重力储能系统及重力储能方法与流程

1.本发明涉及能源发电领域，尤其涉及一种重力储能系统及重力储能方法。

背景技术：

2.近年来，随着各种化石能源储量的不断减少，加之全球变暖等环境因素的不断加剧，能源替代问题以及环境问题引起了人们的极大关注。为实现全球范围内碳的近零排放，需要大力发展水能、风能、太阳能等可再生能源。

3.但是，受自然环境的影响，可再生能源发电不稳定，现有用于可再生能源的储能系统进行能量储存与释放的成本过高，影响后续的并网输送和水电消纳，整个系统的经济性较差。目前以电化学为主的储能技术都不能实现储能全过程的绿色环保，且全生命周期储能成本相对较高。压缩空气储能和抽水蓄能虽然较电化学储能成本有所降低，但受场地限制，不具备普遍适用性。

技术实现要素：

4.基于以上问题，本发明的目的在于提供一种重力储能系统及重力储能方法，储能成本低，不受场地限制，适用范围广。

5.为实现上述目的，提供以下技术方案：

6.第一方面，本发明提供了一种重力储能系统，包括：

7.若干个颗粒状固体介质，具有释能状态和储能状态；

8.低位储存装置，用于储存处于释能状态的所述颗粒状固体介质；

9.高位储存装置，用于储存处于储能状态的所述颗粒状固体介质；

10.提升装置，用于在可用能量的驱动下将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置提升至所述高位储存装置，以使所述可用能量转换为所述颗粒状固体介质的重力势能；

11.发电装置，包括定子、转子以及设置于所述转子上的扇叶，所述颗粒状固体介质由所述高位储存装置降落至所述低位储存装置时能够拨动所述扇叶，以带动所述转子相对于所述定子转动并产生电能。

12.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述提升装置包括提升管和螺旋杆，所述提升管的一端伸入所述低位储存装置内，另一端伸入所述高位储存装置内，所述提升管分别与所述低位储存装置和所述高位储存装置连通，所述螺旋杆可转动地设置于所述提升管内，用于在所述可用能量的驱动下将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置提升至所述高位储存装置。

13.作为本发明的重力储能系统的可选方案，若干个所述提升装置设置于所述低位储存装置和所述高位储存装置的中间位置；或，若干个所述提升装置设置于所述低位储存装置和所述高位储存装置的内周侧。

14.作为本发明的重力储能系统的可选方案，位于所述高位储存装置内的所述提升管的管壁上设置有导出通道，所述螺旋杆提升的所述颗粒状固体介质能够经由所述导出通道

进入所述高位储存装置内。

15.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述导出通道的出口处设置有盖板。

16.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述提升装置包括可转动设置于所述低位储存装置和所述高位储存装置外周侧的螺旋状通道结构，所述螺旋状通道结构用于在所述可用能量的驱动下自转，并将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置提升至所述高位储存装置。

17.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述提升装置包括输送带和主动轮，所述主动轮用于在所述可用能量的驱动下带动所述输送带将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置提升至所述高位储存装置。

18.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述提升装置还包括从动轮，所述输送带绕设于所述主动轮和所述从动轮上。

19.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述输送带上设置有防滑结构。

20.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述提升装置还包括上料斗和下料斗，所述上料斗位于所述输送带的底部，所述下料斗位于所述输送带的顶部。

21.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述扇叶设置于所述转子的外周壁上，所述定子位于所述转子的内侧；或，所述扇叶设置于所述转子的内周壁上，所述转子位于所述定子的内侧。

22.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述发电装置还包括导流罩，所述导流罩用于将所述颗粒状固体介质导流至所述扇叶上，并拨动所述扇叶，以带动所述转子相对于所述定子转动。

23.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述转子上设置有永磁体，所述定子上设置有线圈，所述转子与所述定子相对转动时，所述线圈能够切割所述永磁体的磁场产生电动势。

24.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述发电装置还包括叶轮，所述叶轮包括轮毂和叶片，所述轮毂与所述转子连接，所述叶片设置于所述轮毂的外周侧，所述叶片为所述扇叶。

25.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述高位储存装置内设置有汇集结构，所述汇集结构上设置有连通口和开关阀门，所述连通口用于导通所述高位储存装置和所述低位储存装置，所述开关阀门用于打开或封堵所述连通口，所述开关阀门还用于调节打开所述连通口的横截面面积。

26.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述开关阀门包括第一板和第二板，所述第一板上设置有第一开口，所述第二板上设置有第二开口，所述第一板与所述第二板相对转动时，所述第一开口与所述第二开口错开、部分重合或完全重合，以调节打开所述连通口的横截面面积。

27.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述低位储存装置内设置有研磨机构，所述研磨机构包括载物台、旋转座和磨辊，所述旋转座可转动设置于所述载物台上，所述磨辊设置于所述旋转座的底部。

28.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述低位储存装置和所述高位储存装置均包括若干个拼接单元，所述拼接单元包括节点结构和围挡隔板，所述节点结构上设置有

