CN116262588A - 能量储存和输送***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能量储存和输送***,其包括升降机吊笼,其中升降机吊笼可操作为将一个或更多个块体从较低海拔移动到较高海拔来储存能量(例如,经由块体处于较高海拔的势能),并且可操作为将一个或更多个块体从较高海拔移动到较低海拔(例如,通过重力)来产生电力(例如,在块体移动到较低海拔时,经由块体的动能)。块体在较低海拔和较高海拔之间移动相等的竖直距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量储存和输送***,更具体地说,涉及一种经由块体或砌块的竖直移动来储存和输送电力的能量储存和输送***及方法。
背景技术
可再生能源(例如,太阳能动力、风能动力、水电动力、生物质等)发电持续增长。然而,这些可再生能源中的许多能源(例如,太阳能动力、风能动力)是间歇性的和不可预测的,从而限制了可以从间歇性可再生能源输送到电网的电量。
发明内容
因此,需要一种改进的***来捕获可再生能源产生的电力,以便可预测地输送到电气网。如本文所使用的,电气网是用于将电力从生产者输送给消费者的互连网络,并且跨越较大的地理区域,包括城市、州和/或国家。
根据本公开的另一方面,提供了一种重力驱动的动力储存和输送***。示例性重力驱动的动力储存和输送***包括升降机吊笼,该升降机吊笼可操作以通过将一个或更多个块体从较低海拔移动到较高海拔来储存能量,并且可操作以通过在重力作用下将一个或更多个块体从较高海拔移动到较低海拔来产生电力。
根据本公开的另一方面,在一个示例中,能量储存和输送***可以储存太阳能动力以产生非工作时段的电力。能量储存和输送***可以将多个块体从较低海拔移动到较高海拔,以在太阳能电力充足的白天时段期间将太阳能作为势能储存在块体中。然后,能量储存***可以在夜间运行,以将块体从较高海拔移动到较低海拔,从而驱动发电机产生用于输送到电力网的电力。
根据本公开的另一方面,提供了一种用于储存能量和产生电力的方法。该方法包括操作塔架上的升降机吊笼,以将多个块体从塔架上的较低海拔移动到塔架上的较高海拔,从而将能量储存在块体中,每个块体储存的能量的量与块体的势能量相对应。该方法还包括操作升降机吊笼,以在重力作用下将块体从塔架上的较高海拔移动到塔架上的较低海拔,从而产生与所述一个或更多个块体从较高海拔移动到较低海拔时的动能量相对应的电量。该方法包括移动块体,使得在起重机或升降机吊笼运行期间,塔架上的平均载荷大致恒定。
根据本发明的一个方面,提供了一种包括一个或更多个模块的能量储存和输送***。每个模块包括多个块体和框架,该框架在由水平延伸的多个排限定的地基上方具有竖直高度。框架包括:具有第一组排的上部部段,该第一组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体;具有第二组排的下部部段,该第二组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体;在上部部段和下部部段之间没有块体的中间部段;设置在多个排的相对端上的一对升降机竖井;以及升降机吊笼,其可移动地设置在一对升降机竖井的每一个升降机竖井中并且可操作地联接到电动发电机上,该升降机吊笼的大小适于在其中接收和支撑一个或更多个块体。一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼可操作,以将一个或更多个块体从第二组排的交替排移动到第一组排的相应交替排,从而储存与所述块体的势能量相对应的电能。一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼可操作,以在重力作用下将一个或更多个块体从第一组排的交替排移动到第二组排的相应交替排,从而产生一定量的电力。升降机吊笼沿着相同的竖直距离在第二组排的每一排和相应第一组排的每一排之间移动所述块体。
根据本公开的另一方面,提供了一种能量储存和输送***。该***包括多个块体和框架,该框架在由水平延伸的多个排限定的地基上方具有竖直高度。框架包括:具有第一组排的上部部段,该第一组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体;具有第二组排的下部部段,该第二组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体;在上部部段和下部部段之间没有块体的中间部段;以及设置在多个排的相对端上的一对升降机竖井。吊运车可移动地联接到第一组排和第二组排中的一个组排或两个组排中的每一排,该吊运车可操作,以在该排中的块体下方行进,并且被配置为提升块体,以使所述块体沿着该排水平移动。升降机吊笼可移动地设置在一对升降机竖井的每一个升降机竖井中,并且可操作地联接到电动发电机。升降机吊笼的大小适于在沿着升降机竖井移动的同时从一排中提升块体并且支撑其中的块体,升降机吊笼进一步被配置为将块体下降到不同竖直海拔的一排上。一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼可操作,以将一个或更多个块体从第二组排的交替排移动到第一组排的相应交替排,从而储存与所述块体的势能量相对应的电能量。一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼可操作,以在重力作用下将一个或更多个块体从第一组排的交替排移动到第二组排的相应交替排,从而产生一定量的电力。升降机吊笼沿着相同的竖直距离在第二组排的每一排和相应第一组排的每一排之间移动所述块体。
根据本公开的另一方面,提供了一种用于储存能量和产生电力的方法。该方法包括在框架的多个排的相对端上操作一对升降机吊笼,以在框架的上部部段的第一组排和框架的下部部段的相应第二组排之间移动多个块体,框架的下部部段的相应第二组排设置在框架的中间部段的下方,该中间部段中没有块体。操作一对升降机吊笼包括利用这对升降机吊笼将一个或更多个块体从第二组排的交替排移动到第一组排的相应交替排,以储存与所述块体的势能量相对应的电能。操作一对升降机吊笼还包括在重力作用下利用一对升降机吊笼将一个或更多个块体从第一组排的交替排移动到第二组排的相应交替排,以经由与升降机吊笼电耦合的电动发电机产生一定量的电力。升降机吊笼使所述块体在第二组排的每一排和相应第一组排的每一排之间移动相等的竖直距离。
根据本公开的另一方面,提供了一种用于储存能量和产生电力的方法。该方法包括利用吊运车使一个或更多个块体沿着框架的上部部段中的第一组排的交替排朝向该排的相对端上的升降机吊笼水平移动。该方法还包括操作升降机吊笼,以在重力作用下使一个或更多个块体竖直移动经过框架的中间部段到达框架的第二组排的相应交替排,从而经由与升降机吊笼电耦合的电动发电机产生一定量的电力。升降机吊笼使所述块体在第一组排的交替排和相应交替的第二组排的每一排之间移动相等的竖直距离。
根据本公开的另一方面,提供了一种升降机吊笼组件,用于在能量储存和输送***中使用,以使块体在塔架的较低海拔和塔架的较高海拔之间移动来储存能量,并且在重力作用下在塔架的较高海拔和塔架的较低海拔之间移动块体来产生电力。升降机吊笼组件包括升降机吊笼、设置在升降机吊笼下方的基座、以及滑动机构,该滑动机构可致动以使升降机吊笼相对于基座侧向移动。升降机吊笼具有可相对于升降机吊笼的底部支撑件移动的一个或更多个支撑件,该一个或更多个支撑件可致动以使块体相对于底部支撑件提升或下降。
附图说明
图1是用于根据需要储存能量和产生电力的能量储存和输送***的示意性透视图。
图2是图1所示***的一部分的示意图。
图3是能量储存和输送***的局部示意图,其示出了与图1中的***类似的两个相邻模块的塔架的上部部分中的块体的布置。
图4是能量储存和输送***的四个模块的示意性俯视图,每个模块都与图1中的***类似,这些模块彼此相邻布置。
图5是图1中***的一部分的示意性透视图,其示出了可移动地联接到***的一个排的横梁上的吊运车,并且示出了支撑在所述排的横梁上的块体。
