專利名稱：一種高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種新的方法及裝置，利用本發(fā)明專利可以將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生的間斷性電能高效儲存與平穩(wěn)釋放，且存儲與釋放可同時或分別進行，克服風(fēng)力發(fā)電能量難以控制、無法高效儲存和平穩(wěn)釋放的缺點，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)使用的目的。利用本專利同時也能夠解決電網(wǎng)削峰填谷問題。本專利屬新能源領(lǐng)域一項重要發(fā)明。除用于風(fēng)力和電廠發(fā)電儲能外，也可以用于其他所有需要有效儲能的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是當(dāng)前最為環(huán)保、可再生的能源之一，對其的開發(fā)應(yīng)用越來越受到世界各國的重視。自然界中風(fēng)能的蘊量巨大，其中可利用的風(fēng)能約為2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。風(fēng)力發(fā)電就是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過增速機提升轉(zhuǎn) 速，促使發(fā)電機發(fā)電的原理把機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)對風(fēng)能的利用。目前，風(fēng)力發(fā)電正在全世界廣泛應(yīng)用，因其綠色環(huán)保、蘊量巨大、成本低廉、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，各國紛紛投入巨資對其進行研究、開發(fā)和利用。包括我國在內(nèi)，世界許多國家已將大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電設(shè)為其新能源戰(zhàn)略的重點。但是目前，風(fēng)力發(fā)電因為風(fēng)量的不穩(wěn)定，發(fā)電量和時間無法控制，且缺乏一種高效的，能大規(guī)模儲能并平穩(wěn)釋放使用的設(shè)備和方法，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電尚難以廣泛、有效地并網(wǎng)使用。目前在風(fēng)力發(fā)電中使用的蓄電瓶儲存電能的方法儲存量小、成本高、壽命短、能量轉(zhuǎn)換效率低且易造成污染，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模儲存和并網(wǎng)的要求。由于這些原因，我國有大量的風(fēng)力發(fā)電機組閑置不用，造成了巨大的資金浪費。大規(guī)模高效低耗地儲存風(fēng)電問題亟需得到有效解決。另一方面，各種類型發(fā)電廠的發(fā)電量相對穩(wěn)定，但電能的消費卻有著大幅度的波動，而電能的生產(chǎn)和消費是同步的。這就造成了一個問題當(dāng)用電量很少時，發(fā)電廠發(fā)出的電遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過用戶的需求，電力系統(tǒng)電能剩余；當(dāng)用電量急劇增加時，電力負(fù)荷處于高峰，發(fā)電廠發(fā)出的電又難以滿足用戶的需要。由于目前缺乏高效低耗環(huán)保的大規(guī)模儲存電能的方法，電網(wǎng)削峰填谷問題一直得不到解決。目前使用的抽水蓄能的方法存在對地形的要求高、儲能密度低、能量耗損大、效率低等缺陷，限制了其廣泛使用。為了解決這些問題，本專利申請中涉及的高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置，利用抬升重物轉(zhuǎn)化為重力勢能的基本原理，結(jié)合我們獨創(chuàng)的方法和裝置，能夠達(dá)到電能大規(guī)模有效儲存與平穩(wěn)釋放應(yīng)用的目的，且存取可同時或分開進行，解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)和電網(wǎng)的削峰填谷問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前風(fēng)力發(fā)電能量產(chǎn)出難以控制、無法高效儲存和平穩(wěn)釋放等制約其發(fā)展的缺點，尋求一種高效低耗的大規(guī)模儲存能量的方法，解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)和電網(wǎng)削峰填谷的難題，本發(fā)明專利提供了一種高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置，能夠高效低耗、環(huán)保、長期反復(fù)地使用，實現(xiàn)能量的存儲和釋放，創(chuàng)造性地利用萬有引力大規(guī)模儲存能量，解決能量生產(chǎn)和消費不匹配的問題。
