[发明专利]一种直线电机动边环动能储能和运输重力势能储能方法

说明书

技术领域

本发明涉及直线电动机技术领域，具体说是将直线电机应用于物理储能。

背景技术

储能技术将是未来电网和新能源产业发展的一项关键核心技术，关系到国家长远利益和能源安全，因此，发达国家先后将储能产业升级为国家战略。发展新能源是应对气候环境变化，保证能源安全和经济社会可持续发展的重要战略举措，也是“第三次工业革命”的核心。以风电、太阳能发电为代表的新能源具有间歇性、波动性和随机性，其大规模消纳已成为世界性难题。2012年我国风电弃风电量达200亿千瓦时，问题十分突出。(香山科学会议第470次学术讨论会综述)。到目前为止，除抽水储能外，其它储能技术尚不具备大规模应用的条件，一旦经济合理的大规模储能技术获得突破，人类将迈进可再生能源时代。

大容量储能是解决可再生能源间歇性问题的关键技术。直线电机动边环动能储能和直线电机运输重力势能储能，是将直线电机技术应用于储能领域的新方法。直线电机动边环动能储能可以实现无轴旋转，因此可以有更大的环半径，更小的离心力。动边环的内外半径比近似等于1，同样的材料，动边环可以运行更高的速度，直线电机动边环线速度1000m/s，动边环能量密度为138.89W.h/kg。直线电机运输重力势能储能高端与低端停车场高差500m，储能物质质量10000t，可储存势能13625kW.h。两种储能方式都能够实现大容量、超大容量储能，输入输出功率可控可调，输入输出可同时进行，两种储能方法分别属于能量型和功率型储能方法，各有优势，互为补充。

发明内容

直线电机被认为是最有前途的直线动力装置，具有高速、大推力、控制性能好，定位精度高的特点[1]。直线电机应用于磁悬浮和城市轨道交通，均实现了无人驾驶，自动化运行。采用地下直线电机牵引地面车辆的交通方法，在相对道路交通节能80％以上的条件下，能够实现自动化、智能化交通。旋转电机由于受离心力的作用，其圆周速度受到限制，需要经过传动装置才能将扭矩转换成直线驱动力。直线电机无需任何转换装置可以直接将电能转换成直线运动，反之也可将直线运动转换成电能，全部转换过程无任何机械接触，结构简单，寿命长。基于直线电机的上述特点，将直线电机技术应用于物理机械储能，能够实现大规模、大容量储能，大功率输入输出，在能量转换过程中，能够根据输入能量的大小和输出功率的要求，对输入、输出功率进行调控，并能够输入、输出同时进行。

飞轮储能具有响应速度快、转换效率高、比功率大等优点，但目前技术尚未达到实用化要求[2]。直线电机动边环储能相对飞轮储能可实现无轴旋转，运行过程中没有任何机械接触，没有任何旋转部件，不受高速轴承、高能量密度飞轮、高效、高速大功率旋转发电机/电动机技术的制约，在磁悬浮和真空条件下，动边环可以获得更高的线速度；动边环半径可以比飞轮半径大几十倍甚至上百倍，同样质量，同样的储能量，动边环受到的离心力比飞轮盘小。动边环的内外径比大(接近1)，因此可以使用密度较大、强度较小的材料，获得更大的储能量；反之，同样密度，同样强度的材料，由于离心力小，可以运行更高的速度，同样可获得更大的储能容量。动边环可以是直线电机的初级，也可以是直线电机的次级。作为直线电机的次级，动边环上可以安装永久磁铁或电励磁线圈，为直线发电机/电动机提供励磁，提高直线电机效率。沿动边环安装直线电机定边初级线圈绕组，储能时，做为电动机感应线圈，驱动动边环产生运动，将电能转换为动能。释放能量时，做为发电机感应线圈，将动边环储存的动能转换为电能输出。动边环的半径可以根据使用要求和场地条件设定，因此可以得到更长的直线电机定边初级绕组安装空间，沿动边环可安装数量不等的初级线圈绕组，根据输入输出功率的要求，通过控制初级线圈绕组的通电数量，控制和调整输入输出功率，同时可以实现输入、输出同时进行。