干储水单元和至少一个重力单元，以及排水发电单元，其中：
5.若干所述储水单元至少在蓄水状态下成阶梯态分布，且相邻两个所述储水单元之间通过低阶流向高阶方向的单向阀连通；
6.所述抽水机抽取水源并由最低阶储水单元逐个输送至各储水单元内，其中在各储水单元蓄水过程中，重力单元同步向高处移动获取势能；
7.所述排水发电单元包括与各个储水单元相连的排水管，以及位于排水管排水末端的水力发电装置。
8.优选的，每个所述储水单元底部均通过支管与所述排水管相连，且每个所述支管上均安装有阀门。
9.优选的，每个所述储水单元内均安装有活塞，所述活塞在所述储水单元蓄水或排水时，受浮力作用同步进行向上滑动或向下滑动。
10.优选的，所述重力单元包括设置在每个所述活塞内的重力块，各所述重力块随活塞上下同步滑动。
11.优选的，所述重力单元包括至少一个重力块，所述重力单元位于最低阶储水单元的活塞顶端，随低阶储水单元蓄水使活塞向上滑动至与上一阶储水单元的活塞共面；
12.其中，各所述储水单元的活塞顶端均设有引导结构，并在相邻两个所述活塞共面时，该所述引导结构用于引导重力块在两个活塞之间平移。
13.优选的，所述引导结构包括活动板和活塞杆，所述活动板设于所述活塞顶端，所述活塞杆一端于所述活动板相连，另一端伸入所述储水单元内，并在活塞向上滑动至储水单元顶端开口时，活塞杆通过行程大小控制活动板朝高于该储水单元一阶的储水单元方向倾斜，或这活塞向下滑动至最低端时，活塞杆控制活动板朝低于该储水单元一阶的储水单元方向倾斜。
14.优选的，相邻两个所述储水单元之间均设有托板，该所述托板一端与低一阶所述储水单元的活塞相连，另一端与另一所述储水单元底部相连，随低一阶所述储水单元蓄水，活塞向上滑动，同步通过托板带动高一阶的储水单元向上移动，直至各储水单元形成阶梯态分布。
15.优选的，至少最高阶所述储水单元一侧安装有伸缩架，所述伸缩架随该储水单元同步进行伸缩；
16.其中，所述伸缩架上安装有电子锁紧件，该所述储水单元内设有浮力开关，该所述电子锁紧件受该浮力开关控制，对伸缩架状态进行锁紧或解锁。
17.优选的，每个所述储水单元相对面分别设有第一连接管和第二连接管，随低一阶所述储水单元内活塞向上滑动至该储水单元顶端开口时，高一阶的储水单元的第二连接管与低一阶储水单元的第一连接管拼接，其中，第一连接管和第二连接管内均设有单向阀，最低阶储水单元的第一连接管与抽水机连通。
18.优选的，各所述第一连接管上均同轴安装套管，且第一连接管一侧安装有联动结构，该所述联动结构与该所述套管相连，该联动结构用于控制该所述套管沿第一连接管轴线方向移动，各所述第二连接管一侧设有触发结构，随高一阶的储水单元的第二连接管移动至低一阶储水单元的第一连接管时，触发结构控制联动结构工作，使该套管朝向第二连接管移动，实现第一连接管与第二连接管拼接。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果：
20.本发明中，通过多个储水单元进行阶梯式蓄水，配合排水发电单元，利用水力进行储能和稳定供能，并通过重力单元使用，能实现重力单元加压，提高蓄能强度，同时也能使水需求大幅减少，其中，通过引导结构的作用，能在储能时将重力单元由最低阶移动至最高阶储水单元，最大程度进行加压储能，在供能时，又能引导重力单元进行返回，进行最大程度的释放能力，另外，重力单元可设置成箱体结构，又能实现物体的高低位运输工作。
21.本发明中，通过活塞、托板和伸缩架的设置，即能使得多个储水单元收缩处于共面形态，又能在储水过程中，利用浮力自动将各储水单元形成阶梯状态，在此过程中，高阶的储水单元即提高了势能，又能充当重力单元进行加压储能，提高储存效果，且不用受地理条件限制，便于运输和多种环境使用，使用灵活便捷，制造成本低，维护方便。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
23.在附图中：
24.图1是本发明抽水加重力块储能系统的结构示意图；
25.图2是本发明单个储水单元的结构示意图；
26.图3是本发明重力块在各储水单元移动的结构示意图；
27.图4是本发明另一种抽水加重力块储能系统的结构示意图；
28.图5是本发明另一种抽水加重力块储能系统工作态的结构示意图；
29.图6是本发明单个储水单元的结构示意图；
30.图7是本发明单个储水单元一侧的结构示意图；
31.图8是本发明图7中a区域的结构示意图；
32.图9是本发明储水单元另一侧的结构示意图；