图6是图5中***的示意性俯视图,其示出了可移动地联接到***的一个排的横梁上的吊运车,并且示出了支撑在所述排的横梁上的块体。
图7是图5中***的示意性端视图,其示出了可移动地联接到***的一个排的横梁上的吊运车,并且示出了支撑在所述排的横梁上的块体。
图8-14是图1所示***的局部示意性透视图,其示出了用于使块体沿着塔架的一排移动并且将块体转移到升降机吊笼以使其在***的升降机竖井中竖直移动的步骤顺序。
图15-17是图1所示***的局部示意侧视图,其示出了用于将块体从升降机吊笼转移到塔架的一排上的步骤顺序。
图18-20是图1所示***的局部示意性仰视图,其示出了用于将块体转移到升降机吊笼以使其在***的升降机竖井中竖直移动的步骤顺序。
图21-23是图1所示***的局部示意透视图,其示出了用于将块体从升降机吊笼转移到塔架的一排上的步骤顺序。
图24是图1所示***中升降机吊笼的提升机构的一种实施方式的局部示意侧视图。
图25为图24中提升机构的操作的局部示意侧视图。
图26是图1所示***中升降机吊笼的提升机构的另一种实施方式的局部示意侧视图。
图27是图1所示***中升降机吊笼的提升机构的另一种实施方式的局部示意侧视图。
图28是提升驱动***的一部分的示意性侧视图。
图29是提升驱动***的一部分的示意性侧视图。
图30是塔架上的提升驱动***的示意性侧视图,该提升驱动***可操作为提升相邻升降机竖井中的块体。
图31是图1中***的示意性端视图,其示出了塔架中块体的布置以及块体从塔架的上部部分移动到塔架的下部部分以用于产生电力。
图32A-32D是图1中***的示意性端视图,其示出了块体从塔架的上部部分移动到塔架的下部部分以用于产生电力。
具体实施方式
下面结合附图以下公开的是一种能量储存和输送***,该能量储存和输送***可操作为将电力转换成势能,并且在需要电力时利用势能产生电力。能量储存和输送***可操作地耦合到电气网,用于稳定电气网并且为住宅、商业和/或工业消费者输送电力。
图1-2示出了示例性的能量储存和输送***1000(“***”),该***可操作为将电能或电力转换成用于储存的势能,并且将势能转换成例如用于输送至电气网的电能或电力。
***1000包括框架或塔架1100(在本公开中也称为模块),该框架或塔架具有在塔架1100的高度方向Z上延伸的一个或更多个列1120、在框架或塔架1100的宽度方向X上延伸的一个或更多个排或层1140、以及由一组排1140和一组列1120在框架或塔架1100的深度方向Y上限定的一个或更多个结构1110(例如,模块1000的分段)。每个结构1110(例如,模块1000的分段)可以依据来自***1000的能量需求而独立操作。框架1100具有上部部段1102、下部部段1104和中间部段1106。在一种实施方式中,如下文进一步描述的,压载重物或块体1300在上部部段1102和下部部段1104之间移动,从而允许中间部段1106用于其他目的。
在一种实施方式中,中间部段1106可以用于竖直耕作。例如,中间部段1106可以如温室一样运行,提供照明的水培耕作,其中这种照明可以由能量储存和输送***1000(例如,通过使块体1300下降)产生的电力供电。在另一种实施方式中,中间部段1106可以用于储存水。在另一种实施方式中,中间部段1106可以用作储存材料的仓库(例如,储存材料,无人看管)。在又一种实施方式中,中间部段1106可以用作数据中心(例如,储存计算机服务器),其中数据中心可以由能量储存和输送***1000(例如,通过使块体1300下降)产生的电力供电。因此,中间部段1106可以被有效使用,并且在***1000的运行期间不会保持是空的,从而为***1000提供附加价值。
上部部段1102和下部部段1104可以具有相同的大小(例如,相同数量的排1140和列1120)。在一些实施方式中,上部部段1102和下部部段1104中的排1140的数量均为偶数(例如,8、10、12排)。在其他实施方式中,上部部段1102和下部部段1104中的排1140的数量均为奇数(例如,9、11、13排)。
在一种实施方式中,上部部段1102和下部部段1104各自占有框架或塔架1100的高度或面积的1/4,中间部段1106占有框架或塔架1100的高度或面积的其余1/2。在另一种实施方式中,上部部段1102和下部部段1104各自占有框架或塔架1100的高度或面积的1/3,中间部段1106占有框架或塔架1100的高度或面积的其余1/3。
框架1100包括多个升降机竖井1130。例如,框架1100可以在排1140的一端具有升降机竖井1130A并且在排1140的相对端具有升降机竖井1130B(对于每个结构1110),经由这些升降机竖井,块体1300在框架1100的上部部段1102中的一个或更多个排1140和下部部段1104中的一个或更多个排之间移动,如下文进一步描述的。在一种实施方式中,框架或塔架1100的排1140的一端上的升降机竖井1130A的数量与排1140的相对端上的升降机竖井1130B的数量相等。在一种实施方式中,框架或塔架1100可以具有30层建筑的高度(例如,大致90米高)。然而,框架或塔架1100可以具有小于或大于30层建筑的高度(例如,120米高)。
继续参考图1,块体1300沿着排1140水平移动(经由每一排1140中的吊运车,如下文进一步描述的)到排1140的端部处的升降机竖井1130A、1130B,然后经由每个升降机竖井1130A、1130B中的升降机吊笼1400(如下文更加详细描述的)沿着升降机竖井1130A、1130B竖直移动。升降机吊笼1400移动(例如,在重力的作用下)到较低海拔以产生电力,并且通过塔架或框架1100的顶部处的电动发电机(图24中的1500,图28中的2500)抬升。配重CW有助于升降机吊笼1400的移动。升降机吊笼1400在相对的升降机竖井1130A、1130B中的移动是同步的,以使***1000的效率最大化。
升降机竖井1130A、1130B之间的排1140越长,排1140可以容纳的块体1300(例如质量)越多,并且***1000可以输送的能量(例如每小时的能量)越大。升降机竖井1130A、1130B的深度(在Y方向上)越大(例如,Y方向上的结构1110或模块1000的分段的数量越大),***1000可以产生的功率越多。在一种实施方式中,升降机吊笼1400在每个升降机竖井1130A、1130B中的运行可以提供大约500kW和大约1000kW(例如,大约800kW)之间的功率,使得一个结构1110或模块1000的一个分段中的两个升降机竖井1130A、1130B可以产生大约1.6MW。在Y方向上具有八个结构1110(例如,模块1000的分段)的***中,每个结构1110具有两个升降机竖井1130、1130B,该***可以产生大致12.8MW的功率。假设排1140的长度允许四个小时的能量,***的总输出大致为12.8MW×4小时或每小时51.2MW。
如图2中最佳示出的,框架1100可以由多个支柱1160(例如钢筋混凝土的支柱、混凝土预制柱)、横向构件1170(例如对角支撑构件,由金属制成)以及多个横梁(例如I形横梁)1180制成,多个支柱限定了一个或更多个列1120,横向构件使列1120互相连接以为框架1100提供稳定性(例如在框架1100的宽度方向X上),多个横梁限定了一个或更多个排1140并且支撑在横向横梁1190上,该横向横梁在列1120之间沿着框架1100的深度方向Y延伸。横梁1180和横向横梁1190可以由金属(例如钢)制成。列1120可以在框架1100的深度方向Y上彼此间隔距离1122,并且排1140可以在框架1100的高度方向Z上彼此间隔距离1142。距离1122、1142定尺寸为适于允许将一个或更多个块体1300装配在每一排中(一排接一排),使得块体1300支撑在横梁1180上,如下文进一步讨论的。在一种实施方式中,距离1122、1142是相同的,从而允许块体1300具有基本方形的端面(见图12),例如以简化块体1300的制造。在一种实施方式中,块体1300可以由当地土壤和/或有偿废料(例如,比如底灰等煤燃烧残余物、来自停用的风力涡轮机叶片的玻璃纤维、来自采矿过程的废尾矿)或其他回收材料制成。
