重力储能系统的制作方法

1.本发明涉及能源发电领域，尤其涉及一种重力储能系统。

背景技术：

2.近年来，随着各种化石能源储量的不断减少，加之全球变暖等环境因素的不断加剧，能源替代问题以及环境问题引起了人们的极大关注。为实现全球范围内碳的近零排放，需要大力发展水能、风能、太阳能等可再生能源。

3.但是，受自然环境的影响，可再生能源发电不稳定，现有用于可再生能源的储能系统进行能量储存与释放的成本过高，影响后续的并网输送和水电消纳，整个系统的经济性较差。

技术实现要素：

4.基于以上问题，本发明的目的在于提供一种重力储能系统，能够以较低的成本储能，提高整个系统的经济性。

5.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

6.一种重力储能系统，包括：

7.若干个质量单元；

8.第一储存模块，用于存放释放能量后的所述质量单元；

9.第二储存模块，设置于所述第一储存模块的上方，所述第二储存模块用于存放已存储能量的所述质量单元；

10.提升模块，用于将所述第一储存模块的释放能量后的所述质量单元提升至所述第二储存模块，以使所述质量单元完成能量存储；

11.发电模块，当已存储能量的所述质量单元从所述第二储存模块降落至所述第一储存模块释放能量时，所述发电模块用于与所述质量单元进行能量交换，以使所述质量单元的重力势能转换为所述发电模块的电能。

12.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述第一储存模块包括若干个第一输送架，每个所述第一输送架上均设置有可转动的第一主动辊，所述第一主动辊用于带动所述质量单元在所述第一输送架上移动；所述第二储存模块包括若干个第二输送架，每个所述第二输送架上均设置有可转动的第二主动辊，所述第二主动辊用于带动所述质量单元在所述第二输送架上移动。

13.作为本发明的重力储能系统的优选方案，每个所述第一输送架上均还设置有第一从动辊，相邻两个所述第一主动辊之间设置有若干个所述第一从动辊；每个所述第二输送架上均还设置有第二从动辊，相邻两个所述第二主动辊之间设置有若干个所述第二从动辊。

14.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述第一主动辊、所述第二主动辊、所述第一从动辊和所述第二从动辊分别沿轴向间隔设置有至少两个，沿轴向相邻的两个所述第

一主动辊之间、两个所述第二主动辊之间、两个所述第一从动辊之间、两个所述第二从动辊之间均设置有用于避让所述提升模块的避让槽。

15.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述质量单元的重心位于相邻的所述第一主动辊和所述第一从动辊之间；和/或，所述质量单元的重心位于相邻的两个所述第一从动辊之间；和/或，所述质量单元的重心位于相邻的所述第二主动辊和所述第二从动辊之间；和/或，所述质量单元的重心位于相邻的两个所述第二从动辊之间。

16.作为本发明的重力储能系统的优选方案，每个所述第一输送架上均还设置有第一导向辊，所述第一导向辊与所述质量单元滚动连接；每个所述第二输送架上均还设置有第二导向辊，所述第二导向辊与所述质量单元滚动连接。

17.作为本发明的重力储能系统的优选方案，若干个所述第一输送架和若干个所述第二输送架的长度均相等；或者，若干个所述第一输送架和若干个所述第二输送架的长度自下至上依次减小。

18.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述提升模块和/或所述发电模块包括吊钩结构，所述质量单元上设置有卡槽，所述吊钩结构包括伸缩机构；所述伸缩机构能够在重力作用下卡入所述卡槽，以锁定所述吊钩结构和所述质量单元；所述伸缩机构还能够在外力作用下脱离所述卡槽，以解锁所述吊钩结构和所述质量单元。

19.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述吊钩结构还包括壳体，所述伸缩机构能够在重力作用下伸出所述壳体，并卡入所述卡槽；所述伸缩机构还能够在外力作用下缩回所述壳体内，并脱离所述卡槽。

20.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述伸缩机构包括支架、触发杆、连接杆和锁止块，所述触发杆滑动设置于所述支架上，所述锁止块转动设置于所述支架上，所述连接杆的一端与所述触发杆转动连接，另一端与所述锁止块转动连接，所述锁止块能够在重力作用下相对所述支架向外翻转，以与所述卡槽卡接，所述触发杆能够通过所述连接杆带动所述锁止块相对所述支架向内翻转，以使所述锁止块与所述卡槽脱离。

21.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述卡槽包括相连通的导向槽和限位槽，所述锁止块在所述导向槽的导向作用下能够相对所述支架向内翻转，以使所述伸缩机构伸入所述限位槽内，所述锁止块能够在重力作用下相对所述支架向外翻转，以与所述限位槽卡接。