本發(fā)明專利涉及的一種高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置，其核心原理是將風(fēng)能或電能轉(zhuǎn)化為重物的重力勢能，即在能量產(chǎn)生暫時過剩時，將過剩的能量用于提升重物，將其以重力勢能的形式儲存，以備需要時釋放。也可以邊儲存邊釋放，儲存可以是波動的或間斷性的，但釋放功率則是根據(jù)需要可調(diào)的。此原理雖然已在重錘式時鐘中使用，但并沒有用來解決超大能量的存取問題，也沒有適用于超大能量存取的相應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)。為了達(dá)到本專利的技術(shù)要求，我們應(yīng)用以下技術(shù)方案來解決技術(shù)問題，實現(xiàn)能量的存儲和釋放。裝置由能量輸入端牙輪、輸出端牙輪和儲能重物三部分組成，三部分的連接和能量傳動選用閉合鏈條和牙輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，這與傳統(tǒng)自行車鏈條式動力傳遞類似，也可以參考超高層樓房電梯升降工程設(shè)計原理。當(dāng)然，本專利也包括其他原理和結(jié)構(gòu)相似的能量傳遞機構(gòu)。能量輸入端和輸出端牙輪通過變速裝置分別與能量輸入部分和能量輸出設(shè)備連接，此兩端牙輪轉(zhuǎn)動的單向性容易通過單向轉(zhuǎn)動機構(gòu)解決。在輸入端牙輪和輸出端牙輪正下方為安裝在重 物一端的牙輪結(jié)構(gòu)，三個牙輪通過較長的閉合鏈條連接。重物另一端同一水平位置也采用此套結(jié)構(gòu)，兩端同時作用，通過輸入端能量帶動牙輪組轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)重物的抬升，重力勢能的儲存。能量輸入和輸出都是以扭力矩的方式完成的。在輸入端，如果扭力按特定方向旋轉(zhuǎn)，重物升高，重物的勢能被儲存，輸入端牙輪的轉(zhuǎn)速取決于能量源的功率，當(dāng)然，要通過變速裝置與牙輪允許的速度范圍匹配。同時，在重力作用下，輸出端牙輪軸一直存在著穩(wěn)定的扭力矩，其大小取決于重物重量和輸出端牙輪的半徑，輸出端的轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要通過變速裝置進行調(diào)整，從而實現(xiàn)輸出端的輸出功率可控。利用鏈條牙輪結(jié)構(gòu)在三部分間的同時傳動，可以實現(xiàn)能量的間斷輸入與平穩(wěn)輸出同時進行。由此可見，只要保持重物的活動余地，能量的輸入和輸出可隨時進行，且存取過程耗能低，通過減小摩擦力、阻力等設(shè)計，可以把存取過程的能耗降到最低。輸入的功率可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)波動。輸出功率可根據(jù)需要進行控制?？奢斎牖蜉敵龅膭菽苋萘咳Q于重物的位置。高位時，勢能的輸出容量大而輸入容量小，反之相反。這樣，利用此項發(fā)明專利結(jié)合具體的實施方式就可以達(dá)到重力儲存能量，儲存與釋放隨時進行的目的。本發(fā)明專利的有益效果是，通過獨特的牙輪鏈條傳動設(shè)計，達(dá)到簡單、環(huán)保、實用、高效地儲存和釋放能量的目的。能量存取方便，隨時可存，隨時可取，也可以存取同時進行。利用本專利能夠克服風(fēng)力發(fā)電能量難以控制、無法高效儲存和平穩(wěn)釋放等制約其發(fā)展的缺點，解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)和電網(wǎng)削峰填谷等能量生產(chǎn)和消費不匹配的問題。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進一步說明附圖針對性簡化地顯示了本專利裝置在重物一端的設(shè)計方案及原理，重物另一端的設(shè)計和連接與此完全相同。圖示中，A為輸入端牙輪，其轉(zhuǎn)動軸與能量輸入部分D連接，A中箭頭方向代表牙輪單向轉(zhuǎn)動的方向；B為輸出端牙輪，其轉(zhuǎn)動軸與能量輸出部分E連接，B中箭頭方向代表牙輪單向轉(zhuǎn)動的方向；C為安裝在重物G —端的牙輪，箭頭代表其轉(zhuǎn)動方向。