图3示出了能量储存和输送***1000’的一部分的局部透视图,该能量储存和输送***具有彼此相邻布置的两个模块1000A、1000B。模块1000A、1000B各自类似于图1-2所示的能量储存和输送***1000的模块1000。因此,用于表示模块1000A、1000B的各种部件的附图标记与用于标识图1-2中的模块1000的相应部件的附图标记相同,除了在数字标识符的末尾添加了“A”或“B”。因此,图1-2中的模块1000的各种特征的结构和描述应理解为也适用于图3中的***1000’的模块1000A、1000B的相应特征,以下描述除外。
模块1000A、1000B的升降机竖井1130AA、1130AB可以彼此相邻,并且两个模块1000A、1000B(例如,在上部部段1102A、1102B中)的排1140A、1140B定向在大致相同的方向上(例如,对齐)。如图7所示,在***1000’的模块1000A、1000B的框架1100A、1100B的中间部段1106A、1106B中没有储存块体1300。如上所述,中间部段1106A、1106B可以用于其他目的。可选地,模块1000A的中间部段1106A用于与模块1000B的中间部段1106B不同的目的。
图4示出了能量储存和输送***1000”的俯视图或平面图,该能量储存和输送***包括彼此相邻布置的四个模块1000A、1000B、1000C、1000D。模块1000A、1000B、1000C、1000D各自类似于图1-2所示的模块1000。因此,用于表示模块1000A、1000B、1000C、1000D的各种部件的附图标记与用于标识图1-2中的模块1000的相应部件的附图标记相同,除了在数字标识符的末尾添加了“A”、“B”、“C”或“D”。因此,图1-2中的***或模块1000的各种特征的结构和描述应理解为也适用于图4中的***1000”的模块1000A、1000B、1000C、1000D的相应特征,以下描述除外。
与模块1000一样,模块1000A-1000D中的每个模块在***的排的相对端上都具有两组升降机竖井。例如,模块1000A在排1140A的相对端上具有升降机竖井1130AA和1130BA,模块1000B在排1140B的相对端上具有升降机竖井1130AB和1130BB,模块1000C在排1140C的相对端上具有升降机竖井1130AC和1130BC,并且模块1000D在排1140D的相对端上具有升降机竖井1130AD和1130BD。
如图4所示,模块1000A、1000B、1000C、1000D中的每个模块定向为使得其各组排1140A、1140B、1140C、1140D中的每一排正交于相邻模块1000A-1000D中的排(例如垂直)延伸。例如,模块1000A的排1140A正交于模块1000B的排1140B和模块1000D的排1140D延伸。模块1000A-1000D之间的这种正交布置增加了模块1000A-1000D中每个模块的稳定性,从而有利于在任何方向上为模块1000A-1000D提供自动支撑(例如,抵抗风力和/或地震力的支撑)。如上所述,横向构件1170(例如,对角支撑)使列1120互相连接,以沿着排1140的方向为模块1000提供稳定性(例如,在框架1100的宽度方向X上)。然而,在模块1000的横向方向上不存在横向构件。因此,使模块1000A-1000D彼此正交定向有利于允许一个框架1100中的横向构件1170在相邻模块1000A-1000D不具有任何横向构件1170的方向上为相邻模块1000A-1000D提供结构稳定性或支撑。模块1000A-1000D中的每个模块都可以彼此独立地操作。例如,在操作期间,可以操作模块1000A-1000D中的一个或更多个(例如,一个、两个、三个或四个)以储存和产生电力(例如,依据需求),或者只能操作模块1000A-1000D中的一些模块,同时对其余模块1000A-1000D进行维护。
尽管图4示出了四个模块1000A-1000D,但本领域的技术人员将认识到,***1000”可以具有任意数量的模块(例如,两个、三个、五个、六个、七个、八个、十个、十二个),这些模块可以可选地以上述方式进行布置。因此,能量储存和输送***是可扩展的,并且可以提供大约几千兆瓦时(GWh)的能量储存和输送。模块1000A-100D可以在清洁能源发电站(例如,太阳能电场、风能电场)附近运行,并且进行为储存清洁能源发电站的至少一部分能量(例如,用于在比如晚上等非工作时间输送至电气网)。
图5-7示出了用于使块体1300沿着排1140移动的***1000的特征,并且以上对***1000的特征的所有描述都适用于图5-7所示的特征。本领域的技术人员将认识到,图5-7中以及下面描述的相同特征可以在图3-4中的***1000’、1000”中实现,因此下面的描述也适用于图3-4中的***1000’、1000”。
参考图5,块体1300可以支撑在框架或塔架1100的一个排1140中的一对横梁1180上(例如,支撑在固定位置)。横梁1180可以具有I形横梁或C形截面,其在支撑块体1300的横梁1180的顶部(例如,顶部凸缘)和横梁1180的底部(例如,底部凸缘)之间限定了通道1182(在图7中最佳示出)。横梁1180朝向升降机竖井1130延伸,以允许将块体1300转移到升降机竖井1130中的升降机吊笼组件1400,并且可以操作升降机吊笼组件1400,以将块体1300移动到不同的竖直位置,如下文进一步描述的。图8-23示出了升降机吊笼组件1400的一种实施方式。电动发电机1500(见图24或图28中的2500)可以安装在升降机竖井1130的至少一部分中或安装在该升降机竖井的至少一部分上(例如,安装在升降机吊笼组件1400的最高位置上方的竖直位置处)。
当从一端观察时,块体1300可以具有大致矩形(例如正方形)的形状(见图7)。在一种实施方式中,块体1300可以具有一个或更多个(例如,一对)倒角或截角(truncatedcorner)1310,这些倒角或截角通常与支柱1160的锥形端部1162的形状相对应。横梁1180的钩形部分(例如,C形)1183(见图5)可以由在横梁1180下方延伸的支柱1160的锥形端部1162支撑,并且可以至少部分地外接在横梁1180上方延伸的支柱1160,以有助于使横梁1180与支柱1160联接,并且将横梁1180侧向固定到支柱1160上(沿着X方向)。如上所述,在一种实施方式中,排1140的宽度1122和高度1142通常相等,并且限定方形形状。在一种实施方式中,块体1300定尺寸为接近排1140的宽度1122和高度1142,同时允许块体1300穿过排1140的开口。
吊运车1200可以移动地联接到横梁1180上,并且可以选择性地定位于支撑在横梁1180上的块体1300的下方(见图7)。具有支撑在排1140的横梁1180上的一个或更多个块体1300的每个排1140可以具有一个或更多个吊运车1200,以使块体1300沿着排1140移动。吊运车1200可以包括在框架1230的相对侧上的轮子1210,其中轮子1210在支撑块体1300的(一对)横梁1180的通道1182内移动(例如,旋转)(例如,轮子1210在横梁1180的底部凸缘上滚动)。吊运车1200还包括一个或更多个可致动的支撑活塞1220(例如在框架1230的相对侧上),当吊运车1200位于块体1300下方时,该支撑活塞面向块体1300的底侧。支撑活塞1220可在缩回状态和伸出位置之间致动(例如经由电动机可液压地、气动地、电动地致动),在缩回状态,支撑活塞1220不接触块体1300,在伸出位置,支撑活塞1220远离框架1230竖直移位(例如向上),以接触并且提升块体1300至横梁1180上方(例如提升大致2cm或1英寸)(例如,使得块体1300的重量仅由支撑活塞1220支撑),从而允许吊运车1200水平移动块体1300(例如沿着X方向)。在一种实施方式中,如图5-6所示,吊运车1200可以具有两对支撑活塞1220和两对轮子组件1210,每个支撑活塞1220与一个轮子组件1210对齐。在另一种实施方式中,支撑件1220可以是平台,其宽度通常与框架1230的宽度相对应,其中平台可以在缩回位置和伸出位置之间移动,在缩回位置,平台不接合块体1300的底部,在伸出位置,平台接触块体1300并且将该块体抬离横梁1180。