22.作为本发明的重力储能系统的优选方案，还包括转向单元，所述转向单元用于改变所述质量单元在所述第一储存模块或所述第二储存模块上的输送方向。

23.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述转向单元包括第一转向辊、第二转向辊和基座，所述基座设置在所述第一储存模块和/或所述第二储存模块上，所述第一转向辊和所述第二转向辊的排布方向垂直，所述质量单元能够在所述第一转向辊上沿第一方向输送，转向时，所述第一转向辊停止，所述第二转向辊启动，使得所述质量单元沿第二方向输送；

24.或者，所述转向单元包括第一转向辊、基座和转向座，所述基座设置在所述第一储存模块和/或所述第二储存模块上，所述转向座可转动地设置在所述基座上，若干个所述第一转向辊平行分布在所述转向座上，通过所述第一转向辊输送所述质量单元，转向时，转动所述转向座能够使所述第一转向辊转向，以实现所述质量单元输送方向的转向。

25.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述提升模块包括第一轨道、第一提升机和第一牵引缆绳，所述第一提升机滑动设置于所述第一轨道上，所述第一牵引缆绳悬挂于所述第一提升机的输出端。

26.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述提升模块包括第一运输箱、第一提升机和第一牵引缆绳，所述第一运输箱用于接收所述第一储存模块的所述质量单元，所述第一提升机能够通过所述第一牵引缆绳提升所述第一运输箱由所述第一储存模块至所述第二储存模块。

27.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述第一运输箱还用于推送所述质量单元至所述第二储存模块上。

28.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述发电模块包括第二轨道、第二提升机和第二牵引缆绳，所述第二提升机滑动设置于所述第二轨道上，所述第二牵引缆绳悬挂于所述第二提升机的输出端。

29.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述发电模块包括第二运输箱、第二提升机和第二牵引缆绳，所述第二运输箱用于接收所述第二储存模块的所述质量单元，所述第二提升机能够通过所述第二牵引缆绳降落所述第二运输箱由所述第二储存模块至所述第一储存模块。

30.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述第二运输箱还用于推送所述质量单元至所述第一储存模块上。

31.作为本发明的重力储能系统的优选方案，所述提升模块和所述发电模块为一体式模块；所述一体式模块包括轨道、提升机和牵引缆绳，所述提升机滑动设置于所述轨道上，所述提升机能够通过所述牵引缆绳提升或降落所述质量单元；或者，所述一体式模块包括运输箱、提升机和牵引缆绳，所述提升机能够通过所述牵引缆绳提升或降落所述运输箱，所述运输箱用于容纳所述质量单元。

32.本发明的有益效果为：

33.本发明提供的重力储能系统，通过第一储存模块存放释放能量后的质量单元，通过第二储存模块存放已存储能量的质量单元，通过提升模块将第一储存模块的释放能量后的质量单元提升至第二储存模块，以使质量单元完成能量存储，当已存储能量的质量单元从第二储存模块降落至第一储存模块释放能量时，通过发电模块与质量单元进行能量交换，以使质量单元的重力势能转换为发电模块的电能，从而利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性。

附图说明

34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

35.图1是本发明具体实施方式提供的第一种结构形式的重力储能系统在储能前的结构示意图；

36.图2是本发明具体实施方式提供的第一种结构形式的重力储能系统在储能中的结

构示意图；

37.图3是本发明具体实施方式提供的第一种结构形式的重力储能系统在储能后的结构示意图；

38.图4是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中的机架的结构示意图；

39.图5是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中的机架的俯视示意图；

40.图6是本发明具体实施方式提供的第二种结构形式的重力储能系统在储能前的结构示意图；

41.图7是本发明具体实施方式提供的第二种结构形式的重力储能系统在储能中的结构示意图；

42.图8是本发明具体实施方式提供的第二种结构形式的重力储能系统在储能后的结构示意图；

43.图9是本发明具体实施方式提供的第二种结构形式的重力储能系统中第一储存模块(或第二储存模块)的部分结构的俯视示意图；

44.图10是本发明具体实施方式提供的第三种结构形式的重力储能系统在储能前的结构示意图；

45.图11是本发明具体实施方式提供的第三种结构形式的重力储能系统在储能中的结构示意图；

46.图12是本发明具体实施方式提供的第三种结构形式的重力储能系统在储能后的结构示意图；

47.图13是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中质量单元和吊钩结构的结构示意图；

48.图14是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中第一储存模块(或第二储存模块)、质量单元和第一种结构形式的转向单元的俯视图；