33.图10是本发明图9中b区域的结构示意图；
34.图中标号：1、抽水机；2、储水单元；3、重力块；4、单向阀；5、排水管；6、水力发电装置；7、支管；8、阀门；9、活塞；10、活动板；11、活塞杆；12、托板；13、伸缩架；14、浮力开关；15、电子锁紧件；16、第一连接管；17、第二连接管；18、套管；19、承接板；20、联动齿条；21、齿轮；22、螺纹管；23、触发板；24、限位块。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
36.一种抽水加重力块储能系统，包括抽水机1、若干储水单元2和至少一个重力单元，以及排水发电单元，其中，若干储水单元2至少在蓄水状态下成阶梯态分布，且相邻两个储水单元之间通过低阶流向高阶方向的单向阀4连通；抽水机1抽取水源并由最低阶储水单元2逐个输送至各储水单元2内，其中在各储水单元2蓄水过程中，重力单元同步向高处移动获取势能；排水发电单元包括与各个储水单元2相连的排水管5，以及位于排水管5排水末端的水力发电装置6，利用重力单元加压水产生高压水进行储能和发电，所述储水单元2底部均通过支管7与排水管5相连，且每个支管7上均安装有阀门8
37.实施例1，如图1所示，该实施例中，各储水单元2初始状态下成阶梯状态布设，可基于山体进行建设，利用地势建造，该阶梯可以为单阶梯布设，也可在山体下部并排多组，山体上部减少并列数量，进行多种组合；其中，参考图1所示，在每个储水单元2底部均通过支管7与排水管5相连，且每个支管7上均安装有阀门8，通过阀门8进行排水控制，实现抽水蓄能和排水发电。
38.其中，本实施例中，每个储水单元2内均安装有活塞9，活塞9在储水单元2蓄水或排水时，受浮力作用同步进行向上滑动或向下滑动；
39.重力单元可为设置在每个活塞9内的重力块3，各重力块3随活塞9上下同步滑动，也可为重力块3，参考图1所示，本实施例中为重力块3，重力块3位于最低阶储水单元2的活塞9顶端，随低阶储水单元2蓄水使活塞9向上滑动至与上一阶储水单元2的活塞9共面；并在各储水单元2的活塞9顶端均设有引导结构，并在相邻两个活塞9共面时，该引导结构用于引导重力块3在两个活塞9之间平移。
40.参考图1所示，引导结构包括活动板10和活塞杆11，活动板10设于活塞9顶端，活塞杆11一端于活动板10相连，另一端伸入储水单元2内，并在活塞9向上滑动至储水单元2顶端开口时，活塞杆11通过行程大小控制活动板10朝高于该储水单元2一阶的储水单元2方向倾斜，或这活塞9向下滑动至最低端时，活塞杆11控制活动板10朝低于该储水单元2一阶的储
水单元2方向倾斜；
41.参考图2所示，其中，在储水单元2内设有多个活塞9，活动板设置在各活塞9顶部，通过合适数量的活塞9在浮力作用下上移或下移带动活动板以及放置在活动板上的重力块3移动，而其中一个或多个长度较长的活塞可作为活塞杆11，通过较长的活塞9向上移动，将活动板10顶起呈倾斜。
42.蓄能时：
43.参考图1和图3所示，抽水机1将水泵入第一阶储水单元2内，重力块3位于该阶储水单元2的活塞9顶端，其中，该阶储水单元2活塞9顶端的活动板10初始状态为水平状态，随着该阶储水单元2内水位上升，活塞9向上移动，同步带动活动板10和重力块3向上移动，直至活动板10高于或同于下一阶储水单元2顶端的活动板10位置，第一阶储水单元2内活塞杆11继续上升，带动该阶储水单元2顶端的活动板10朝下一阶储水单元2倾斜，使得重力块3滑动至下一阶储水单元2顶端的活动块上，其中，除了第一阶储水单元2顶端活动板10水平，其他阶储水单元2顶端的活动板10初始状态均朝向前一阶储水单元2方向倾斜，当重力块3滑动至下一阶储水单元2的活动板10上时，水由第一阶储水单元2流向第二阶储水单元2内，第二阶储水单元2内的活塞9上升，重复上述工作，直至重力块3滑动至最顶阶储水单元2上，完成蓄能过程，其中，为了避免重力块3从最顶阶最顶储水单元2滑出，阶储水单元2内的活塞杆11可设置成带动至活动板10最终水平。
44.发电时，最高一阶储水单元2支管7的阀门8打开进行排水，水流沿着支管7流入排水管5，并流经水力发电装置6开始发电，当最高一阶储水单元2内的水流完全排出后，活塞9和活动板10复位，复位状态，该阶储水单元2的活动板10朝前一阶储水单元2方向倾斜，前一阶储水单元2开始排水，该阶储水单元2内活塞9和活塞杆11下降，至该阶储水单元2顶端的活动板10水平，重力块3由最高阶储水单元2顶顶端的活动板10滑动至该阶储水单元2顶顶端的活动板10上，如此反复，直至重力块3滑动至最低阶储水单元2顶端。