一旦吊运车1200将块体1300提升到横梁1180上方(例如,使得块体1300不与横梁1180接触),吊运车1200可以使块体1300沿着排1140平移(例如,在X方向上水平平移),例如朝向升降机竖井1130,以将块体1300转移到升降机吊笼组件1400,如下文进一步描述的。
升降机吊笼组件1400可以包括吊笼1410,该吊笼可移动地联接到吊笼1400下方的基座1420上。吊笼1410可以包括底部支撑件1412、后壁1414和顶部支撑件1416。在一种实施方式中,吊笼1410还可以包括在底部支撑件1412和顶部支撑件1416之间延伸的侧壁。如图17中最佳示出的,顶部支撑件1416可以具有比底部支撑件1412更小的长度。顶部支撑件1416在缆绳或带状物1520的一端处联接到一个或更多个缆绳或带状物(例如,钢带)1520,缆绳或带状物1520的另一端联接到配重CW,如下文进一步讨论的。在一种实施方式中,吊笼1410可以具有C形横截面(当从侧面观察时,如图17所示)。
一个或更多个(例如多个、四个)支撑件1430可移动地联接到底部支撑件1412上。在一种实施方式中,一个或更多个支撑件1430同时移动。可选地,液压致动(例如,通过液压致动器来致动)一个或更多个支撑件1430,以在相对于底部支撑件1412的较低海拔和相对于底部支撑件1412的较高海拔之间移动。在另一种实施方式中,利用螺线管致动器(例如,电气致动)使一个或更多个支撑件1430在相对于底部支撑件1412的较低海拔和相对于底部支撑件1412的较高海拔之间移动。在又一种实施方式中,气动致动(例如,通过气动致动器来致动)一个或更多个支撑件1430,以在相对于底部支撑件1412的较低海拔和相对于底部支撑件1412的较高海拔之间移动。有利的,一个或更多个支撑件1430相对于底部支撑件1412具有行程距离(例如,在塌缩位置和伸出位置之间),其大于一个或更多个缆绳或带状物1520的伸长量或弹性量(例如,当致动一个或更多个支撑件1430以在块体1300上施加提升力时),这允许一个或更多个支撑件1430将块体1300抬离横梁1180,如下文进一步讨论的。因此,支撑件1430具有足够的行程来补偿缆绳或带状物1520的伸长或弹性,并且因此能够将块体1300抬离横梁1180。有利的是,致动(例如,液压地)支撑件1430来提升块体1300,而不是通过操作主电机1500(见图24,或图28中的2500)来提升块体1300,从而经由缆绳或带状物1520来提升吊笼1410,因此操作电机1500以仅在排或层1140之间移动吊笼1410。
如上所述,吊笼1410可移动地联接到吊笼1410下方的基座1420上。这种移动由滑动组件1440提供,该滑动组件使吊笼1410相对于基座1420水平移动或侧向移动,从而允许吊笼1410移入和移出排或层1140(例如,如图10-13所示)。例如如图19所示,滑动组件1440包括一个或更多个(例如,两个或多个)轨道1442,这些轨道介于基座1420和吊笼1410之间并且联接到该基座和该吊笼,这允许基座1420和吊笼1410相对移动。滑动组件1440还包括线性致动器1444,该线性致动器使吊笼1410相对于基座1420侧向移动。在一种实施方式中,线性致动器1444是液压致动的活塞-气缸组件。在另一种实施方式中,线性致动器1444是气动致动的活塞-气缸组件。在又一种实施方式中,线性致动器1444是电气致动组件(例如,活塞-气缸组件,其中活塞经由螺线管致动器移动)。在再一种实施方式中,线性致动器1444是齿条和小齿轮组件,其中旋转(例如,经由电动致动器)小齿轮以使齿条线性移动。
在一种实施方式中,其中,一个或更多个支撑件1430和滑动组件1440的线性致动器1444被液压致动,液压***可以快速运行,以实现一个或更多个支撑件1430和线性致动器1444的快速移动。在一种实施方式中,液压***可以包括蓄能器,其中操作(例如单独操作)泵,以对蓄能器中的流体(例如不可压缩液体,比如油)加压,比如从130bar到250bar。然后,可以致动阀,以允许流体流过液压***,以致动一个或更多个支撑件1430(例如,延伸支撑件1430以抬升块体1300)或线性致动器1444(例如,使升降机吊笼1410相对于基座1420侧向移动)。
如图8所示,***1000在升降机竖井1130中具有引导轨道GR,升降机吊笼组件1400和配重CW沿着该引导轨道行进(例如,基座1420可移动地联接到引导轨道GR中的一个,配重CW可移动地联接到引导轨道GR中的另一个)。例如在每排或每层1140处,引导轨道GB联接到横向杆CB上(见图8),该横向杆为引导轨道GB提供侧向支撑,并且当吊笼1410相对于基座1420水平移动时,该横向杆又为该吊笼提供侧向支撑(例如,如图10-13所示)。
如图13中最佳示出的,当使块体1300沿着升降机竖井1130移动(例如,在排或层1140之间)时,缆绳或带状物1520有利地与块体1300和升降机吊笼组件1400的重心对齐。缆绳或带状物1520也与邻近升降机吊笼组件1400的引导轨道GR对齐或以邻近升降机吊笼组件1400的引导轨道GR为中心。这有助于块体1300沿着升降机竖井1130移动,而不会在引导轨道GR上施加不适当的力(例如,弯曲力)。同样,当吊笼1410是空的(例如,没有承载块体1300)时,缆绳或带状物1520有利地与升降机吊笼组件1400的重心以及邻近升降机吊笼组件1400的引导轨道GR对齐,以在升降机吊笼组件1400沿着升降机竖井1130移动期间抑制(例如,防止)吊笼1410倾斜或在引导轨道GR上施加不适当的力(例如,弯曲力)。类似地,缆绳或带状物1520与配重CW的重心对齐,并且与邻近配重CW的引导轨道GR对齐或以其为中心,以有助于配重CW的移动,而不会在引导轨道GR上施加不适当的力或在配重CW上施加力矩。
图8-23示出了升降机吊笼组件1400从一排或一层1140上拾取块体1300并且将该块体输送到不同排或不同层1140的操作顺序。图8-14示出了升降机吊笼组件1400从一排或一层1140上拾取块体1300并且将该块体沿着升降机竖井1130上升到更高的排或层1140的操作顺序的透视图。本领域的技术人员将会认识到,用于使块体沿着升降机竖井1130下降并且将该块体输送到较低的排或层1140的顺序将与图8-14所示的顺序相反。图15-17示出了升降机吊笼组件1400将块体1300输送到一排或一层1140的横梁1180上的操作顺序的侧视图。本领域的技术人员将会认识到,从一排或一层1140的横梁1180上拾取块体1300的顺序将与图15-17所示的顺序相反。图18-20示出了升降机吊笼组件1400从一排或一层1140的横梁1180上拾取块体1300的操作顺序的俯视图。本领域的技术人员将会认识到,将块体1300输送到一排或一层1140的横梁1180上的顺序将与图18-20所示的顺序相反。图21-23示出了升降机吊笼组件1400将块体1300输送到一排或一层1140的横梁1180上的操作顺序的仰视透视图。本领域的技术人员将会认识到,从一排或一层1140的横梁1180上拾取块体1300的顺序将与图21-23所示的顺序相反。
图8-9示出了吊运车1200将块体1300运送到一排或一层1140的横梁1180的端部部分(例如悬臂端部部分)1180a,以便通过升降机吊笼组件1400拾取块体1300。一旦越过横梁1180的端部部分1180a,吊运车1200将块体1300下降到端部部分1180a上,并且该吊运车远离块体1300移动(例如,以便从一排或一层1140上拾取另一块体1300),并且块体1300由横梁1180的端部部分1180a支撑,如图10所示,也如图18所示。有利的是,在升降机吊笼组件1400到达该排或该层1140之前,可以将块体1300输送到横梁1180的端部部分1180a。