多个限位槽，所述围挡隔板的第一侧边能够卡入一个所述节点结构的所述限位槽内，所述围挡隔板的第二侧边能够卡入另一个所述节点结构的所述限位槽内；相邻两个所述拼接单元共用至少一个所述围挡隔板和至少两个所述节点结构。

29.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述围挡隔板的第三侧边设置有连接凹槽，所述围挡隔板的第四侧边设置有连接凸起，一个所述围挡隔板的所述连接凸起能够卡入另一个所述围挡隔板的所述连接凹槽内。

30.作为本发明的重力储能系统的可选方案，所述节点结构的两端分别设置有连接法兰，一个所述节点结构的所述连接法兰通过紧固件与另一个所述节点结构的所述连接法兰连接。

31.第二方面，本发明还提供了一种重力储能方法，采用上述的重力储能系统进行储能，所述重力储能方法包括以下步骤：

32.通过低位储存装置储存处于释能状态的颗粒状固体介质，通过高位储存装置储存处于储能状态的颗粒状固体介质；

33.当需要对可用能量进行储能时，提升装置在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置提升至高位储存装置，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能；

34.当需要释放能量时，颗粒状固体介质由高位储存装置降落至低位储存装置，颗粒状固体介质的重力势能转换为自身的动能，颗粒状固体介质的冲击力拨动扇叶，以带动转子相对于定子转动并产生电能，从而将颗粒状固体介质的重力势能转换为电能。

35.本发明的有益效果为：

36.本发明提供的重力储能系统及重力储能方法，通过低位储存装置储存处于释能状态的颗粒状固体介质，通过高位储存装置储存处于储能状态的颗粒状固体介质，当需要对可用能量(例如过剩的电能)进行储能时，提升装置在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置提升至高位储存装置，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能，当需要释放能量时，颗粒状固体介质由高位储存装置降落至低位储存装置，颗粒状固体介质的重力势能转换为自身的动能，颗粒状固体介质的冲击力拨动扇叶，以带动转子相对于定子转动并产生电能，从而将颗粒状固体介质的重力势能转换为电能，从而利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性，可实现利用重力势能储能发电，适用于风电、光伏等可再生能源的储存，以及电网削峰填谷、调频调相等发电应用场景。

附图说明

37.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

38.图1是本发明具体实施方式提供的一种重力储能系统的结构示意图；

39.图2是图1中a处的放大示意图；

40.图3是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中开关阀门的结构示意图；

41.图4是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中高位储存装置(圆柱状)、汇集

结构和加固板的俯视示意图；

42.图5是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中高位储存装置(长方体状)、汇集结构和加固板的结构示意图；

43.图6是本发明具体实施方式提供的另一种重力储能系统的结构示意图；

44.图7是本发明具体实施方式提供的再一种重力储能系统的结构示意图；

45.图8是本发明具体实施方式提供的再一种重力储能系统的俯视示意图；

46.图9是本发明具体实施方式提供的又一种重力储能系统的结构示意图；

47.图10是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置、研磨机构和汇集结构的结构示意图；

48.图11是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置、磨辊(竖向布置)和汇集结构的结构示意图；

49.图12是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(外转子结构形式)和汇集结构的结构示意图；

50.图13是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(外转子结构形式)的结构示意图；

51.图14是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(外转子结构形式)的剖视示意图；

52.图15是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(外转子结构形式)的转子和扇叶的俯视示意图；

53.图16是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(内转子结构形式)和汇集结构的结构示意图；

54.图17是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(内转子结构形式)的结构示意图；

55.图18是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(内转子结构形式)的剖视示意图；

56.图19是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(内转子结构形式)的转子和扇叶的俯视示意图；

57.图20是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(叶片为弧面结构)的结构示意图；

58.图21是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置(叶片为平面结构)的结构示意图；

59.图22是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置的一种叶轮的结构示意图；

60.图23是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置的另一种叶轮的结构示意图；

61.图24是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置的又一种叶轮的结构示意图；

62.图25是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置的一种发电组件的结构示意图；

63.图26是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置的另一种发电组件的结构示意图；

64.图27是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中发电装置的又一种发电组件的结构示意图；

65.图28是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正三角形时)的俯视示意图；

66.图29是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正三角形时)的节点结构的主视示意图；

67.图30是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正三角形时)的一种节点结构的剖面示意图；

68.图31是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正三角形时)的另一种节点结构的剖面示意图；

69.图32是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正方形时)的俯视示意图；

70.图33是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正方形时)的节点结构的主视示意图；

71.图34是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正方形时)的一种节点结构的剖面示意图；

72.图35是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正方形时)的另一种节点结构的剖面示意图；

73.图36是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置(拼接单元为正方形时)的主视示意图；

74.图37是本发明具体实施方式提供的重力储能系统中低位储存装置或高位储存装置的围挡隔板的侧视示意图。

75.图中：

76.1-低位储存装置；2-高位储存装置；3-提升装置；4-发电装置；5-拼接单元；6-研磨机构；

77.7-汇集结构；8-加固板；9-回流通道；

78.31-提升管；311-导出通道；312-盖板；32-螺旋杆；33-输送带；331-防滑结构；34-主动轮；35-从动轮；36-支撑架；

79.41-定子；411-线圈；42-转子；421-永磁体；43-扇叶；44-导流罩；45-固定轴；46-支撑座；47-滑动轴承；48-滚动轴承；49-固定筒；410-支撑筒；420-转轴；430-叶轮；431-轮毂；432-叶片；433-端板；440-齿轮传动机构；450-轴承；460-固定座；