45.其中，活动重力块3可以设计为一个箱体，当蓄能时，提升空箱，到达最高位置时装载重物，比如是矿石，发电时因为箱体增加了重量，这个增加的重力势能通过水介质转换为电能，最终可能产生发电量大于或等于储能消耗的电量，起到既增加了发电量，又起到运输矿物的作用；提升蓄能装置的经济性，解决目前储能工程盈利能力弱的问题。
46.实施例2，为了不用受地理条件限制，便于运输和多种环境使用，参考图4-图5所示，本实施例中，通过在相邻两个储水单元2之间均设有托板12，该托板12一端与低一阶储水单元2的活塞9相连，另一端与另一储水单元2底部相连，随低一阶储水单元2蓄水，活塞9向上滑动，同步通过托板12带动高一阶的储水单元2向上移动，直至各储水单元2形成阶梯态分布。
47.参考图4所示，为初始状态下各储水单元2的位置，参考图5所示，为蓄水状态下各储水单元2的位置。
48.其中，至少最高阶储水单元2一侧安装有伸缩架13，伸缩架13随该储水单元2同步进行伸缩；提高各储水单元2向上移动的稳定性；
49.其中，伸缩架13上安装有电子锁紧件15，该储水单元2内设有浮力开关14，该电子锁紧件15受该浮力开关14控制，对伸缩架13状态进行锁紧或解锁，即当前一个储水单元2内储水至最顶端时，该储水单元2对应的伸缩架13至工作状态，浮力开关14发出信号，使得锁
紧件进行锁紧工作，避免伸缩架13上下滑动影响装置的稳定性，当该储水单元2内水位下降至最底端时，该储水单元2内的浮力开关14发出信号，使得锁紧件进行解锁工作，伸缩架13能进行伸缩。
50.参考图6-图10所示，每个储水单元2相对面分别设有第一连接管16和第二连接管17，随低一阶储水单元2内活塞9向上滑动至该储水单元2顶端开口时，高一阶的储水单元2的第二连接管17与低一阶储水单元2的第一连接管16拼接，其中，第一连接管16和第二连接管17内均设有单向阀4，最低阶储水单元2的第一连接管16与抽水机1连通；
51.在各第一连接管16上均同轴安装套管18，且第一连接管16一侧安装有联动结构，该联动结构与该套管18相连，该联动结构用于控制该套管18沿第一连接管16轴线方向移动，各第二连接管17一侧设有触发结构，随高一阶的储水单元2的第二连接管17移动至低一阶储水单元2的第一连接管16时，触发结构控制联动结构工作，使该套管18朝向第二连接管17移动，实现第一连接管16与第二连接管17拼接。
52.参考图7-图10所示，联动结构包括承接板19、联动齿条20、齿轮21和螺纹管22，触发结构包括触发板23，其中，该方式下第二连接管17滑动安装在储水单元2上，其中，触发板23安装在第二连接管17下方，承接板19滑动安装在第一连接管16下方，联动齿条20与承接板19相连，且联动齿条20与齿轮21啮合，齿轮21内圈设有螺纹，螺纹管22同轴套接在第一连接管16上，且外表面通过螺纹与齿轮21内螺纹啮合，螺纹管22与套管18相连，随着高一阶的储水单元2的第二连接管17移动至低一阶储水单元2的第一连接管16时，第二连接管17与前一阶储水单元2的第一连接管16对应，触发板23与承接板19接触，此时在该第一连接管16上设置限位块24，即可挡住第二连接管17，高一阶储水单元2继续上升，触发板23推动承接板19上滑，通过联动齿条20带动齿轮21转动，齿轮21转动带动螺纹管22和套管18朝第二连接管17方向移动，从而实现第一连接管16与第二连接管17拼接，反之，排水时，随着高一阶储水单元2下降，首先承接板19随着触发板23同步向下移动，可将承接板19和触发板23设置成磁性结构，通过吸附力控制，也可将承接板19设置成一定的重力，通过自身重力带动其下降，随着承接板19下降，联动齿条20反向带动齿轮21转动，同时带动螺纹管22和套管18朝复位，至套管18与第二连接管17脱离，此时第二套管18可随储水单元2下降与第一连接管16分离，实现自动拼接和自动分离。