继续参考图10,升降机吊笼组件1400大致到达该排或该层1140的水平。有利的是,升降机吊笼组件1400不需要与该排或该层1140的横梁1180精确对齐或齐平,以便能够从该排或该层1140的横梁1180上拾取块体1300,或将块体1300输送到该排或该层1140的横梁1180上。此外,有利的是,升降机吊笼组件1400不需要接合(例如,锁定到)该排或该层1140的横梁1180来从其上拾取块体1300或将块体1300输送到其上,从而简化了在***1000中利用升降机吊笼组件1400移动块体1300的结构和过程。
图11-14示出了利用升降机吊笼组件1400从一排或一层1140的横梁1180上拾取块体1300并且将块体1300移动到不同竖直位置(例如,不同排或不同层1140)的顺序。与图10相比,图11示出了升降机吊笼1410相对于基座1420侧向移动(例如,经由滑动组件1440,比如经由线性致动器1444的致动),使得升降机吊笼1410的底部支撑件1412位于块体1300下方。块体1300下方的底部支撑件1412的这种运动也在图18-20和图21-23中示出。升降机吊笼1410(例如,底部支撑件1412)具有的宽度小于横梁1180之间的间距D(见图20),从而允许升降机吊笼1410相对于横梁1180的端部部分1180a移动(不受阻碍),以使底部支撑件1412位于块体1300下方。引导轨道GR支撑(例如,侧向支撑)升降机吊笼组件1400的基座1420,同时升降机吊笼1410朝向块体1300侧向移动。
参考图12,致动(例如,延伸,比如经由液压致动)一个或更多个支撑件1430,以将块体1300抬离横梁1180(例如,抬离横梁1180的端部部分1180a)。与图12相比,图13示出了升降机吊笼1410在基座1420上向后移动,使得块体1300位于升降机竖井1130中并且在该排或该层1140之外。然后,操作升降机吊笼组件1400(例如,经由使缆绳或带状物1520移动的电机1500(见图24或图28中的2500)),以将块体1300竖直移动到不同排或不同层1140,如图14所示。
图15-17示出了利用升降机吊笼组件1400将块体1300输送到一排或一层1140上并且将块体1300下降到该排或该层1140的横梁1180上的顺序。一旦升降机吊笼组件1400将块体1300沿着升降机竖井1130移动到期望的排或层1140,升降机吊笼1410相对于基座1420侧向移动(例如,经由滑动组件1440,比如经由线性致动器1444的致动,以相对于基座1420延伸升降机吊笼1410),使得升降机吊笼1410的底部支撑件1412以及支撑在其上的块体1300在横梁1180上移动(例如,在横梁1180的端部部分1180a上移动),如图15所示。致动(例如,缩回、降低,比如经由液压致动)一个或更多个支撑件1430,以将块体1300下降到横梁1180上(例如,下降到横梁1180的端部部分1180a上),并且升降机吊笼1410开始移动回到基座1420上方的位置(例如,经由滑动组件1440,比如经由线性致动器1444的致动,以相对于基座1420使升降机吊笼1410撤回),如图16所示。将升降机吊笼1410移动到基座1420上方的原始位置(如图17所示),在这之后可以操作升降机吊笼组件1400,以移动到不同排或不同层1140(例如,以拾取块体1300)。
有利的是,升降机吊笼1410拾取、提升和放下块体1300的移动可以很快。在一种实施方式中,当升降机吊笼1410是空的(例如,没有承载块体1300)时,该升降机吊笼可以在大致1到1.5秒内从基座1420上方的原始位置(例如,图10所示)移动到块体1300下方的位置(见图11),或从块体1300下方的位置移动到基座1420上方的原始位置。在一种实施方式中,一个或更多个支撑件1430可以在大致3秒内将块体1300从横梁1180上提起,或将块体1300下降到横梁1180上。在一种实施方式中,当升降机吊笼1410承载块体1300时,该升降机吊笼可以在大致2秒内从基座1420上方的原始位置移动到横梁1180上方的位置(见图15),或从横梁1180上方的位置移动到基座1420上方的原始位置。有利的是,由于升降机吊笼1410在横梁1180上方的位置(见图12)和升降机竖井1130中的位置(见图13)之间移动悬挂的重物,因此升降机吊笼1410相对于基座1420的移动可以以最小的摩擦或损失进行。此外,有利的是,***1000不需要吊运车1200和升降机吊笼组件1400对块体1300的移动进行协调。如上所述,可以操作吊运车1200,以将块体1300移动到横梁1180的端部部分1180a上,并且稍后升降机吊笼组件1400可以到达以拾取块体1300。
图24-25示出了用于移动升降机吊笼组件1400的提升驱动***D的示意图。在一种实施方式中,每个升降机吊笼组件1400由单独的提升驱动***D驱动。在另一种实施方式中,提升驱动***D可以在单独的(例如,相邻的)升降机竖井1130中操作两个升降机吊笼组件1400(例如,与下文进一步讨论的图28-30所示的提升驱动***2000类似)。提升驱动***D可以设置在***的塔架1100的顶部上,比如在升降机竖井1130上方。提升驱动***D可以包括驱动(例如使轴1510旋转)的电动发电机1500。缆绳或带状物(例如,钢带)1520从附接到升降机吊笼组件1400上的一端、围绕轴1510,延伸到与配重CW附接的缆绳或带状物1520的另一端。如图24-25所示,缆绳或带状物1520可以至少部分地围绕竖直设置在升降机吊笼组件1400上方的滚轮R1延伸,并且至少部分地围绕竖直设置在配重CW上方的滚轮R2延伸。
在提升驱动***D的一种实施方式中,电动发电机1500可以使轴1510沿着逆时针方向(如图24所示)旋转,以使升降机吊笼组件1400下降(沿着升降机竖井1130,比如下降到期望的排或层1140)并且使配重CW上升,或者使轴1510沿着顺时针方向(如图24所示)旋转,以使升降机吊笼组件1400上升(沿着升降机竖井1130,比如上升到期望的排或层1140)并且使配重CW下降。当升降机吊笼组件1400和配重CW沿着升降机竖井1130移动时,滚轮R1、R2将缆绳或带状物1520保持在竖直取向上。这有利于抑制(例如,防止)缆绳或带状物1520在升降机吊笼组件1400和配重CW上施加倾斜的力或力矩,该倾斜的力或力矩可能导致升降机吊笼组件和配重在沿着升降机竖井1130运动期间摆动或在引导轨道GR上施加力,从而在使升降机吊笼组件1400和配重CW上升和下降期间提高效率并且减少能量损失(例如,由于摩擦)。
参考图25,在一种实施方式中,竖直地位于升降机吊笼组件1400上方的滚轮R1处于固定位置。当升降机吊笼1410相对于基座1420侧向移动(如上文结合图8-23所讨论的),比如以从一排或一层1140上拾取块体1300或将块体1300输送到一排或一层1140上时,缆绳或带状物1520从竖直取向移动到相对于竖直取向成角度的取向(成角度α)(例如,因为缆绳或带状物1520与升降机吊笼1410联接)。缆绳或带状物1520的这种角位移可能导致由升降机吊笼组件1400施加在引导轨道GR上的倾斜的力或力矩。在一种实施方式中,当升降机吊笼组件1400处于塔架1100的较低海拔(例如,图31中的排L1-L8)时,这种角度以及施加在引导轨道GR上的力可以相对较低,而这种角度(α)以及施加在引导轨道GR上的力可以随着升降机吊笼组件1400的上升(例如,上升到图31中的排U1-U8)而增加,最大的角度(α)和力位于塔架1100的顶排处。
图26示出了与图24中的提升驱动***D类似的提升驱动***D’。因此,用于表示提升驱动***D’的各种部件的附图标记与用于标识图24的提升驱动***D的相应部件的附图标记相同,并且图24中的提升驱动***D的各种特征的结构和描述应理解为也适用于图26中的提升驱动***D’的相应特征,以下描述除外。
图26中的提升驱动***D’与图24中的提升驱动***D的不同之处在于,竖直设置在升降机吊笼组件1400上方的滚轮R1具有可变位置,当升降机吊笼1400相对于基座1420侧向移动时(如上文结合图8-23所述),该可变位置可以允许缆绳或带状物1520保持基本竖直,比如以从一排或一层1140上拾取块体1300或将块体1300输送到一排或一层1140上。有利的是,这抑制(例如,防止)了缆绳或带状物1520在升降机吊笼组件1400上施加倾斜的力或力矩,该倾斜的力或力矩可能导致其在引导轨道GR上施加力,从而在升降机吊笼组件1400拾取或输送块体1300的操作期间在引导轨道GR上产生较低的载荷或应力。