49.图15是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中第一储存模块(或第二储存模块)、质量单元和第一种结构形式的转向单元(部分转向单元承载质量单元时)的俯视图；

50.图16是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中第一种结构形式的转向单元的俯视图；

51.图17是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中第二种结构形式的转向单元的俯视图。

52.图中：

53.1-第一储存模块；2-第二储存模块；3-提升模块；4-发电模块；5-质量单元；

54.6-吊钩结构；7-转向单元；8-机架；

55.11-第一输送架；12-第一主动辊；13-第一从动辊；14-第一导向辊；15-避让槽；

[0056][0057]

21-第二输送架；22-第二主动辊；23-第二从动辊；24-第二导向辊；

[0058]

31-第一轨道；32-第一提升机；33-第一牵引缆绳；34-第一运输箱；341-第一推送辊；

[0059][0060]

41-第二轨道；42-第二提升机；43-第二牵引缆绳；44-第二运输箱；441-第二推送

辊；

[0061][0062]

51-卡槽；511-导向槽；512-限位槽；

[0063]

61-壳体；62-伸缩机构；621-支架；622-触发杆；623-连接杆；624-锁止块；

[0064]

71-第一转向辊；72-第二转向辊；73-基座；74-转向座；

[0065]

81-竖柱；82-横梁；83-辊子支座；84-减震垫。

具体实施方式

[0066]

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0067]

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

[0068]

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0069]

如图1至图17所示，本实施例提供一种重力储能系统，该重力储能系统包括第一储存模块1、第二储存模块2、提升模块3、发电模块4和若干个质量单元5。第一储存模块1用于存放释放能量后的质量单元5，第二储存模块2设置于第一储存模块1的上方，第二储存模块2用于存放已存储能量的质量单元5。提升模块3用于将第一储存模块1的释放能量后的质量单元5提升至第二储存模块2，以使质量单元5完成能量存储。当已存储能量的质量单元5从第二储存模块2降落至第一储存模块1释放能量时，发电模块4用于与质量单元5进行能量交换，以使质量单元5的重力势能转换为发电模块4的电能，从而利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性。

[0070]

具体地，第一储存模块1可以包括若干个第一输送架11，每个第一输送架11上均设置有可转动的第一主动辊12，第一主动辊12用于带动质量单元5在第一输送架11上移动。第一主动辊12可以通过电机等驱动方式进行驱动，第一主动辊12可以设置若干个，并通过同步带保持同步转动。若干个第一输送架11可以沿高度方向排布，第一输送架11可以水平设置，若干个第一主动辊12沿水平方向排布于第一输送架11上，方便沿水平方向稳定输送质量单元5，使质量单元5由第一输送架11靠近提升模块3的一端移动至第一输送架11靠近发电模块4的一端。

[0071]

可选地，每个第一输送架11上均还设置有第一从动辊13，相邻两个第一主动辊12

之间设置有若干个第一从动辊13，从而保证了质量单元5在第一输送架11上移动时始终与第一主动辊12和/或第一从动辊13滚动接触，减小了摩擦阻力，降低了能量消耗和输送成本。

[0072]

为了防止质量单元5在第一输送架11上偏离预设的移动路线，可选地，每个第一输送架11上均还设置有第一导向辊14，第一导向辊14与质量单元5滚动连接，第一导向辊14可以设置在质量单元5预设的移动路线的两侧，对质量单元5进行限位和导向。

[0073]

第二储存模块2的结构和工作原理可以与第一储存模块1相同。第二储存模块2包括若干个第二输送架21，每个第二输送架21上均设置有可转动的第二主动辊22，第二主动辊22用于带动质量单元5在第二输送架21上移动。第二主动辊22可以通过电机等驱动方式进行驱动，第二主动辊22可以设置若干个，并通过同步带保持同步转动。若干个第二输送架21可以沿高度方向排布，第二输送架21可以水平设置，若干个第二主动辊22沿水平方向排布于第二输送架21上，方便沿水平方向稳定输送质量单元5，使质量单元5由第二输送架21靠近提升模块3的一端移动至第二输送架21靠近发电模块4的一端。

[0074]

每个第二输送架21上均还设置有第二从动辊23，相邻两个第二主动辊22之间设置有若干个第二从动辊23，从而保证了质量单元5在第二输送架21上移动时始终与第二主动辊22和/或第二从动辊23滚动接触，减小了摩擦阻力，降低了能量消耗和输送成本。每个第二输送架21上均还设置有第二导向辊24，第二导向辊24与质量单元5滚动连接，第二导向辊24可以设置在质量单元5预设的移动路线的两侧，对质量单元5进行限位和导向，从而防止质量单元5在第二输送架21上偏离预设的移动路线。