53.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种抽水加重力块储能系统，其特征在于，包括抽水机、若干储水单元和至少一个重力单元，以及排水发电单元，其中：若干所述储水单元至少在蓄水状态下成阶梯态分布，且相邻两个所述储水单元之间通过低阶流向高阶方向的单向阀连通；所述抽水机抽取水源并由最低阶储水单元逐个输送至各储水单元内，其中在各储水单元蓄水过程中，重力单元同步向高处移动获取势能；所述排水发电单元包括与各个储水单元相连的排水管，以及位于排水管排水末端的水力发电装置。2.根据权利要求1所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：每个所述储水单元底部均通过支管与所述排水管相连，且每个所述支管上均安装有阀门。3.根据权利要求1所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：每个所述储水单元内均安装有活塞，所述活塞在所述储水单元蓄水或排水时，受浮力作用同步进行向上滑动或向下滑动。4.根据权利要求3所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：所述重力单元包括设置在每个所述活塞内的重力块，各所述重力块随活塞上下同步滑动。5.根据权利要求3所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：所述重力单元包括至少一个重力块，所述重力单元位于最低阶储水单元的活塞顶端，随低阶储水单元蓄水使活塞向上滑动至与上一阶储水单元的活塞共面；其中，各所述储水单元的活塞顶端均设有引导结构，并在相邻两个所述活塞共面时，该所述引导结构用于引导重力块在两个活塞之间平移。6.根据权利要求5所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：所述引导结构包括活动板和活塞杆，所述活动板设于所述活塞顶端，所述活塞杆一端于所述活动板相连，另一端伸入所述储水单元内，并在活塞向上滑动至储水单元顶端开口时，活塞杆通过行程大小控制活动板朝高于该储水单元一阶的储水单元方向倾斜，或这活塞向下滑动至最低端时，活塞杆控制活动板朝低于该储水单元一阶的储水单元方向倾斜。7.根据权利要求3或4所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：相邻两个所述储水单元之间均设有托板，该所述托板一端与低一阶所述储水单元的活塞相连，另一端与另一所述储水单元底部相连，随低一阶所述储水单元蓄水，活塞向上滑动，同步通过托板带动高一阶的储水单元向上移动，直至各储水单元形成阶梯态分布。8.根据权利要求7所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：至少最高阶所述储水单元一侧安装有伸缩架，所述伸缩架随该储水单元同步进行伸缩；其中，所述伸缩架上安装有电子锁紧件，该所述储水单元内设有浮力开关，该所述电子锁紧件受该浮力开关控制，对伸缩架状态进行锁紧或解锁。9.根据权利要求7所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：每个所述储水单元相对面分别设有第一连接管和第二连接管，随低一阶所述储水单元内活塞向上滑动至该储水单元顶端开口时，高一阶的储水单元的第二连接管与低一阶储水单元的第一连接管拼接，其中，第一连接管和第二连接管内均设有单向阀，最低阶储水单元的第二连接管与抽水机连通。10.根据权利要求9所述的一种抽水加重力块储能系统，其特征在于：各所述第一连接
管上均同轴安装套管，且第一连接管一侧安装有联动结构，该所述联动结构与该所述套管相连，该联动结构用于控制该所述套管沿第一连接管轴线方向移动，各所述第二连接管一侧设有触发结构，随高一阶的储水单元的第二连接管移动至低一阶储水单元的第一连接管时，触发结构控制联动结构工作，使该套管朝向第二连接管移动，实现第一连接管与第二连接管拼接。

技术总结
本发明公开了一种抽水加重力块储能系统，包括抽水机、若干储水单元和至少一个重力单元，以及排水发电单元，其中,若干储水单元至少在蓄水状态下成阶梯态分布，且相邻两个储水单元之间通过低阶流向高阶方向的单向阀连通；抽水机抽取水源并由最低阶储水单元逐个输送至各储水单元内，其中在各储水单元蓄水过程中，重力单元同步向高处移动获取势能,能实现重力单元加压，提高蓄能强度，同时也能使水需求大幅减少；排水发电单元包括与各个储水单元相连的排水管，以及位于排水管排水末端的水力发电装置，实现利用水力进行储能和稳定供能。实现利用水力进行储能和稳定供能。实现利用水力进行储能和稳定供能。


技术研发人员：曹树军 任登辉 程学良
受保护的技术使用者：程学良
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/6/27