80.51-节点结构；52-围挡隔板；

81.511-限位槽；512-连接法兰；513-减重孔；

82.521-连接凹槽；522-连接凸起；

83.61-载物台；62-旋转座；63-磨辊；

84.71-连通口；72-开关阀门；

85.721-第一开口；722-第二开口。

具体实施方式

86.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

87.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

88.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

89.如图1至图37所示，本实施例提供一种重力储能系统，该重力储能系统包括低位储存装置1、高位储存装置2、提升装置3、发电装置4和若干个颗粒状固体介质。颗粒状固体介质具有释能状态和储能状态，低位储存装置1用于储存处于释能状态的颗粒状固体介质，高位储存装置2用于储存处于储能状态的颗粒状固体介质。提升装置3用于在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能。发电装置4包括定子41、转子42以及设置于转子42上的扇叶43，颗粒状固体介质由高位储存装置2降落至低位储存装置1时能够拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动并产生电能。

90.需要说明的是，颗粒状固体介质包括但不限于沙土、粉碎后的小石子、粉碎后的建筑物垃圾、高分子颗粒材料、玉米颗粒、小麦颗粒以及植物粉碎后的颗粒。

91.通过低位储存装置1储存处于释能状态的颗粒状固体介质，通过高位储存装置2储存处于储能状态的颗粒状固体介质，当需要对可用能量(例如过剩的电能)进行储能时，提升装置3在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能，当需要释放能量时，颗粒状固体介质由高位储存装置2降落至低位储存装置1，颗粒状固体介质的重力势能转换为自身的动能，颗粒状固体介质的冲击力拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动并产生电能，从而将颗粒状固体介质的重力势能转换为电能，从而利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性，可实现利用重力势能储能发电，适用于风电、光伏等可再生能源的储存，以及电网削峰填谷、调频调相等发电应用场景。

92.如图1和图2所示，可选地，提升装置3包括提升管31和螺旋杆32，提升管31的一端伸入低位储存装置1内，另一端伸入高位储存装置2内，提升管31分别与低位储存装置1和高位储存装置2连通，螺旋杆32可转动地设置于提升管31内，用于在上述可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2。螺旋杆32的螺旋叶片与提升管31

的内壁近似接触，以避免颗粒状固体介质从螺旋叶片和提升管31的内壁之间的缝隙掉落。可用能量(例如过剩的电能)通过驱动装置(例如电机)驱动螺旋杆32转动，螺旋杆32的螺旋叶片拖起颗粒状固体介质在提升管31内上升，实现了颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2。

93.在一实施例中，颗粒状固体介质可以提升至提升管31的管口再进入高位储存装置2内。在另一实施例中，位于高位储存装置2内的提升管31的管壁上设置有导出通道311，螺旋杆32提升的颗粒状固体介质能够经由导出通道311进入高位储存装置2内，无需将颗粒状固体介质提升至提升管31的管口，降低了颗粒状固体介质的提升高度，降低了能量消耗。导出通道311自提升管31的轴线处至外侧斜向下设置，方便颗粒状固体介质在重力作用下通过导出通道311，避免了颗粒状固体介质在导出通道311内聚集结块。

94.为防止颗粒状固体介质逆流，可选地，导出通道311的出口处设置有盖板312。盖板312的顶部可以转动设置在提升管31的外壁上，由于盖板312封盖在导出通道311的出口外侧，使得盖板312无法向内翻转。颗粒状固体介质在重力作用下沿导出通道311输送，并打开盖板312，盖板312向外翻转，打开导出通道311的出口。

95.可选地，高位储存装置2内设置有汇集结构7，汇集结构7上设置有连通口71和开关阀门72，连通口71用于导通高位储存装置2和低位储存装置1，开关阀门72用于打开或封堵连通口71，开关阀门72还用于调节打开连通口71的横截面面积。为方便打开或封堵连通口71，开关阀门72可移动或可转动设置于汇集结构7上。开关阀门72可以采用类似推拉板的移动方式可移动地设置在汇集结构7上，对连通口71进行封堵或打开。开关阀门72还可以采用类似开关门的转动方式可转动地设置在汇集结构7上，对连通口71进行封堵或打开。

96.如图3所示，开关阀门72可以包括第一板和第二板，第一板上设置有第一开口721，第二板上设置有第二开口722，第一板与第二板相对转动时，第一开口721与第二开口722错开、部分重合或完全重合，以调节打开连通口71的横截面面积，调节方便快捷，既可以实现打开连通口71的横截面面积的手动调节，又可以根据需要实现打开连通口71的横截面面积的自动调节。