[0075]

如图1至图3所示，若干个第一输送架11和若干个第二输送架21的长度可以自下至上依次减小，若干个第一输送架11和若干个第二输送架21整体可以呈梯形分布。第一输送架11可以设置两个，并呈两层分布，第一层的第一输送架11可以同时放置13个质量单元5，第二层的第一输送架11可以同时放置11个质量单元5。第二输送架21可以设置四个，并呈四层分布，第一层的第二输送架21可以同时放置9个质量单元5，第二层的第二输送架21可以同时放置7个质量单元5，第三层的第二输送架21可以同时放置5个质量单元5，第四层的第二输送架21可以同时放置3个质量单元5。因此，两个第一输送架11可以放置的质量单元5的数量总和与四个第二输送架21可以放置的质量单元5的数量总和相同，提高了空间利用率，减少了占地面积。

[0076]

需要说明的是，图1至图3仅示出了一个维度上的第一输送架11和第二输送架21，在实际应用时，可以对第一输送架11和第二输送架21进行与图1至图3所示平面垂直的维度上的延伸拓展。也就是说，第一储存模块1可以包括多排且多层第一输送架11，第二储存模块2可以包括多排且多层第二输送架21。可以理解的是，提升模块3、发电模块4和质量单元5也需对应扩展设置相应的数量。

[0077]

如图4和图5所示，机架8包括竖柱81和横梁82，竖柱81采用纯钢结构或者钢结构与混凝土的混合结构，横梁82采用钢结构，以h型钢、工字钢为主。为消除热胀冷缩带来的应力破坏，横梁82与竖柱81之间采用螺栓连接，并预留变形伸缩空间量。

[0078]

为增大第一主动辊12、第一从动辊13、第二主动辊22和第二从动辊23的抗弯能力，第一主动辊12、第一从动辊13、第二主动辊22和第二从动辊23均采用中空结构。第一主动辊12、第一从动辊13、第二主动辊22和第二从动辊23的两端分别通过辊子支座83架设在横梁

82上，辊子支座83下方设有减震垫84，用于缓冲消除质量单元5输送过程中产生的冲击、振动，维持该重力储能系统的平衡。第一导向辊14和第二导向辊24后方设有电源线，电源线较第一导向辊14和第二导向辊24远离质量单元5，并增设外部防护，防止电源线损坏。

[0079]

为满足该重力储能系统运行后的检修需求，第一储存模块1和第二储存模块2的层与层之间的高度有一定距离要求，既能保证质量单元5通过，又要保证维护人员能到达检修点。第一主动辊12、第一从动辊13、第二主动辊22和第二从动辊23在布置时，应保证质量单元5的重心落在与质量单元5接触的两个辊子支点内，防止质量单元5发生倾斜侧翻。也就是说，质量单元5的重心位于相邻的第一主动辊12和第一从动辊13之间；和/或，质量单元5的重心位于相邻的两个第一从动辊13之间；和/或，质量单元5的重心位于相邻的第二主动辊22和第二从动辊23之间；和/或，质量单元5的重心位于相邻的两个第二从动辊23之间。

[0080]

如图6至图8所示，若干个第一输送架11和若干个第二输送架21的长度也可以均相等。需要说明的是，当提升模块3与第一从动辊13干涉时，如图9所示，第一从动辊13可以间隔设置两个，两个第一从动辊13之间形成避让提升模块3的避让槽15。也就是说，第一主动辊12、第二主动辊22、第一从动辊13和第二从动辊23分别沿轴向间隔设置有至少两个，沿轴向相邻的两个第一主动辊12之间、两个第二主动辊22之间、两个第一从动辊13之间、两个第二从动辊23之间均设置有用于避让提升模块3的避让槽15。在其他实施例中，也可以结合上述两种方式进行合理的组合，以适应现场具体场景的应用需求。另外，在另一些实施例中，若干个第一输送架11和若干个第二输送架21的长度可以既不自下至上依次减小，也不相等，根据现场应用场景空间而定，在此不作限定。

[0081]

可以理解的是，该重力储能系统可以仅采用第一种结构形式的第一输送架11和第二输送架21(如图1至图3所示)的排布，或仅采用第二种结构形式的第一输送架11和第二输送架21(如图6至图8所示)的排布，或仅采用第三种结构形式的第一输送架11和第二输送架21(如图10至图12所示)的排布。该重力储能系统还可以根据实际应用场景对上述第一种结构形式、第二种结构形式和第三种结构形式的第一输送架11和第二输送架21进行自由组合排布即可，在此不作限定。