三個牙輪通過一條較長的閉合鏈條F鏈接。由圖示可以看出，利用輸入端輸入的能量可以使牙輪A轉(zhuǎn)動，通過鏈條F帶動牙輪C和B轉(zhuǎn)動。當(dāng)輸入端能量較大，牙輪A的轉(zhuǎn)速大于B的轉(zhuǎn)速,或者B不轉(zhuǎn)動(此時,能量不輸出，僅儲存)時，重物G被抬升，輸入的能量儲存為重力勢能；當(dāng)輸入能量較小，牙輪A的轉(zhuǎn)速小于B的轉(zhuǎn)速，或者A不轉(zhuǎn)動(此時，無能量儲存，僅輸出)，重物G下降，前期儲存的重力勢能釋放帶動B轉(zhuǎn)動，B的轉(zhuǎn)動速度取決于輸出功率。這樣，可以實現(xiàn)能量的存取同時進行，或者分開進行。
具體實施例方式為了在現(xiàn)實中實現(xiàn)本專利涉及的高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置的各項要求，具體實施方式
如下牙輪A、B、C及鏈條F要求具有一定的強度，這一點容易利用工程上的技術(shù)選取高強度材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)，在實施過程中要注意盡可能減少摩擦力及阻力，把能量損耗降到最低。牙輪A、B、C的直徑可根據(jù)設(shè)備的建造規(guī)模確定，F(xiàn)的長度以不阻礙重物G的落地為限。能量輸入部分D和輸出部分E可通過加速或減速裝置與牙輪軸匹配連接。在裝置的建造方面，原則上講，設(shè)備建造的場地不受限制，建造規(guī)模根據(jù)儲能級別可大可小，也可以多個裝置聯(lián)合使用。裝置可建于平地，也可以充分利用地形地物或其他建筑。建于平地時，需要以一定強度的支架為基礎(chǔ)，也可利用廢舊礦井、礦坑等建于地下。利用地形地物建于長距離陡峭的山坡時，可在山坡上鋪設(shè)鐵軌，將重物沿鐵軌抬升或降落，也可以建造于懸崖峭壁，充分利用地形地物可節(jié)省成本。重物G可制成鋼制框架通過向其內(nèi)吊裝預(yù)制水泥塊來實現(xiàn)。經(jīng)過簡單的計算可以看出，儲存1000瓦時(I度)的電能需要相當(dāng)于360 頓 米的勢能，這種當(dāng)量在實際情況下是可行的。重力儲能看起來雖然需要抬高質(zhì)量較大的重物，但實際建造規(guī)模原則上不受限制，建造費用低、維持費用更低、無任何污染、可以長期反復(fù)使用、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點是其可行性的基礎(chǔ)。鑒于風(fēng)力資源豐富，風(fēng)力發(fā)電成本低，建造此一勞永逸性的儲能裝置在經(jīng)濟上應(yīng)該是合算的。本發(fā)明專利的可行性是顯而易見的，可能是當(dāng)前解決電力儲存問題的最為合理的選擇。同時，我們通過類比不難看出此方法的創(chuàng)新性和實用意義。同樣是牛頓第三定律，我們中國人用它制造了焰火，把響聲送到了天空，西方人則用它登上了月球；同樣是牛頓的萬有引力定律，西方人用它推動了時鐘或其他小型機械，我們則要用它解決大規(guī)模的電能儲存問題。人類社會的發(fā)展需要這種創(chuàng)新性思維，雖然是同一原理，它的創(chuàng)新性應(yīng)用則需要相當(dāng)長的歷程。正是基于此，我們這一看起來原理簡單的方法和裝置卻能創(chuàng)新性地解決人類當(dāng)前所面臨的能量儲存的重大問題。
權(quán)利要求
1.一種高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置，本專利利用了能量轉(zhuǎn)化的基本原理，其特征是裝置由能量輸入端牙輪、輸出端牙輪和儲能重物三部分組成，三部分的連接和能量傳動選用閉合鏈條和牙輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，利用輸入端的能量單向旋轉(zhuǎn)牙輪以扭力矩的方式帶動重物上的牙輪和輸出端牙輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)重物抬升，勢能儲存和釋放的目的，且能量儲存和釋放可同時或分開進行，裝置建造場地不受限制，可建于平地，也可以充分利用地形地物或其他建筑，具有建造費用低、維持費用更低、無任何污染、可以長期反復(fù)使用、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置由能量輸入端牙輪、輸出端牙輪和儲能重物三部分組成，其特征是輸入端和輸出端牙輪通過變速裝置分別與能量輸入部分如風(fēng)力發(fā)電裝置和能量輸出設