97.如图4和图5所示，高位储存装置2可以为圆柱状或长方体状，高位储存装置2的外周侧设置有多个加固板8，以提高高位储存装置2的装载能力。低位储存装置1的结构形式可以与高位储存装置2相同。

98.如图6所示，在另一实施例中，为避免与低位储存装置1和高位储存装置2内部结构干涉，提升装置3可以包括可转动设置于低位储存装置1和高位储存装置2外周侧的螺旋状通道结构，螺旋状通道结构用于在上述可用能量的驱动下自转，并将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2。可用能量(例如过剩的电能)通过驱动装置(例如电机)驱动螺旋状通道结构自转，螺旋状通道结构通过摩擦力拖起其内的颗粒状固体介质上升，实现了颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2。

99.如图1所示，若干个提升装置3可以设置在低位储存装置1和高位储存装置2的中间位置，例如一个提升装置3设置在低位储存装置1和高位储存装置2的中间位置，或，多个提升装置3呈一排设置在低位储存装置1和高位储存装置2的中间位置。如图7和图8所示，若干个提升装置3还可以设置于低位储存装置1和高位储存装置2的内周侧，例如八个提升装置3沿圆周向均匀设置在低位储存装置1和高位储存装置2的内周侧。提升装置3用于在上述可

用能量的驱动下自转，并将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2，提升装置3可以采用上述提升管31和螺旋杆32的提升方式，提升管31的底部开口用于卷起低位储存装置1内的颗粒状固体介质，提升管31的顶部开口用于将颗粒状固体介质送入高位储存装置2内。提升管31的顶部开口可以开设在侧壁上，降低提升颗粒状固体介质的能量消耗，并盖上盖板312，以防止颗粒状固体介质逆流。当然，在其他实施例中，若干个提升装置3还可以设置于低位储存装置1和高位储存装置2内需要提升颗粒状固体介质的任意位置。

100.如图9所示，在又一实施例中，提升装置3可以包括输送带33和主动轮34，主动轮34用于在上述可用能量的驱动下带动输送带33将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2。可用能量(例如过剩的电能)通过驱动装置(例如电机)驱动主动轮34转动，主动轮34带动输送带33，输送带33通过摩擦力载着颗粒状固体介质上升，实现了颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2。进一步地，为实现输送带33的循环利用，提升装置3还可以包括从动轮35，输送带33绕设于主动轮34和从动轮35上。提升装置3还包括支撑架36，输送带33、主动轮34和从动轮35分别安装于支撑架36上。

101.为提高颗粒状固体介质与输送带33的摩擦力，可选地，输送带33上设置有防滑结构331，防滑结构331可以是设置在输送带33上的齿状结构。为方便回收释放能量后的颗粒状固体介质，高位储存装置2与低位储存装置1之间设置有回流通道9，高位储存装置2的颗粒状固体介质经由汇集结构7导向，并与发电装置4交换能量后，在重力作用下经由回流通道9回流至低位储存装置1。

102.如图10所示，为对结块的颗粒状固体介质进行细化，可选地，低位储存装置1内设置有研磨机构6，研磨机构6包括载物台61、旋转座62和磨辊63，旋转座62可转动设置于载物台61上，磨辊63设置于旋转座62的底部。如图11所示，磨辊63还可以竖向布置，颗粒状固体介质在重力作用下经由斜面状的汇集结构7流动至竖向布置的磨辊63，磨辊63直接对颗粒状固体介质进行研磨，结构简单，节约能量。

103.在其他实施例中，提升装置3还可以包括上料斗和下料斗，上料斗位于输送带33的底部，用于装载颗粒状固体介质，下料斗位于输送带33的顶部，用于卸载颗粒状固体介质。

104.如图12至图15所示，在一实施例中，扇叶43可以设置于转子42的外周壁上，定子41位于转子42的内侧。发电装置4还包括固定轴45，固定轴45相对地面静止不动，定子41设置于固定轴45上，转子42与固定轴45转动连接。发电装置4还包括导流罩44，导流罩44与固定轴45连接，并罩设在转子42上方，导流罩44用于将若干个颗粒状固体介质导流至扇叶43上，并拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动。发电装置4还包括支撑筒410，支撑筒410与固定轴45连接，用于穿设电线。

105.若干个颗粒状固体介质从高处降落至导流罩44上时，导流罩44将若干个颗粒状固体介质导流至转子42的扇叶43上，并拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动，从而产生电能，将若干个颗粒状固体介质的重力势能转化为发电装置4的电能，实现重力储能系统的能量转换，同时，由于转子42位于定子41的外侧，可以满足大转矩需求，散热效果好，布线方便，结构简单，维护维修难度低，安全性高，能量转换率高，经济性好。

106.可选地，转子42上设置有永磁体421，定子41上设置有线圈411，转子42与定子41相对转动时，线圈411能够切割永磁体421的磁场产生电动势。转子42为筒状，永磁体421设置在转子42的内侧壁上。定子41为铁芯材质，定子41上绕设有铜材质的线圈411，转子42相对