[0082]

如图1至图9所示，提升模块3可以包括第一轨道31、第一提升机32和第一牵引缆绳33，第一提升机32滑动设置于第一轨道31上，第一牵引缆绳33悬挂于第一提升机32的输出端。该重力储能系统还包括机架8，第一轨道31可以沿水平方向设置于机架8上，方便调节第一提升机32的水平位置，具体可以通过带驱动电机的移动基座73实现第一提升机32在第一轨道31上的位置调节。通过第一提升机32调节第一牵引缆绳33末端的质量单元5的高度位置，从而实现质量单元5的高度调节和水平位置调节。

[0083]

或者，如图10至图12所示，提升模块3也可以包括第一运输箱34、第一提升机32和第一牵引缆绳33，第一运输箱34用于接收第一储存模块1的质量单元5，第一提升机32能够通过第一牵引缆绳33提升第一运输箱34由第一储存模块1至第二储存模块2，第一运输箱34还用于推送质量单元5至第二储存模块2上。采用第一运输箱34，可以保证提升质量单元5过程中的安全性，为方便接收和推送质量单元5，第一运输箱34内设置有可转动的第一推送辊341。

[0084]

如图1至图9所示，发电模块4可以包括第二轨道41、第二提升机42和第二牵引缆绳43，第二提升机42滑动设置于第二轨道41上，第二牵引缆绳43悬挂于第二提升机42的输出

端。第二轨道41可以沿水平方向设置于机架8上，方便调节第二提升机42的水平位置，具体可以通过带驱动电机的移动基座73实现第二提升机42在第二轨道41上的位置调节。通过第二提升机42调节第二牵引缆绳43末端的质量单元5的高度位置，从而实现质量单元5的高度调节和水平位置调节，在质量单元5降落时，质量单元5通过第二牵引缆绳43带动第二提升机42的电机转动，实现发电功能，使得质量单元5的重力势能转换为第二提升机42的电能。

[0085]

或者，如图10至图12所示，发电模块4也可以包括第二运输箱44、第二提升机42和第二牵引缆绳43，第二运输箱44用于接收第二储存模块2的质量单元5，第二提升机42能够通过第二牵引缆绳43降落第二运输箱44由第二储存模块2至第一储存模块1，第二运输箱44还用于推送质量单元5至第一储存模块1上。采用第二运输箱44，可以保证降落质量单元5过程中的安全性，为方便接收和推送质量单元5，第二运输箱44内设置有可转动的第二推送辊441。

[0086]

需要说明的是，第一提升机32包括第一电能转换装置和第一滚筒，第一电能转换装置用于带动第一滚筒旋转，第一滚筒与第一牵引缆绳33连接，第二提升机42包括第二电能转换装置和第二滚筒，第二电能转换装置用于带动第二滚筒旋转，第二滚筒与第二牵引缆绳43连接。第一电能转换装置和第二电能转换装置可以是发电机和电动机的组合，也可以是发电机和电动机集成为一体的永磁电机。

[0087]

发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

[0088]

电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。

[0089]

当第一电能转换装置作为电动机时，电动机通过转子带动第一滚筒，进而通过第一牵引缆绳33将能量暂存件由释能位置提升至储能位置；当第二电能转换装置作为发电机时，能量暂存件下降时通过第二牵引缆绳43带动第二滚筒，进而通过转子切割定子的磁场做功产生电能，能量暂存件的重力势能最终转换为发电机的电能。

[0090]

在特定条件下，发电机与电动机是可以互相转换的。既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用。例如新能源汽车最常用的永磁电机就是一体的，可以驱动车轮也可以发电。这种电机就是既可以驱动车辆也可以发电的，装在发动机上的bsg电机也是可逆的。定子线圈输入三相电压以后产生一个旋转磁场，在同级排斥的作用下永磁转子被动旋转，

这时候就作为电动机使用。当永磁转子在外界力量的作用下旋转时，定子的三相项圈内就会感应出电流，这时候就作为发电机使用。但是两个模式并不能同时工作，作为电动机使用时就不能作为发电机使用，作为发电机使用时就不能作为电动机使用。

[0091]

为了提高节电效果，减少制动过程的能量损耗，将减速能量回收反馈到电网，达到节能、环保的功效。第一电能转换装置和第二电能转换装置可以采用配备有四象限变频器的永磁电机，四象限变频器满足各种工业应用需求，特别适用在起重提升设备等大惯量位能负载，设备的转动惯量较大，从高速到低速的减速降幅较大，制动时间又较短，又要强力制动效果的场合或者需要长时重载电气制动的场合。

