[发明专利]深井重力储能装置及其工作方法

权利要求书

1.一种深井重力储能装置，其特征在于：包括井筒，在井筒内设置有可相对井筒上下升降的筒柱，在筒柱底部设置有工作仓，在工作仓内设置有电动发电装置，在电动发电装置与筒柱之间设置有传动机构，在传动机构上设置有具有单向上升辅助和刹车功能的第一刹车装置，还包括与电动发电装置、第一刹车装置电性连接的控制器，电动发电装置通过传动机构提升筒柱做能量输入，当筒柱下降时通过传动机构反向转动电动发电装置发电做能量输出；所述传动机构包括主动齿轮、从动齿轮、第一齿条和卡轮，主动齿轮设置于电动发电装置的输出轴上，从动齿轮与主动齿轮啮合，第一齿条设置于井壁上，在第一齿条后端设置有用以固定安装第一齿条的固定桁架；所述第一刹车装置包括套接在从动齿轮中心轴上的刹车片，在刹车片端部设置有制动蹄，在制动蹄上设置有第一活塞，在第一活塞外周套设置有液压鼓，在液压鼓内设置有液压咀，在第一活塞与液压鼓之间设置有密封圈，在制动蹄之间还设置有回位弹簧；在筒柱上设置第二刹车装置，第二刹车装置与控制器电性连接，所述第二刹车装置包括第二伸缩液压缸，在第二伸缩液压缸的活塞杆上设置有单向齿轮，在单向齿轮前端设置有与单向齿轮啮合的第二齿条，在第二伸缩液压缸的上端设置有拉簧，在第二伸缩液压缸的下端设置有刹车液压缸，在刹车液压缸上设置有与第一刹车装置连通的液压油管；在能量输入时：筒柱上升，第一刹车装置保证筒体只升不降；能量储存时：筒柱停止，第一刹车装置对传动机构进行刹车，使筒柱上升高度停留不降；能量输出时：第一刹车装置松开传动机构，使得筒柱下降，筒柱通过传动机构反向转动电动发电装置发电，做能量输出。

2.根据权利要求1所述的深井重力储能装置，其特征在于：所述电动发电装置数量至少为三个，沿筒柱中心轴进行阵列均布在筒柱内。

3.根据权利要求2所述的深井重力储能装置，其特征在于：所述电动发电装置包括电动发电机和自动电压调节器，控制器通过自动电压调节器调节电动发电机转速实现增加或减少电动发电机功率输出。

4.根据权利要求2所述的深井重力储能装置，其特征在于：所述电动发电装置包括液压马达、液压泵、切换装置和电动发电机。

5.根据权利要求3或4所述的深井重力储能装置，其特征在于：所述卡轮卡在第一齿条后端，在从动齿轮上还设置有与从动齿轮啮合的辅助齿轮，在辅助齿轮后端设置有能驱动辅助齿轮转动的辅助电机。

6.根据权利要求5所述的深井重力储能装置，其特征在于：在筒柱上设置有导向轮，在井筒上设置有与导向轮配合的导向槽，在导向轮后端设置有减震弹簧，在引导轮旁侧设置有引导滑板，在筒柱内设置有楼梯井，在楼梯井内设置有检修梯，在筒柱内填充有用以平衡筒柱的填充室，在填充室内填充有砂石，在井筒上端设置有第一伸缩液压缸，在第一伸缩液压缸的活塞杆前端设置有伸缩块，在筒柱周壁上设置有与伸缩块配合的固定槽。

7.根据权利要求6所述的深井重力储能装置，其特征在于：在井筒上端设置有挡墙，在筒柱上端设置有拉线，拉线一端与筒柱上端固定连接，拉线另一端设置有卷扬机，在井筒下端设置有减震板，在减震板下端设置有缓冲弹簧，在井筒底部还设置有与井筒外部连通的气流通道，在气流通道出口处设置有气阀和阻尼器，所述阻尼器包括第二活塞、第二弹簧、导柱和散气道。

8.一种深井重力储能装置的工作方法，包括如权利要求7所述的深井重力储能装置，其特征在于：（1）在工作时，将该装置的电动发电装置与风电发电装置或潮汐发电装置进行电性连接，分别对筒柱提升时电动发电装置的输出功率A、筒柱静止时电动发电装置的输出功率B、筒柱下降时电动发电装置的输出功率C进行测算；（2）在电网用电低峰时，电网的电能有结余，将风电发电装置或潮汐发电装置产生的电能输入到电动发电装置，使电动发电装置对筒柱进行提升，电动发电装置的电机模块启动，带动传动机构转动，对筒柱进行提升，此时电动发电装置的输出功率大于等于输出功率A，这时控制器控制第一刹车装置完全打开，第二刹车装置的第二伸缩液压缸伸出，单向齿轮与第二齿条啮合转动，气阀打开，外界空气通过气流通道进入井筒底部，若筒柱上升过程中，出现单侧倾斜或单侧提升动力不足状况时，控制该侧的辅助电机启动，带动辅助齿轮转动，进而带动传动机构加速转动，纠正筒柱倾斜或动力不足；（3）当筒柱提升至指定位置时，需要将筒柱定位，此时第一刹车装置进行制动，第一刹车装置内的油压将第一活塞向前顶，使第一活塞前端的刹车片将刹车板夹紧，刹车板与从动齿轮同时制动，同时第一伸缩液压缸伸出，带动伸缩块伸出，使伸缩块卡入筒柱的固定槽内，进而使筒柱固定高度，储存重力势能；（4）在电网用电高峰时，电网供电不足，这时控制器控制第一伸缩液压缸、第二伸缩液压缸收缩，第一伸缩液压缸收缩带动伸缩块收缩时，伸缩块与固定槽分离，第二伸缩液压缸收缩使单向齿轮与第二齿条分离，电动发电装置的发电模块启动，在筒柱下降的过程中将筒柱的势能转化为电能，向电网供电，第一刹车装置根据筒柱的下降速度进行调节刹车片的松紧，进而调节筒柱下降的速度，筒柱下方的气流经过气流通道从气阀流出；（5）当装置发生故障筒柱发生下落时，若此时第二刹车装置的第二伸缩液压缸处于伸出状态，单向齿轮与第二齿条啮合，则单向齿轮与第二齿条会啮合卡死，对筒柱进行支撑，第二刹车装置上方的拉簧能对第二伸缩液压缸产生拉力，避免伸缩液压缸向下转动，第二刹车装置下方的刹车液压缸会受到挤压收缩，液压缸内的油液会通过液压油管进入第一刹车装置的液压鼓内，对第一活塞产生挤压，进而使刹车片夹紧刹车板，对传动齿轮进行制动；若此时第二刹车装置的第二伸缩液压缸处于收缩状态，此时单向齿轮与第二齿条没有啮合，在筒柱快速下落时，筒柱下方的空气无法及时排出，空气会受到挤压，减缓筒柱下落的速度，在筒柱上方设置的卷扬机，会对筒柱进行牵引，避免筒柱持续下落，当筒柱落到井筒底部时，井筒下端的减震板能避免筒柱直接与井筒底部直接接触。