在一种实施方式中,滚轮R1能够可移动地联接到滑动机构,其中致动器(例如,线性致动器,比如液压致动器)可以使滚轮R1移动(如图26所示水平移动),例如,在升降机吊笼1410相对于基座1420移动的同时,在升降机吊笼1410相对于升降机吊笼组件1400的基座1420移动时,使缆绳或带状物1520在升降机吊笼1410和滚轮R1之间保持基本竖直。可选地,控制升降机吊笼1410相对于基座1420移动的同一控制器也控制滚轮R1的移动。在一种实施方式中,致动滚轮R1,以使该滚轮随着升降机吊笼1410相对于升降机吊笼组件1400的基座1420的移动而侧向移动(例如,同时),而无论升降机吊笼组件1400在这种移动过程中处于哪一排或哪一层1140。在另一种实施方式中,对于塔架1100的一些(但不是所有的)排或层1140,控制器可以致动滚轮R1以随着升降机吊笼1410相对于升降机吊笼组件1400的基座1420的移动而侧向移动(例如,同时)。例如,当处于塔架1100的较低层(例如,图31中的排L1-L8)中时,控制器可以在升降机吊笼1410相对于基座1420移动期间将滚轮R1维持在固定位置,而当处于塔架1100的较高层(例如,图31中的排U1-U3、排U1-U5、排U1-U8)中时(例如,其中,如图25所示,缆绳或带状物1520与竖直方位之间的角度α以及施加在引导轨道GR上的力可能更大),控制器可以使滚轮R1随着升降机吊笼1410相对于基座1420的移动而侧向移动(同时)。
如图1所示,塔架1100可以在深度或Y方向上具有多个模块,每个模块具有多个排或层1140,升降机竖井1130位于排或层1140的两端处,并且升降机吊笼组件1400可以在每个升降机竖井1130中行进。参考图27,电动发电机1500’可以设置在另一个升降机竖井1130上方(例如,进入图27的页面中),并且以与电动发电机1500相同的方式操作,以使其相关联的升降机吊笼组件1400沿其升降机竖井1130移动,从而拾取块体1300、使该块体上升或下降并且将该块体输送到与其升降机竖井1130相关联的排或层1140(例如,在该页面的深度方向或图1中塔架1100的Y方向上的不同模块中)。电动发电机1500、1500’及其相关联的轴1510、1510’可以侧向偏移(如图27所示),例如,以便允许将提升驱动***D装配在升降机竖井1130上方(例如,不彼此干扰)。通过电动发电机1500’移动并且附接到其对应升降机吊笼组件1400和配重CV上的缆绳或带状物1520可以至少部分地围绕其相关联的滚轮R1、R2延伸,其可以与和电动发电机1500相关联的滚轮R1、R2对齐(在图27的深度方向或图1的Y方向上)。在一种实施方式中,滚轮R1、R2可以在深度方向(例如,图1中的Y方向)上偏移,使得缆绳或带状物1520在深度方向上在滚轮R1、R2及其对应的升降机吊笼组件1400和配重CW之间对齐,升降机吊笼组件1400对齐(例如,在深度方向上),并且配重CW对齐(在深度方向上)。
图28示出了在图1中的***1000的塔架1100中使用的提升驱动***2000的一部分。***2000包括电动机2100(例如,类似于电动发电机1500),其输出轴2110附接到离合器2200。轴2300联接到离合器2200的相对端上,使得离合器2200位于电机2100和轴2300之间。轴2300具有第一部分2310和第二部分2320。制动组件2400至少部分地设置在轴2300的第一部分2310和第二部分2320之间。制动组件2400包括围绕轴2300安装在第一部分2310和第二部分2320之间的制动盘2410,以及制动垫机构2420,该制动垫机构设置在制动盘2410的两侧上并且可操作为选择性地接合盘2410,从而摩擦接合盘2410,以抑制(例如,防止)制动盘2410的旋转,并且因此抑制轴2300的旋转,并且选择性地与制动盘2410分离,从而准许制动盘2410旋转,并且因此使轴2300不受阻碍。轴2300的端部2330可以联接到电动机2500(例如电动发电机)上,下文将进一步描述。在一种实施方式中,电动机2500可以是50kW的电机,并且可以是异步电机。在一种实施方式中,电动机2100可以是800kW到1000kW的电机,并且可以是同步电机。
图29示出了提升驱动***2000的实施方式,并且图30示出了图29所示的提升驱动***2000位于两个相邻升降机竖井1130A、1130B上方的塔架或框架1100的顶部(例如,在塔架1100的Y方向或深度方向上,如图1所示)。如上文结合图27所讨论的,用于其他两个相邻升降机竖井的提升驱动***2000(例如,邻近升降机竖井1130A的左侧或邻近升降机竖井1130B的右侧)可以相对于图30所示的提升驱动***2000侧向偏移(例如,进入或离开图30的页面)。
参考图29,电动机2100具有两个输出轴(未示出),其与电机2100的相对侧上的两个离合器2200A、2200B联接,这两个离合器与具有第一轴部分2310A、2310B和第二轴部分2320A、2320B的轴2300A、2300B联接,制动组件2400A、2400B介于第一轴部分2310A、2310B和第二轴部分2320A、2320B之间。轴2300A、2300B具有端部部分2330A、2330B。尽管未示出,与电动机2500(例如,电动发电机)类似的电动机可以与每个端部部分2330A、2330B可操作地联接。
参考图30,缆绳或带状物(例如,钢带)1520A可以至少部分地围绕第一部分2310A和第二部分2320A延伸,并且可操作地联接到在框架或塔架1100的升降机竖井1130A内行进的升降机吊笼组件1400A(例如,类似于上述升降机吊笼组件1400)上。缆绳或带状物(例如,钢带)1520B可以至少部分地围绕第一部分2310B和第二部分2320B延伸,并且可操作地联接到在框架或塔架1100的升降机竖井1130B内行进的升降机吊笼组件1400B(例如,类似于上述升降机吊笼组件1400)上。尽管未示出,缆绳或带状物1520A、1520B的延伸到第一轴部分2310A、2310B和第二轴部分2320A、2320B上的部分连接到配重,其连接方式与其在图1和8-23中与配重CW的连接方式类似。尽管图30示出了设置在塔架1100的顶部上的提升驱动***2000,但是在另一种实施方式中,提升驱动***可以设置在塔架1100的底部,并且缆绳或钢带从塔架向上延伸并且越过滑轮,以将缆绳或钢带重新定向到升降机吊笼组件和/或配重上。
参考图29-30,在运行中,电动机2100可以连接到电气网,并且持续依靠电网动力运行。电机2100的轴2110仅沿着一个方向旋转。图30示出了处于塔架1100的较低海拔处的升降机吊笼组件1400B和处于塔架1100的较高海拔处的升降机吊笼组件1400A。通过使离合器2200B与电机2100分离并且接合制动器2400B以将升降机吊笼组件1400B维持在竖直位置,使得升降机吊笼组件1400B维持在较低海拔处(例如,以拾取块体1300,从而移动到较高海拔处)。一旦升降机吊笼组件1400B准备好被提升,离合器2200B逐渐接合,制动器2400B逐渐分离,直到离合器2200B完全接合(例如,打开),从而允许电机2100的轴2110旋转,以使轴2300B旋转,以提升升降机吊笼组件1400B(例如,通过将缆绳或带状物1520B拉起并且越过第一部分2310B和第二部分2320B)。当升降机吊笼组件1400B上升时,可操作地联接到缆绳或带状物1520B的另一侧上的配重(未示出)下降。一旦升降机吊笼组件1400B到达塔架1100的期望的较高海拔处,离合器2200B分离并且制动器2400B接合,从而允许升降机吊笼组件1400B将块体1300下降到一排或一层1140的横梁1180上(如上所述)。一旦升降机吊笼组件1400B是空的(并且升降机吊笼1410处于基座1420上方的原始位置)并且准备好下降,可以以下述用于使升降机吊笼组件1400A下降的相同方式使该升降机吊笼组件下降。