[0092]

可以理解的是，提升模块3和发电模块4分别具有上述两种可选的形式，提升模块3和发电模块4可以相同，也可以不同，根据实际应用场景进行自由组合即可。

[0093]

在另一实施例中，提升模块3和发电模块4可以为一体式模块，一体式模块具备两种工作模式：提升模式和发电模式。一体式模块可以包括轨道、提升机和牵引缆绳，提升机滑动设置于轨道上，提升机能够通过牵引缆绳提升或降落质量单元5。或者，一体式模块可以包括运输箱、提升机和牵引缆绳，提升机能够通过牵引缆绳提升或降落运输箱，运输箱用于容纳质量单元5。当提升机作为电动机使用时，一体式模块处于提升模式；当提升机作为发电机使用时，一体式模块处于发电模式。如图13所示，提升模块3和/或发电模块4还可以包括吊钩结构6，吊钩结构6可以与第一牵引缆绳33或第二牵引缆绳43连接，质量单元5上设置有卡槽51，吊钩结构6包括壳体61和伸缩机构62。伸缩机构62能够在重力作用下伸出壳体61，并卡入卡槽51，以锁定吊钩结构6和质量单元5；伸缩机构62还能够在外力作用下缩回壳体61内，并脱离卡槽51，以解锁吊钩结构6和质量单元5。通过伸缩机构62，实现了吊钩结构6与质量单元5的可拆卸快速连接，提高了作业效率。

[0094]

具体地，伸缩机构62可以包括支架621、触发杆622、连接杆623和锁止块624，触发杆622滑动设置于支架621上，锁止块624转动设置于支架621上，连接杆623的一端与触发杆622转动连接，另一端与锁止块624转动连接，锁止块624能够在重力作用下相对支架621向外翻转，以与卡槽51卡接，触发杆622能够通过连接杆623带动锁止块624相对支架621向内翻转，以使锁止块624与卡槽51脱离。锁止块624相对支架621向内翻转时，壳体61和支架621可以组合形成一个闭合完整的外壳。

[0095]

进一步地，卡槽51可以包括相连通的导向槽511和限位槽512，锁止块624在导向槽511的导向作用下能够相对支架621向内翻转，以使伸缩机构62伸入限位槽512内，锁止块624能够在重力作用下相对支架621向外翻转，以与限位槽512卡接。导向槽511可以呈锥形，为通槽结构，限位槽512可以呈弧形，为盲槽结构，限位槽512的槽口大于导向槽511的下槽口，方便锁止块624与限位槽512卡接。

[0096]

如图14和图15所示，该重力储能系统还可以包括转向单元7，转向单元7用于改变质量单元5在第一储存模块1或第二储存模块2上的输送方向。如图16所示，转向单元7可以包括第一转向辊71、第二转向辊72和基座73，基座73设置在第一储存模块1和/或第二储存模块2上，第一转向辊71和第二转向辊72的排布方向垂直，质量单元5在第一转向辊71上时，沿第一方向输送，需要转向时，第一转向辊71停止，第二转向辊72启动，使得质量单元5沿第二方向输送。如图17所示，转向单元7也可以包括第一转向辊71、基座73和转向座74，基座73设置在第一储存模块1和/或第二储存模块2上，转向座74可转动地设置在基座73上，若干个

第一转向辊71平行分布在转向座74上，通过第一转向辊71输送质量单元5，需要转向时，通过转动转向座74，使第一转向辊71转向，实现质量单元5输送方向的转向。

[0097]

需要说明的是，整个重力储能系统可以放置在一个封闭壳体内，以保护具备防尘防风防雨需求的内部零部件。

[0098]

本实施例提供的重力储能系统，通过第一储存模块1存放释放能量后的质量单元5，通过第二储存模块2存放已存储能量的质量单元5，通过提升模块3将第一储存模块1的释放能量后的质量单元5提升至第二储存模块2，以使质量单元5完成能量存储，当已存储能量的质量单元5从第二储存模块2降落至第一储存模块1释放能量时，通过发电模块4与质量单元5进行能量交换，以使质量单元5的重力势能转换为发电模块4的电能，从而利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性。

[0099]