于定子41转动时，永磁体421形成变化的磁场，线圈411切割永磁体421的磁场产生电动势，从而得到电能。

107.由于转子42以固定轴45为轴线进行旋转，为充分利用颗粒状固体介质的重力势能，降低能量损耗，可选地，固定轴45竖直设置。为方便对转子42提供支撑力，可选地，固定轴45上设置有支撑座46，转子42滑动设置于支撑座46上，降低了转子42旋转时的摩擦阻力。

108.可选地，发电装置4还包括滑动轴承47，滑动轴承47包括滑动连接的第一滑动体和第二滑动体，第一滑动体与支撑座46连接，第二滑动体与转子42连接。第二滑动体可以为滚筒状，沿固定轴45的径向对称设置在固定轴45的两侧，第一滑动体作为安装第二滑动体的座体结构，固定安装在支撑座46上。

109.为进一步降低转子42旋转时的摩擦阻力，可选地，发电装置4还包括滚动轴承48，滚动轴承48包括内圈、滚珠和外圈，滚珠分别与内圈和外圈转动连接，内圈与固定轴45连接，外圈与转子42连接。

110.另外，转子42与固定轴45、滑动轴承47、滚动轴承48之间设置有密封结构，避免灰尘等杂质进去内部，降低了后期的维护维修难度。

111.为降低能量损耗，可选地，导流罩44为圆锥状。为充分利用若干个颗粒状固体介质的重力势能，可选地，扇叶43沿转子42的外周壁设置有多个。为提高能量转换率，可选地，扇叶43为轴流式扇叶43。

112.如图16至图19所示，在另一实施例中，扇叶43还可以设置于转子42的内周壁上，转子42位于定子41的内侧。发电装置4还包括固定筒49，定子41设置于固定筒49的内周壁上，转子42与固定筒49转动连接，导流罩44与固定筒49连接。发电装置4还包括支撑筒410，支撑筒410与固定筒49连接，用于穿设电线。

113.若干个颗粒状固体介质从高处降落至导流罩44上时，导流罩44将若干个颗粒状固体介质导流至转子42的扇叶43上，并拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动，从而产生电能，将若干个颗粒状固体介质的重力势能转化为发电装置4的电能，实现重力储能系统的能量转换，同时，由于转子42位于定子41的内侧，可以满足高转速需求，结构刚性强，易于实现超大型结构设计，结构简单，维护维修难度低，安全性高，能量转换率高，经济性好。

114.由于转子42以固定筒49的轴线为轴线进行旋转，为充分利用颗粒状固体介质的重力势能，降低能量损耗，可选地，固定筒49的轴线沿竖直方向设置。为方便对转子42提供支撑力，可选地，固定筒49上设置有支撑座46，转子42滑动设置于支撑座46上，降低了转子42旋转时的摩擦阻力。

115.可选地，发电装置4还包括滑动轴承47，滑动轴承47包括滑动连接的第一滑动体和第二滑动体，第一滑动体与支撑座46连接，第二滑动体与转子42连接。第二滑动体可以为滚筒状，沿固定筒49的径向对称设置在固定筒49的两侧，第一滑动体作为安装第二滑动体的座体结构，固定安装在支撑座46上。

116.为进一步降低转子42旋转时的摩擦阻力，可选地，发电装置4还包括滚动轴承48，滚动轴承48包括内圈、滚珠和外圈，滚珠分别与内圈和外圈转动连接，内圈与固定筒49连接，外圈与转子42连接。

117.另外，转子42与固定筒49、滑动轴承47、滚动轴承48之间设置有密封结构，避免灰尘等杂质进去内部，降低了后期的维护维修难度。

118.为降低能量损耗，可选地，导流罩44为漏斗状。为充分利用若干个颗粒状固体介质的重力势能，可选地，扇叶43沿转子42的内周壁设置有多个。为提高能量转换率，可选地，扇叶43为轴流式扇叶43。

119.如图20至图27所示，在又一实施例中，发电装置还包括叶轮430，转子42与定子41转动连接，转子42与定子41相对转动时能够产生电能，叶轮430与转子42连接。汇集结构7设置于叶轮430的上方，汇集结构7用于将若干个颗粒状固体介质导流至叶轮430上，并拨动叶轮430，以带动转子42相对于定子41转动。

120.若干个颗粒状固体介质从高处降落至汇集结构7内，汇集结构7将若干个颗粒状固体介质导流至叶轮430上，并拨动叶轮430，以带动转子42相对于定子41转动，从而产生电能，将若干个颗粒状固体介质的重力势能转化为发电装置的电能，实现重力储能系统的能量转换。同时，由于采用叶轮430的方式带动转子42，定子41和转子42之间可以采用卧式电机类装配结构，降低了装配难度，结构简单，成本低，维护维修难度低，使用寿命长，安全性高，能量转换率高，经济性好。

121.为方便承接落下的颗粒状固体介质，可选地，叶轮430包括轮毂431和叶片432，叶片432为上述的扇叶43，轮毂431与转子42连接，叶片432设置于轮毂431的外周侧。为提高能源转换率，叶片432可以设置多个，多个叶片432沿轮毂431的外周侧均匀分布。

