[發明專利]一種直線電機動邊環動能儲能和運輸重力勢能儲能方法

在審

• 申請號: 201410214150.2
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN105098996A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 趙勇
• 申請（專利權）人: 趙勇
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及直線電動機技術領域，具體說是將直線電機應用于物理儲能。

背景技術

儲能技術將是未來電網和新能源產業發展的一項關鍵核心技術，關系到國家長遠利益和能源安全，因此，發達國家先后將儲能產業升級為國家戰略。發展新能源是應對氣候環境變化，保證能源安全和經濟社會可持續發展的重要戰略舉措，也是“第三次工業革命”的核心。以風電、太陽能發電為代表的新能源具有間歇性、波動性和隨機性，其大規模消納已成為世界性難題。2012年我國風電棄風電量達200億千瓦時，問題十分突出。(香山科學會議第470次學術討論會綜述)。到目前為止，除抽水儲能外，其它儲能技術尚不具備大規模應用的條件，一旦經濟合理的大規模儲能技術獲得突破，人類將邁進可再生能源時代。

大容量儲能是解決可再生能源間歇性問題的關鍵技術。直線電機動邊環動能儲能和直線電機運輸重力勢能儲能，是將直線電機技術應用于儲能領域的新方法。直線電機動邊環動能儲能可以實現無軸旋轉，因此可以有更大的環半徑，更小的離心力。動邊環的內外半徑比近似等于1，同樣的材料，動邊環可以運行更高的速度，直線電機動邊環線速度1000m/s，動邊環能量密度為138.89W.h/kg。直線電機運輸重力勢能儲能高端與低端停車場高差500m，儲能物質質量10000t，可儲存勢能13625kW.h。兩種儲能方式都能夠實現大容量、超大容量儲能，輸入輸出功率可控可調，輸入輸出可同時進行，兩種儲能方法分別屬于能量型和功率型儲能方法，各有優勢，互為補充。

發明內容

直線電機被認為是最有前途的直線動力裝置，具有高速、大推力、控制性能好，定位精度高的特點[1]。直線電機應用于磁懸浮和城市軌道交通，均實現了無人駕駛，自動化運行。采用地下直線電機牽引地面車輛的交通方法，在相對道路交通節能80％以上的條件下，能夠實現自動化、智能化交通。旋轉電機由于受離心力的作用，其圓周速度受到限制，需要經過傳動裝置才能將扭矩轉換成直線驅動力。直線電機無需任何轉換裝置可以直接將電能轉換成直線運動，反之也可將直線運動轉換成電能，全部轉換過程無任何機械接觸，結構簡單，壽命長。基于直線電機的上述特點，將直線電機技術應用于物理機械儲能，能夠實現大規模、大容量儲能，大功率輸入輸出，在能量轉換過程中，能夠根據輸入能量的大小和輸出功率的要求，對輸入、輸出功率進行調控，并能夠輸入、輸出同時進行。

飛輪儲能具有響應速度快、轉換效率高、比功率大等優點，但目前技術尚未達到實用化要求[2]。直線電機動邊環儲能相對飛輪儲能可實現無軸旋轉，運行過程中沒有任何機械接觸，沒有任何旋轉部件，不受高速軸承、高能量密度飛輪、高效、高速大功率旋轉發電機/電動機技術的制約，在磁懸浮和真空條件下，動邊環可以獲得更高的線速度；動邊環半徑可以比飛輪半徑大幾十倍甚至上百倍，同樣質量，同樣的儲能量，動邊環受到的離心力比飛輪盤小。動邊環的內外徑比大(接近1)，因此可以使用密度較大、強度較小的材料，獲得更大的儲能量；反之，同樣密度，同樣強度的材料，由于離心力小，可以運行更高的速度，同樣可獲得更大的儲能容量。動邊環可以是直線電機的初級，也可以是直線電機的次級。作為直線電機的次級，動邊環上可以安裝永久磁鐵或電勵磁線圈，為直線發電機/電動機提供勵磁，提高直線電機效率。沿動邊環安裝直線電機定邊初級線圈繞組，儲能時，做為電動機感應線圈，驅動動邊環產生運動，將電能轉換為動能。釋放能量時，做為發電機感應線圈，將動邊環儲存的動能轉換為電能輸出。動邊環的半徑可以根據使用要求和場地條件設定，因此可以得到更長的直線電機定邊初級繞組安裝空間，沿動邊環可安裝數量不等的初級線圈繞組，根據輸入輸出功率的要求，通過控制初級線圈繞組的通電數量，控制和調整輸入輸出功率，同時可以實現輸入、輸出同時進行。