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。技术特征：

1.一种重力储能系统，其特征在于，包括：若干个质量单元(5)；第一储存模块(1)，用于存放释放能量后的所述质量单元(5)；第二储存模块(2)，设置于所述第一储存模块(1)的上方，所述第二储存模块(2)用于存放已存储能量的所述质量单元(5)；提升模块(3)，用于将所述第一储存模块(1)的释放能量后的所述质量单元(5)提升至所述第二储存模块(2)，以使所述质量单元(5)完成能量存储；发电模块(4)，当已存储能量的所述质量单元(5)从所述第二储存模块(2)降落至所述第一储存模块(1)释放能量时，所述发电模块(4)用于与所述质量单元(5)进行能量交换，以使所述质量单元(5)的重力势能转换为所述发电模块(4)的电能。2.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述第一储存模块(1)包括若干个第一输送架(11)，每个所述第一输送架(11)上均设置有可转动的第一主动辊(12)，所述第一主动辊(12)用于带动所述质量单元(5)在所述第一输送架(11)上移动；所述第二储存模块(2)包括若干个第二输送架(21)，每个所述第二输送架(21)上均设置有可转动的第二主动辊(22)，所述第二主动辊(22)用于带动所述质量单元(5)在所述第二输送架(21)上移动。3.根据权利要求2所述的重力储能系统，其特征在于，每个所述第一输送架(11)上均还设置有第一从动辊(13)，相邻两个所述第一主动辊(12)之间设置有若干个所述第一从动辊(13)；每个所述第二输送架(21)上均还设置有第二从动辊(23)，相邻两个所述第二主动辊(22)之间设置有若干个所述第二从动辊(23)。4.根据权利要求3所述的重力储能系统，其特征在于，所述第一主动辊(12)、所述第二主动辊(22)、所述第一从动辊(13)和所述第二从动辊(23)分别沿轴向间隔设置有至少两个，沿轴向相邻的两个所述第一主动辊(12)之间、两个所述第二主动辊(22)之间、两个所述第一从动辊(13)之间、两个所述第二从动辊(23)之间均设置有用于避让所述提升模块(3)的避让槽(15)。5.根据权利要求3所述的重力储能系统，其特征在于，所述质量单元(5)的重心位于相邻的所述第一主动辊(12)和所述第一从动辊(13)之间；和/或，所述质量单元(5)的重心位于相邻的两个所述第一从动辊(13)之间；和/或，所述质量单元(5)的重心位于相邻的所述第二主动辊(22)和所述第二从动辊(23)之间；和/或，所述质量单元(5)的重心位于相邻的两个所述第二从动辊(23)之间。6.根据权利要求2所述的重力储能系统，其特征在于，每个所述第一输送架(11)上均还设置有第一导向辊(14)，所述第一导向辊(14)与所述质量单元(5)滚动连接；每个所述第二输送架(21)上均还设置有第二导向辊(24)，所述第二导向辊(24)与所述质量单元(5)滚动连接。7.根据权利要求2所述的重力储能系统，其特征在于，若干个所述第一输送架(11)和若干个所述第二输送架(21)的长度均相等；或者，若干个所述第一输送架(11)和若干个所述第二输送架(21)的长度自下至上依次减小。8.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升模块(3)和/或所述发电模块(4)包括吊钩结构(6)，所述质量单元(5)上设置有卡槽(51)，所述吊钩结构(6)包括伸