122.如图20所示，叶片432可以为朝向汇集结构7凸设的弧面结构，增大了叶片432的接触面积。弧面结构可以采用渐开线方式，叶片432进入汇集结构7时，保证叶片432的弧面沿转动方向的切线与颗粒状固体介质的下落方向夹角不大于90

°

，以充分吸收转换颗粒状固体介质的重力势能。如图21所示，叶片432还可以为平面结构，且叶片432与轮毂431之间具有避让间隙，以通过落下的部分颗粒状固体介质，降低了加工装配难度。

123.叶轮430还可以包括两个端板433，两个端板433分别设置于轮毂431的轴向两端，端板433可以避免颗粒状固体介质继续下落时过于分散而导致不易收集。叶片432可以与轮毂431直接连接，叶片432也可以设置在端板433上，实现与轮毂431的间接连接，从而使得叶片432与轮毂431之间可以具有一定间隔，以避让能量交换后的颗粒状固体介质，降低对轮毂431的径向冲击力。

124.如图22和图23所示，轮毂431的径向截面可以为梯形，优选为等腰梯形，受力均匀，不易损坏。如图24所示，轮毂431的径向截面还可以为矩形。轮毂431的多样化设计降低了叶轮430的加工装配难度，扩大了该发电装置可应用的场景范围。

125.如图25所示，发电组件1还可以包括转轴420，叶轮430通过转轴420与转子42连接，转轴420作为转子42的延伸轴，可以为转子42腾出更多的安装空间。为充分利用颗粒状固体介质的重力势能，降低能量损耗，可选地，汇集结构7与转轴420垂直设置。发电组件1还包括固定座460，固定座460用于支撑定子41，转子42转动套设于定子41的外周侧。

126.如图26所示，为调节叶轮430与转轴420之间的传递扭矩，发电组件1还可以包括齿轮传动机构440，齿轮传动机构440的输入端与叶轮430连接，齿轮传动机构440的输出端与转轴420连接。

127.如图27所示，可选地，转子42上设置有永磁体421，定子41上设置有线圈411，转子42与定子41相对转动时，线圈411能够切割永磁体421的磁场产生电动势。转子42为筒状，永磁体421设置在转子42的内侧壁上。定子41为铁芯材质，定子41上绕设有铜材质的线圈411，

转子42相对于定子41转动时，永磁体421形成变化的磁场，线圈411切割永磁体421的磁场产生电动势，从而得到电能。

128.为降低转子42和定子41相对转动时的摩擦力，可选地，发电组件1还包括轴承450和固定座460，定子41架设于固定座460上，转子42通过轴承450与定子41转动连接，轴承450采用卧式电机常用的轴承450即可，易于取材，成本低。

129.如图28至图37所示，可选地，低位储存装置1和高位储存装置2均包括若干个拼接单元5，拼接单元5包括节点结构51和围挡隔板52，节点结构51上设置有多个限位槽511，围挡隔板52的第一侧边能够卡入一个节点结构51的限位槽511内，围挡隔板52的第二侧边能够卡入另一个节点结构51的限位槽511内；相邻两个拼接单元5共用至少一个围挡隔板52和至少两个节点结构51，从而使得若干个拼接单元5组装成低位储存装置1或高位储存装置2，占用空间小，组装过程和拆卸过程简单方便，可重复利用，运输成本低，方便后期维修时更换损坏的零部件。

130.如图28所示，为方便沿竖向连接相邻的两个围挡隔板52，从而形成竖向延伸，可选地，围挡隔板52的第三侧边设置有连接凹槽521，围挡隔板52的第四侧边设置有连接凸起522，一个围挡隔板52的连接凸起522能够卡入另一个围挡隔板52的连接凹槽521内。

131.为提高连接凹槽521和连接凸起522的连接强度，可选地，连接凹槽521和连接凸起522的纵截面为等腰梯形。因此，在围挡隔板52的重力作用下，连接凸起522能够与连接凹槽521实现过盈配合，连接更紧密。

132.为方便沿竖向连接相邻的两个节点结构51，从而形成竖向延伸，可选地，节点结构51的两端分别设置有连接法兰512，一个节点结构51的连接法兰512通过紧固件与另一个节点结构51的连接法兰512连接。

133.为避免围挡隔板52的第一侧边和第二侧边与连接法兰512干涉，可选地，围挡隔板52的第一侧边和第二侧边均设置有与连接法兰512配合的避让槽。

134.为降低加工成本，可选地，节点结构51为管状结构，限位槽511开设于节点结构51的管侧壁上。限位槽511可以凹设于节点结构51的管侧壁上，以保证节点结构51自身的结构强度。

135.为提高围挡隔板52与节点结构51的连接强度，可选地，限位槽511贯穿节点结构51的管侧壁。如此设置，限位槽511足够深，且围挡隔板52的第一侧边或第二侧边能够贯穿限位槽511，实现高强度连接。

