[發明專利]抽鋼砂蓄能電站

在審

• 申請號: 202010184218.2
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111502934A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 陳國棟
• 申請（專利權）人: 陳國棟
• 主分類號: F03G3/04
• 分類號: F03G3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

抽鋼砂蓄能電站是電力技術領域的革新，第一，可以解決抽水蓄能電站占地面積大、選址困難、防滲防漏困難等問題。第二，抽鋼砂蓄能電站可以解決傳統電網調峰難題。第三，以“低技術”方式解決光電、風電等新能源無法連續供電難題。方案有兩個要點，一是用酷似摩天輪的傳統大直徑筒車替代最大直徑不到11米的水輪機葉輪，將做功的力矩增大數倍；二是用流動性良好的高比重、固體鋼砂或鋼珠、鋼丸替代液態水，可以大幅度降低蓄能介質的體積，而總勢能不減。方案可用于替代抽水蓄能電站、熔鹽蓄能發電系統、電池蓄能系統和其他業已公布的蓄能發電系統。

技術領域：電力技術

背景技術：抽水蓄能電站，近距離內上下游兩個水庫，同一輸水管道，同一套發電機和水輪機反向運轉時作為電動機和超大型水泵，在電網負荷處在低谷時，將下游水庫的水抽到上游水庫；在電網負荷處在峰狀時，上游水庫的水泄入下游水庫，驅動發電機發電。2019年8月日本軟銀公司向新型儲能技術公司(Energy Vault)投資1.1億美元，支持該公司研發的混凝土塊搭積木儲能技術項目。該項目的原理是用大型電動機把35噸重的混凝土塊吊到120米高的高架上，每塊35噸的混凝土塊從120米高處吊回地面時，起重電動機變為發電機發電。抽鋼砂蓄能電站是對混凝土塊搭積木儲能技術項目的優化改進。鋼砂比混凝土塊更具有流動性和運送時的連續性，可以推動大直徑筒車做功。鋼砂更重，體積更小。

發明內容：抽或運送鋼砂(或鋼珠、鋼丸)蓄能發電。儲能介質是鋼砂或鋼珠、鋼丸，在電網負荷處在低谷時，耗費電力，將下方庫池的鋼砂或鋼珠、鋼丸抽或運送到上方庫池；在電網負荷處在峰狀時或其他需要時，上方庫池的鋼砂或鋼珠、鋼丸經過輸送管道落入大型金屬筒車外緣的處在高位的金屬桶，以重力帶動大型筒車快速旋轉，驅動發電機發電，每個筒車的金屬桶旋轉至最低位時，金屬桶內的鋼砂或鋼珠、鋼丸落入下方庫池。

附圖說明：圖1是抽鋼砂蓄能電站示意圖；圖2是金屬桶、鋼砂輸送管及噴口正視圖。大型筒車的直徑可以數倍于長江三峽水電站水輪機葉輪10.4米直徑，達到直徑幾十米甚至更大，只要材料和技術條件許可。大型筒車可以獲得最大限度的力矩，將勢能轉換為機械能。筒車中心軸兩側建有相應高度的堅固支架。上、下方庫池之間的高度差略高于筒車高度即可。上、下方庫池全封閉，以防銹蝕，無需防滲防漏。上方庫池可以分隔為幾部分，像階梯教室一樣有高度差，便于鋼砂流動。上方庫池與大型筒車上方之間建有輸送管。在大型筒車和上方庫池之間的半山腰的平臺上建有發電機組。大型筒車下方有大型輸送裝置快速運走從筒車落下的鋼砂或鋼珠、鋼丸。用大型電動機驅動升降機或真空泵或壓縮空氣或傳送帶或軌道車輛，將下方庫池的鋼砂或鋼珠、鋼丸抽到或運到上方庫池。