缩机构(62)；所述伸缩机构(62)能够在重力作用下卡入所述卡槽(51)，以锁定所述吊钩结构(6)和所述质量单元(5)；所述伸缩机构(62)还能够在外力作用下脱离所述卡槽(51)，以解锁所述吊钩结构(6)和所述质量单元(5)。9.根据权利要求8所述的重力储能系统，其特征在于，所述吊钩结构(6)还包括壳体(61)，所述伸缩机构(62)能够在重力作用下伸出所述壳体(61)，并卡入所述卡槽(51)；所述伸缩机构(62)还能够在外力作用下缩回所述壳体(61)内，并脱离所述卡槽(51)。10.根据权利要求8所述的重力储能系统，其特征在于，所述伸缩机构(62)包括支架(621)、触发杆(622)、连接杆(623)和锁止块(624)，所述触发杆(622)滑动设置于所述支架(621)上，所述锁止块(624)转动设置于所述支架(621)上，所述连接杆(623)的一端与所述触发杆(622)转动连接，另一端与所述锁止块(624)转动连接，所述锁止块(624)能够在重力作用下相对所述支架(621)向外翻转，以与所述卡槽(51)卡接，所述触发杆(622)能够通过所述连接杆(623)带动所述锁止块(624)相对所述支架(621)向内翻转，以使所述锁止块(624)与所述卡槽(51)脱离。11.根据权利要求10所述的重力储能系统，其特征在于，所述卡槽(51)包括相连通的导向槽(511)和限位槽(512)，所述锁止块(624)在所述导向槽(511)的导向作用下能够相对所述支架(621)向内翻转，以使所述伸缩机构(62)伸入所述限位槽(512)内，所述锁止块(624)能够在重力作用下相对所述支架(621)向外翻转，以与所述限位槽(512)卡接。12.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，还包括转向单元(7)，所述转向单元(7)用于改变所述质量单元(5)在所述第一储存模块(1)或所述第二储存模块(2)上的输送方向。13.根据权利要求12所述的重力储能系统，其特征在于，所述转向单元(7)包括第一转向辊(71)、第二转向辊(72)和基座(73)，所述基座(73)设置在所述第一储存模块(1)和/或所述第二储存模块(2)上，所述第一转向辊(71)和所述第二转向辊(72)的排布方向垂直，所述质量单元(5)能够在所述第一转向辊(71)上沿第一方向输送，转向时，所述第一转向辊(71)停止，所述第二转向辊(72)启动，使得所述质量单元(5)沿第二方向输送；或者，所述转向单元(7)包括第一转向辊(71)、基座(73)和转向座(74)，所述基座(73)设置在所述第一储存模块(1)和/或所述第二储存模块(2)上，所述转向座(74)可转动地设置在所述基座(73)上，若干个所述第一转向辊(71)平行分布在所述转向座(74)上，通过所述第一转向辊(71)输送所述质量单元(5)，转向时，转动所述转向座(74)能够使所述第一转向辊(71)转向，以实现所述质量单元(5)输送方向的转向。14.根据权利要求1-13任一项所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升模块(3)包括第一轨道(31)、第一提升机(32)和第一牵引缆绳(33)，所述第一提升机(32)滑动设置于所述第一轨道(31)上，所述第一牵引缆绳(33)悬挂于所述第一提升机(32)的输出端。15.根据权利要求1-7、12、13任一项所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升模块(3)包括第一运输箱(34)、第一提升机(32)和第一牵引缆绳(33)，所述第一运输箱(34)用于接收所述第一储存模块(1)的所述质量单元(5)，所述第一提升机(32)能够通过所述第一牵引缆绳(33)提升所述第一运输箱(34)由所述第一储存模块(1)至所述第二储存模块(2)。16.根据权利要求15所述的重力储能系统，其特征在于，所述第一运输箱(34)还用于推送所述质量单元(5)至所述第二储存模块(2)上。

17.根据权利要求1-13任一项所述的重力储能系统，其特征在于，所述发电模块(4)包括第二轨道(41)、第二提升机(42)和第二牵引缆绳(43)，所述第二提升机(42)滑动设置于所述第二轨道(41)上，所述第二牵引缆绳(43)悬挂于所述第二提升机(42)的输出端。18.根据权利要求1-7、12、13任一项所述的重力储能系统，其特征在于，所述发电模块(4)包括第二运输箱(44)、第二提升机(42)和第二牵引缆绳(43)，所述第二运输箱(44)用于接收所述第二储存模块(2)的所述质量单元(5)，所述第二提升机(42)能够通过所述第二牵引缆绳(43)降落所述第二运输箱(44)由所述第二储存模块(2)至所述第一储存模块(1)。19.根据权利要求18所述的重力储能系统，其特征在于，所述第二运输箱(44)还用于推送所述质量单元(5)至所述第一储存模块(1)上。20.根据权利要求1-13任一项所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升模块(3)和所述发电模块(4)为一体式模块；所述一体式模块包括轨道、提升机和牵引缆绳，所述提升机滑动设置于所述轨道上，所述提升机能够通过所述牵引缆绳提升或降落所述质量单元(5)；或者，所述一体式模块包括运输箱、提升机和牵引缆绳，所述提升机能够通过所述牵引缆绳提升或降落所述运输箱，所述运输箱用于容纳所述质量单元(5)。

技术总结

本发明涉及能源发电领域，公开一种重力储能系统。所述重力储能系统包括第一储存模块、第二储存模块、提升模块、发电模块和若干个质量单元，第一储存模块用于存放释放能量后的质量单元；第二储存模块设置于第一储存模块的上方，第二储存模块用于存放已存储能量的质量单元；提升模块用于将第一储存模块的释放能量后的质量单元提升至第二储存模块，以使质量单元完成能量存储；当已存储能量的质量单元从第二储存模块降落至第一储存模块释放能量时，发电模块用于与质量单元进行能量交换，以使质量单元的重力势能转换为发电模块的电能。本发明利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性。提高了整个系统的经济性。提高了整个系统的经济性。

技术研发人员：杨鑫 吕锡嘉 刘晓辉 姜苏青

受保护的技术使用者：青岛绿色发展研究院有限公司

技术研发日：2021.12.17

技术公布日：2023/5/30