136.为充分利用空间，可选地，节点结构51上设置有偶数个限位槽511。如图28至图31所示，节点结构51上设置有六个限位槽511，从而形成三角形的拼接单元5。如图32至图35所示，节点结构51上设置有四个限位槽511，从而形成正方形的拼接单元5。如图30和图34所示，节点结构51可以为圆柱形，如图31和图35所示，节点结构51也可以为棱柱形。为降低自身重量，节点结构51的较厚位置处设置有减重孔513，同时，也便于加工成型。

137.本实施例提供的重力储能系统，通过低位储存装置1储存处于释能状态的颗粒状固体介质，通过高位储存装置2储存处于储能状态的颗粒状固体介质，当需要对可用能量(例如过剩的电能)进行储能时，提升装置3在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能，当需要释放能量时，颗粒状固体介质由高位储存装置2降落至低位储存装置1，颗粒状固体介质

的重力势能转换为自身的动能，颗粒状固体介质的冲击力拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动并产生电能，从而将颗粒状固体介质的重力势能转换为电能，从而利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性，可实现利用重力势能储能发电，适用于风电、光伏等可再生能源的储存，以及电网削峰填谷、调频调相等发电应用场景。

138.本实施例还提供一种重力储能方法，采用上述的重力储能系统进行储能，所述重力储能方法包括以下步骤：

139.通过低位储存装置1储存处于释能状态的颗粒状固体介质，通过高位储存装置2储存处于储能状态的颗粒状固体介质；

140.当需要对可用能量进行储能时，提升装置3在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置1提升至高位储存装置2，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能；

141.当需要释放能量时，颗粒状固体介质由高位储存装置2降落至低位储存装置1，颗粒状固体介质的重力势能转换为自身的动能，颗粒状固体介质的冲击力拨动扇叶43，以带动转子42相对于定子41转动并产生电能，从而将颗粒状固体介质的重力势能转换为电能。

142.本实施例提供的重力储能方法，利用重力势能进行能量的存储和释放，以较低的成本进行储能，提高了整个系统的经济性，可实现利用重力势能储能发电，适用于风电、光伏等可再生能源的储存，以及电网削峰填谷、调频调相等发电应用场景。

143.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。技术特征：

1.一种重力储能系统，其特征在于，包括：若干个颗粒状固体介质，具有释能状态和储能状态；低位储存装置(1)，用于储存处于释能状态的所述颗粒状固体介质；高位储存装置(2)，用于储存处于储能状态的所述颗粒状固体介质；提升装置(3)，用于在可用能量的驱动下将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置(1)提升至所述高位储存装置(2)，以使所述可用能量转换为所述颗粒状固体介质的重力势能；发电装置(4)，包括定子(41)、转子(42)以及设置于所述转子(42)上的扇叶(43)，所述颗粒状固体介质由所述高位储存装置(2)降落至所述低位储存装置(1)时能够拨动所述扇叶(43)，以带动所述转子(42)相对于所述定子(41)转动并产生电能。2.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升装置(3)包括提升管(31)和螺旋杆(32)，所述提升管(31)的一端伸入所述低位储存装置(1)内，另一端伸入所述高位储存装置(2)内，所述提升管(31)分别与所述低位储存装置(1)和所述高位储存装置(2)连通，所述螺旋杆(32)可转动地设置于所述提升管(31)内，用于在所述可用能量的驱动下将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置(1)提升至所述高位储存装置(2)。3.根据权利要求2所述的重力储能系统，其特征在于，若干个所述提升装置(3)设置于所述低位储存装置(1)和所述高位储存装置(2)的中间位置；或，若干个所述提升装置(3)设置于所述低位储存装置(1)和所述高位储存装置(2)的内周侧。4.根据权利要求2所述的重力储能系统，其特征在于，位于所述高位储存装置(2)内的所述提升管(31)的管壁上设置有导出通道(311)，所述螺旋杆(32)提升的所述颗粒状固体介质能够经由所述导出通道(311)进入所述高位储存装置(2)内。5.根据权利要求4所述的重力储能系统，其特征在于，所述导出通道(311)的出口处设置有盖板(312)。6.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升装置(3)包括可转动设置于所述低位储存装置(1)和所述高位储存装置(2)外周侧的螺旋状通道结构，所述螺旋状通道结构用于在所述可用能量的驱动下自转，并将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置(1)提升至所述高位储存装置(2)。7.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升装置(3)包括输送带(33)和主动轮(34)，所述主动轮(34)用于在所述可用能量的驱动下带动所述输送带(33)将所述颗粒状固体介质由所述低位储存装置(1)提升至所述高位储存装置(2)。8.根据权利要求7所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升装置(3)还包括从动轮(35)，所述输送带(33)绕设于所述主动轮(34)和所述从动轮(35)上。9.根据权利要求7所述的重力储能系统，其特征在于，所述输送带(33)上设置有防滑结构(331)。10.根据权利要求7所述的重力储能系统，其特征在于，所述提升装置(3)还包括上料斗和下料斗，所述上料斗位于所述输送带(33)的底部，所述下料斗位于所述输送带(33)的顶部。11.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述扇叶(43)设置于所述转子(42)的外周壁上，所述定子(41)位于所述转子(42)的内侧；或，所述扇叶(43)设置于所述转