继续参考图30,当升降机吊笼组件1400B准备好上升时,升降机吊笼组件1400A处于准备好下降的较高海拔处。在这个较高的位置处,离合器2200A已经分离并且制动器2400A接合,以允许升降机吊笼组件1400A将块体1300下降到一排或一层1140的横梁1180上(如上所述)。一旦升降机吊笼组件1400A是空的(并且升降机吊笼1410处于基座1420上方的原始位置),制动器2400A分离并且离合器2200A保持分离,并且附接到轴2300A的端部2330A上的电机2100使轴2300A沿着相反方向旋转,以将升降机吊笼组件1400A快速下降到较低海拔处,从而拾取另一块体1300。电机2100可以可选地与变频驱动器一起工作,以在下降时准确定位升降机吊笼组件1400A。一旦升降机吊笼组件1400A拾取了块体1300并且准备好上升,可以以上述用于使升降机吊笼组件1400B上升的相同方式使该升降机吊笼组件上升。
以上述方式,离合器2200A、2200B中的一个总是接合的,离合器2200B、2200A中的另一个总是分离的,并且升降机吊笼组件1400A、1400B中的一个正在上升,而升降机吊笼组件1400B、1400A中的另一个正在下降。因此,通过释放一个离合器(例如,一旦块体1300已经上升并且其升降机吊笼组件准备好下降)并且接合另一个离合器(例如,一旦块体1300已经被装载到升降机吊笼组件上并且准备好上升)来实现动力持续性。有利的是,电机2100持续依靠电气网运行,并且不使用齿轮箱或电力电子件,从而使提升***2000的复杂性降低并且成本降低。此外,虽然电机2100依靠电气网持续运行,但是当该电机不提升载荷时,电力成本相对较小。
为了将块体1300从塔架1100的较高海拔处下降到较低海拔处以产生电力和输送电力(例如,基于正在下降的块体1300的力或动能),对上述用于使升降机吊笼组件1400A下降的过程进行了修改。断开异步电机2500的电路,释放制动器2400A,并且允许电机2500沿着相反方向自旋,并且可以将产生的电力传输到电气网。一旦升降机吊笼组件1400A到达较低海拔处,制动器2400A被接合。然后,如上所述,可以将块体1300转移到排或层1140,并且使升降机吊笼组件1400A上升以拾取另一块体1300。当升降机吊笼组件1400B处于较高海拔、承载块体1300并且准备好下降时,可以使用相同的方法来利用该升降机吊笼组件产生电力。
图31是能量储存和输送***或模块1000的示意性端视图,其示出了框架或塔架1100中的块体1300的布置以及块体1300在框架或塔架1100的上部部段1102的排1140和下部部段1104的排1140之间的移动,以储存能量或产生电力。本领域的技术人员将认识到,下面描述的过程可以在图3中的能量储存***1000’和图4中的能量储存***1000”中实现,因此下面的描述也适用于图3-4中的***1000’、1000”。将压载重物或块体1300从上部部段1102中的排或层1140移动到下部部段1104中的相应的排或层1140来产生电力(例如,经由图24中的电动发电机1500或图28中的2500),例如用于输送到电气网或供中间部段1106使用(例如,为数据中心供电或为竖直耕作的照明供电)。将压载重物或块体1300从下部部段1104中的排或层1140移动到上部部段1102中的相应的排或层1140,以将电能储存为块体1300的势能。
压载重物或块体1300可以设置在塔架或框架1100的上部部段1102的排1140中(例如,设置在排U1至U8中)。上部部段1102的每一排1140中的块体1300可以通过每一排U1-U8中的吊运车1200水平(在X方向上)移动到升降机竖井1130A、1130B,以通过其相关联的升降机吊笼组件1400竖直(在Z方向上)下降到下部部段1104中的相应排1140(例如,排L1至L8)。输送到排L1至L8的块体1300通过排L1-L8的每一排中的吊运车1200水平移动。升降机吊笼组件1400可以使块体1300经由排1140的端部处的升降机竖井1130A、1130B下降,例如经由上文结合图8-23描述的移动顺序。升降机吊笼组件1400以及排1140的端部处的固定的升降机竖井1130A、1130B提供了块体1300在上部部段1102和下部部段1104之间的高效、快速和有导向的移动。在能量储存和输送***1000的操作期间,升降机吊笼组件1400在右升降机竖井1130A中的运动与升降机吊笼组件1400在左升降机竖井1130B中的运动交错,如下所述。尽管图31中的***1000示出了上部部段1102中的八排U1-U8和下部部段1104中的八排L1-L8,它们支撑块体1300,但是本领域的技术人员将认识到,排1140的数量可以变化,并且无论上部部段1102和下部部段1104中的排1140的总数是多少,本文描述的用于将块体1300从上部部段1102中的排1140移动到下部部段1104中的相应排1140的相同过程以及块体1300的分布方式都是适用的。
参考图31,从上部部段1102的排1140中移除的每个块体1300有利地被下部部段1104中的另一块体1300替换,使得框架或塔架1100的平均地基载荷和/或地面(例如地基)上的平均载荷分布保持基本恒定(例如恒定)。在一种实施方式中,从上部部段1102的排1140中移除的每个块体有利地被位于相同列1120位置的下部部段1104的排1140中的另一块体1300替换,使得所述列1120中的载荷保持不变。例如,在上部部段1102具有八排U1-U8(该八排填充有块体1300)并且下部部段1104具有八排L1-L8(块体1300可以从上部部段1102移动到该八排)的情况下,在任一列1120中都存在八个块体1300。在***1000的操作期间,每个列1120维持相同数量的块体1300(例如,八个块体),从而有利地使框架或塔架1100维持在平衡载荷下(例如,每个列1120维持基本相同的载荷)。因此,在***1000的操作期间,框架或塔架1100的地基(或地面)上的载荷不会发生变化,因此,有利的是,通过块体1300在上部部段1102的排或层1140与下部部段1104的排或层1140之间的移动,地基不会受到应力(例如,周期性地)或经历差异沉降。
继续参考图31,可以将上部部段1102的排U1中的块体1300下降到下部部段1104的排L1中,以产生电力。类似地,可以将排U2中的块体1300下降到排L2,可以将排U3中的块体1300下降到排L3,可以将排U4中的块体1300下降到排L4,可以将排U5中的块体1300下降到排L5,可以将排U6中的块体1300下降到排L6,可以将排U7中的块体1300下降到排L7,可以将排U8中的块体1300下降到排L8。上部部段1102的任一排1140中的块体行进相同的竖直距离到达下部部段1104中的相应排1140,使得每个块体1300经历相同的竖直跳跃。如图31所示,排1140的子集(例如,排U1、U3、U5和U7)中的块体1300经由一个升降机竖井1130A下降,而排1140的其余部分(例如,排U2、U4、U6和U8)经由另一个升降机竖井1130B下降。如上所述,中间部段1106保持没有块体的状态,并且可以用于其他目的。
可以经由升降机竖井1130A、1130B使块体1300在上部部段1102和下部部段1104之间同时移动。例如,可以经由升降机竖井1130A将块体1300从排U1下降到排L1,并且将其转移到吊运车1200(例如,以与上述图8-14相反的顺序),该吊运车可以使块体1300从取出块体1300的排U1上的位置朝向排L1的相对端水平移动。基本上同时,可以经由升降机竖井1130B将块体1300从排U2下降到排L2,并且将其转移到吊运车1200(例如,以与上述图8-14相反的顺序),该吊运车可以使块体1300从取出块体1300的排U2上的位置朝向排L2的相对端水平移动。如上所述,这有利地允许框架或塔架1100的平均地基载荷和/或地面(例如,地基)上的载荷平均分布保持基本恒定。