具體實施方式：在光伏、風力發電場附近或經濟發達地區，選擇相對高度50米至100米左右、頂部面積大的堅硬石質山，山坡邊緣開挖出接近垂直的立坡以及半山腰平臺。在半山腰平臺建發電機組。山頂建上方庫池，庫池分隔成幾部分，整個庫池底部和四周護墻用鋼筋混凝土建造，庫池上部有硬頂全覆蓋以防雨、防風。庫池底部有耐磨鋼板襯底。從上方庫池向筒車上方輸送鋼砂或鋼珠、鋼丸的管道用耐磨有縫鋼管制成。下方庫池的建筑規格與上游庫池相同，下方庫池需要做防水、放潮和防洪處理。筒車軸部寬數米或十米以上。受結構材料和筒車旋轉穩定性限制，筒車直徑從數米至數十米不等。筒車最外端用耐磨、低合金高強度鋼板制造，形狀是卷曲成圓形的槽鋼，槽口朝外，槽口像按壓過的訂書釘那樣向內側靠攏，這樣的槽口呈半封閉形狀，槽內按等距離安裝橫檔，橫檔也用耐磨、低合金高強度鋼板制造。橫檔呈L形狀，其水平部分的高度低于兩側槽板高度。橫檔與兩側槽板及半封閉的上蓋構成金屬桶。金屬桶底部突起呈等腰三角形，以便每個金屬桶旋轉至高位時接受輸送管噴口傾瀉出的鋼砂或鋼珠、鋼丸，金屬桶旋轉至低位時鋼砂、或鋼珠、鋼丸順利流出金屬桶。筒車外端金屬桶與軸部用大型鋼結構連接和支撐，鋼結構用低合金高強度鋼制造，還可以用碳纖維強化。上方庫池通向筒車的輸送管道保持適當高度和角度，以維持適當勢能；輸送管道末端略微伸入筒車外端的金屬桶并以左右兩個噴口向金屬桶內側傾瀉鋼砂或鋼珠、鋼丸，以勢能推動大型筒車旋轉，半封閉的上蓋可以減少鋼砂或鋼珠、鋼丸濺出。載有鋼砂或鋼珠、鋼丸的金屬桶從高位旋轉至低位時，鋼砂或鋼珠、鋼丸自動脫落在高速傳送帶上或坡道上，再輸送至下方庫池。筒車轉軸與發電機組連接。如果筒車轉速無法直接驅動發電機發出50赫茲交流電，則需要增速齒輪箱調速。筒車兩側修建堅固支架，支撐筒車轉軸兩端。筒車兩側修建全封閉廠房，將筒車完全置于廠房內，以防風、防雨、減緩銹蝕和回收濺出的鋼砂或鋼珠、鋼丸。在上方庫池所在山坡的另一側，即與大型筒車垂直方向，像開挖港口的港池一樣，開挖垂直立坡，并用鋼筋混凝土強化，建造大型升降機，用大型升降機垂直運送鋼砂或鋼珠或鋼丸至上方庫池；下方庫池與大型升降機之間建造向下小角度坡道，便于鋼珠或鋼丸流動。也可用大型電動機驅動真空泵或壓縮空氣或傳送帶或軌道車輛，將下方庫池的鋼砂或鋼珠、鋼丸抽到或運到上方庫池。鋼砂或鋼珠、鋼丸的比重是水的7倍，價格則比水貴幾百倍。一座抽鋼砂蓄能電站需要普通的鋼砂或鋼珠、鋼丸數十萬噸至幾百萬噸。普通的鋼砂或鋼珠、鋼丸生產工藝簡單，原料是廢鋼。鋼珠、鋼丸與鋼砂生產成本差距不大，可以優先選用直徑1毫米左右的鋼珠或鋼丸。在下方庫池附近建一個鋼砂或鋼珠、鋼丸生產車間，向周邊抽鋼砂蓄能電站供應普通的鋼砂或鋼珠、鋼丸。抽鋼砂蓄能電站的鋼砂或鋼珠、鋼丸發生銹蝕或嚴重磨損或破裂后，用生產車間的電爐重新熔煉生產鋼砂或鋼珠、鋼丸，實現鋼砂或鋼珠、鋼丸的長期循環使用。