子(42)的内周壁上，所述转子(42)位于所述定子(41)的内侧。12.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述发电装置(4)还包括导流罩(44)，所述导流罩(44)用于将所述颗粒状固体介质导流至所述扇叶(43)上，并拨动所述扇叶(43)，以带动所述转子(42)相对于所述定子(41)转动。13.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述转子(42)上设置有永磁体(421)，所述定子(41)上设置有线圈(411)，所述转子(42)与所述定子(41)相对转动时，所述线圈(411)能够切割所述永磁体(421)的磁场产生电动势。14.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述发电装置(4)还包括叶轮(430)，所述叶轮(430)包括轮毂(431)和叶片(432)，所述轮毂(431)与所述转子(42)连接，所述叶片(432)设置于所述轮毂(431)的外周侧，所述叶片(432)为所述扇叶(43)。15.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述高位储存装置(2)内设置有汇集结构(7)，所述汇集结构(7)上设置有连通口(71)和开关阀门(72)，所述连通口(71)用于导通所述高位储存装置(2)和所述低位储存装置(1)，所述开关阀门(72)用于打开或封堵所述连通口(71)，所述开关阀门(72)还用于调节打开所述连通口(71)的横截面面积。16.根据权利要求15所述的重力储能系统，其特征在于，所述开关阀门(72)包括第一板和第二板，所述第一板上设置有第一开口(721)，所述第二板上设置有第二开口(722)，所述第一板与所述第二板相对转动时，所述第一开口(721)与所述第二开口(722)错开、部分重合或完全重合，以调节打开所述连通口(71)的横截面面积。17.根据权利要求1所述的重力储能系统，其特征在于，所述低位储存装置(1)内设置有研磨机构(6)，所述研磨机构(6)包括载物台(61)、旋转座(62)和磨辊(63)，所述旋转座(62)可转动设置于所述载物台(61)上，所述磨辊(63)设置于所述旋转座(62)的底部。18.根据权利要求1-17任一项所述的重力储能系统，其特征在于，所述低位储存装置(1)和所述高位储存装置(2)均包括若干个拼接单元(5)，所述拼接单元(5)包括节点结构(51)和围挡隔板(52)，所述节点结构(51)上设置有多个限位槽(511)，所述围挡隔板(52)的第一侧边能够卡入一个所述节点结构(51)的所述限位槽(511)内，所述围挡隔板(52)的第二侧边能够卡入另一个所述节点结构(51)的所述限位槽(511)内；相邻两个所述拼接单元(5)共用至少一个所述围挡隔板(52)和至少两个所述节点结构(51)。19.根据权利要求18所述的重力储能系统，其特征在于，所述围挡隔板(52)的第三侧边设置有连接凹槽(521)，所述围挡隔板(52)的第四侧边设置有连接凸起(522)，一个所述围挡隔板(52)的所述连接凸起(522)能够卡入另一个所述围挡隔板(52)的所述连接凹槽(521)内。20.根据权利要求18所述的重力储能系统，其特征在于，所述节点结构(51)的两端分别设置有连接法兰(512)，一个所述节点结构(51)的所述连接法兰(512)通过紧固件与另一个所述节点结构(51)的所述连接法兰(512)连接。21.一种重力储能方法，其特征在于，采用如权利要求1-20任一项所述的重力储能系统进行储能，所述重力储能方法包括以下步骤：通过低位储存装置(1)储存处于释能状态的颗粒状固体介质，通过高位储存装置(2)储存处于储能状态的颗粒状固体介质；当需要对可用能量进行储能时，提升装置(3)在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质

由低位储存装置(1)提升至高位储存装置(2)，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能；当需要释放能量时，颗粒状固体介质由高位储存装置(2)降落至低位储存装置(1)，颗粒状固体介质的重力势能转换为自身的动能，颗粒状固体介质的冲击力拨动扇叶(43)，以带动转子(42)相对于定子(41)转动并产生电能，从而将颗粒状固体介质的重力势能转换为电能。

技术总结

本发明涉及能源发电领域，公开一种重力储能系统及重力储能方法。所述重力储能系统包括低位储存装置、高位储存装置、提升装置、发电装置和颗粒状固体介质，颗粒状固体介质具有释能状态和储能状态，低位储存装置用于储存处于释能状态的颗粒状固体介质，高位储存装置用于储存处于储能状态的颗粒状固体介质，提升装置用于在可用能量的驱动下将颗粒状固体介质由低位储存装置提升至高位储存装置，以使可用能量转换为颗粒状固体介质的重力势能，发电装置包括定子、转子以及设置于转子上的扇叶，颗粒状固体介质由高位储存装置降落至低位储存装置时能够拨动扇叶，以带动转子相对于定子转动并产生电能。本发明储能成本低，不受场地限制，适用范围广。用范围广。用范围广。

技术研发人员：刘晓辉 姜苏青 杨鑫 吕锡嘉 张树川 周超

受保护的技术使用者：青岛绿色发展研究院有限公司

技术研发日：2022.01.29

技术公布日：2023/5/30