(shè)備如發(fā)電機連接，在輸入端牙輪和輸出端牙輪正下方為安裝在重物上的牙輪結(jié)構(gòu)，三個牙輪通過較長的閉合鏈條連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三部分的連接和能量傳動選用閉合鏈條和牙輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其特征是牙輪為具有一定的強度的帶齒的轉(zhuǎn)動輪，其直徑可根據(jù)設(shè)備的建造規(guī)模確定，閉合鏈條具有較高強度，可以與牙輪吻合，不會產(chǎn)生滑動，呈閉合鏈接，可循環(huán)使用，長度以不阻礙重物落地為限，牙輪與閉合鏈條結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)自行車鏈條或超高層樓房電梯升降動力傳遞結(jié)構(gòu)類似。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用輸入端的能量單向旋轉(zhuǎn)牙輪，其特征是來自能量輸入部分的能量經(jīng)過變速處理后可帶動輸入端牙輪單向旋轉(zhuǎn)，輸入端和輸出端牙輪的旋轉(zhuǎn)通過使用單向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使其只能按特定方向單向轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以扭力矩的方式帶動重物上的牙輪和輸出端牙輪轉(zhuǎn)動，其特征是能量輸入端或重物能夠使牙輪轉(zhuǎn)動，是由于其對轉(zhuǎn)動軸或牙輪產(chǎn)生力矩，其大小與輸入端產(chǎn)生的力、重物重量和作用軸半徑有關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量儲存和釋放可同時或分開進行，其特征是利用輸入端輸入的能量可以使輸入端牙輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條帶動重物牙輪和輸出端牙輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)輸入端能量較大，輸入端牙輪的轉(zhuǎn)速大于輸出端牙輪的轉(zhuǎn)速，或者輸出端不轉(zhuǎn)動(此時，能量不輸出，僅儲存)時，重物被抬升，輸入端的能量儲存為重力勢能；當(dāng)輸入端能量較小，輸入端牙輪的轉(zhuǎn)速小于輸出端牙輪的轉(zhuǎn)速，或者輸入端牙輪不轉(zhuǎn)動(此時，無能量儲存，僅輸出)，重物下降，前期儲存的重力勢能釋放帶動輸出端牙輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度可以根據(jù)輸出功率的需要調(diào)節(jié)，實現(xiàn)能量的存取同時進行，或者分開進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置建造場地不受限制，可建于平地，也可以充分利用地形地物或其他建筑，其特征是裝置建造的場地不受限制，建造規(guī)模根據(jù)儲能級別可大可小，也可以多個裝置聯(lián)合使用，建于平地時，需要以一定強度的支架為基礎(chǔ)，也可利用廢舊礦 井、礦坑等建于地下，利用地形地物建于長距離陡峭的山坡時，可在山坡上鋪設(shè)鐵軌，將重物沿鐵軌抬升或降落，也可在懸崖峭壁處建造。
全文摘要
一種高效環(huán)保的重力儲能方法及裝置。本發(fā)明屬新能源領(lǐng)域一項重要發(fā)明，是為了克服風(fēng)力發(fā)電能量難以控制、無法高效儲存和平穩(wěn)釋放等制約其發(fā)展的缺點，解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)和電網(wǎng)削峰填谷等能量生產(chǎn)和消費不匹配的問題。本發(fā)明利用能量轉(zhuǎn)化的基本原理，通過獨特的牙輪鏈條傳動設(shè)計提升重物，將能量以重力勢能的形式儲存或釋放，可以實現(xiàn)簡單、環(huán)保、實用、高效地儲存和釋放能量的目的，且能量存取方便，隨時可存，隨時可取，也可以存取同時進行。該儲能裝置具有建造費用低、維持費用更低、無任何污染、可以長期反復(fù)使用、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。
文檔編號F03G3/00GK102797648SQ20111014152
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者曹鐵生, 張翔生, 王臻 申請人:曹鐵生, 張翔生, 王臻