有利的是,升降机吊笼组件1400在框架或塔架1100的上部部段1102中的排U1-U8和下部部段1104中的排L1-L8之间快速移动(例如,因为用于使块体1300移动的动力的成本随着升降机吊笼组件1400移动块体1300的速度而下降)。因为升降机吊笼组件1400比吊运车1200移动得快得多,所以在一种实施方式中,升降机吊笼组件1400不会返回到上部部段1102中的同一排1140,直到该升降机吊笼组件将块体1300从上部部段1102中服务于相关联的升降机竖井1130A、1130B的其余排1140移动到其在下部部段1104中的相应排1140。
图32A-32D示出了经由升降机竖井1130A、1130B(例如,利用升降机吊笼组件1400)将块体1300从上部部段1102移动到下部部段1104以产生电力的过程。如图32B所示,经由升降机竖井1130A将块体A1从排U1的一端移动到排L1,并且将其移动到排L1的相对端。类似地,经由升降机竖井1130B将块体B1从排U2的一端移动到排L2,并且将其移动到排L2的相对端。一旦如上所述将块体A1输送到了排L1,升降机竖井1130A中的升降机吊笼返回到上部部段1102中的下一排U3,并且经由升降机竖井1130A将块体C1移动到其在下部部段1104中的相应排L3,并且将块体C1移动到排L3的相对端。类似地,一旦如上所述将块体B1输送到了排L2,升降机竖井1130B中的升降机吊笼返回到上部部段1102中的下一排U4,并且经由升降机竖井1130B将块体D1移动到其在下部部段1104中的相应排L4,并且将块体D1移动到排L4的相对端。对于上部部段1102中的其余排(例如,对于图31中的排U5至U8),该过程可以以这种方式继续。继续参考图32B,一旦将块体1300从上部部段1102中的每一排(例如,U1-U4)下降到了其在下部部段1104中的相应排(例如,L1-L4),对应升降机竖井1130A、1130B中的升降机吊笼1400再次执行上述相同步骤,以将上部部段1102中的排(U1-U4)中的下一块体(例如,A2-D2)移动到其在下部部段1104中的相应排(L1-L4),如图32C所示。类似地,一旦将第二块体1300从上部部段1102中的每一排(例如,U1-U4)下降到了其在下部部段1104中的相应排(例如,L1-L4),对应升降机竖井1130A、1130B中的升降机吊笼1400再次执行上述相同步骤,以将上部部段1102中的排(U1-U4)中的下一块体(例如,A3-D3)移动到其在下部部段1104中的相应排(L1-L4),如图32D所示,以此类推。因为升降机吊笼组件1400沿着升降机竖井1130A、1130B竖直行进的速度比吊运车1200沿着排1140(例如,U1-U4和/或L1-L4)水平行进的速度快得多,所以上述顺序有利地给予吊运车1200足够的时间以使其沿着排1140行进,以便在升降机吊笼组件1400行进到同一排时拾取另一块体1300并且将其移动到升降机竖井1130A、1130B附近,从而允许***1000高效运行。上述过程有利地允许框架或塔架1100的地基上的载荷(例如,平均载荷)和/或地面(例如,地基)上的载荷分布(例如,平均载荷)保持基本恒定。
可选地,块体1300的重量可以在大致20吨到50吨之间,比如大致30吨(例如30公吨)。然而,在其他示例中,块体1300的重量可以是其他合适的量。
块体1300可以包括压载质量(例如承重填充材料),例如封装在壳体中。在一个示例中,压载质量的材料不同于壳体的材料。例如,如下所述,压载质量或承重填充材料可以是土壤、煤、飞灰、碎屑、拆除材料、砾石、建筑垃圾和/或与低级或廉价混凝土混合和/或压制的回收材料。这有利地减少了制造块体1300的成本,并且提供了用于分配材料(例如,拆除材料、建筑垃圾、碎屑等)的机构,否则这些材料将被送到填埋场。在另一示例中,压载质量和壳体采用相同的材料(例如,限定没有任何边界或接缝的整体或单一块)。有利的是,块体1300可以利用***1000、1000’、1000”位置附近可用的材料制造。可选地,可以加强(例如,用钢)块体1300,比如利用一个或更多个具有钢网或钢筋(例如,结构钢)的加强层。
可选地,块体1300可以至少部分地由混凝土制成(例如,块体1300的壳体可以由混凝土制成)。有利的是,因为混凝土具有比水更高的密度,所以与相应体积的水相比,块体1300的体积可以储存更多的势能。在一个示例中,块体1300的至少一部分可以由低等级的混凝土(例如,其具有的抗压强度低于10MPa,比如3-8MPa)制成。
能量储存和输送***1000、1000’、1000”可操作为通过将块体1300从较低海拔提升(例如,竖直提升)到较高海拔将电能或电力转换成储存的势能,并且经由重力将一个或更多个块体1300从较高海拔移动(例如,竖直移动、竖直下降)到较低海拔,从而将势能转换成电能或电力。电动发电机1500(见图24,或图28中的2500)可以操作升降机吊笼组件1400,以从较低海拔提升(例如,竖直提升)一个或更多个块体1300,并且将块体1300放置在较高海拔处。较高海拔处的每个块体1300可以储存一定量的势能,该势能与块体1300的质量和在较低海拔和较高海拔之间的高度差相对应(例如,成正比)(例如,势能=质量x重力x基准面(比如地面)上方的高度)。块体1300越重,并且块体上升得越高,可以储存的势能就越多。
为了将储存的势能转换成电力,升降机吊笼组件1400可以将一个或更多个块体1300从较高海拔移动到较低海拔(例如,至少部分在重力作用下竖直下降),以经由一根或更多根缆绳或钢带驱动图24中的电动发电机1500(或图28中的2500)来产生电力,可以将该电力输送到与电动发电机1500(或图28中的2500)电气连接的电力网。每次使块体1300下降时,就会产生电力形式的动力。
有利的是,例如,能量储存和输送***1000、1000’、1000”可以在太阳能动力可用时的白天时段期间将太阳能动力产生的电力作为势能储存在上升的块体1300中,并且可以在太阳能能源不可用时的夜间时段期间通过使一个或更多个块体1300下降而将块体1300中的势能转换成电力,并且将转换后的电力输送到电力网。
本文描述的是能量储存和输送***(例如,能量储存和输送***1000、1000’、1000”),该***可操作,以将电能或电力转换成用于储存的势能,并且将势能转换成例如用于输送至电气网的电能或电力。有利的是,能量储存***几乎不需要维护,并且可以运行数十年(例如,30-50年),而能量储存容量基本上不会减少。
在一些实施方式中,本文所述的能量储存***可以储存大致10兆瓦时(MWh)或更多的能量(例如,在10MWh和100MWh之间,比如15MWh、20MWh、30MWh、50MWh、80MWh、90MWh),并且向电气网输送大致10MWh或更多的能量(例如,在10MWh和100MWh之间,比如15MWh、20MWh、30MWh、50MWh、80MWh、90MWh)。本文所述的能量储存***可以每小时输送一定量能量(例如,1MW到6MW或更高)。然而,在其他实施方式中,本文所述的能量储存和输送***可以具有其他合适的能量储存和输送容量(例如,1MWh、3MWh、5MWh等)。在一种实施方式中,可选地,能量储存和输送***可以为大致1000个家庭或更多家庭供电一天。
有利的是,本文所述的能量储存和输送***可以连接到可再生能源(例如绿色能源)发电***,例如,比如太阳能动力能源***、风能能源动力***(例如风力涡轮机)等。有利的是,在可再生能源发电***运行期间(例如,太阳能能源***在白天时段期间运行,风能动力***在有风条件下运行),能量储存和输送***捕获可再生能源发电***产生的电力。当可再生能源发电***不可操作时(例如,在夜间、在无风条件下),能量储存和输送***可以稍后将储存的电力输送到电气网。因此,能量储存和输送***像可再生能源发电***的电池一样工作,并且可以从可再生能源发电***向电气网输送非工作时间的电力。
在上述实施方式中,能量储存和输送***1000、1000’、1000”提升块体1300,以将电能储存为势能,并且使块体1300下降,以产生电力。在一种实施方式中,可以利用电气网的多余电力来运行升降机吊笼组件1400。对于用于提升块体1300的每单位能量,由能量储存***1000、1000’、1000”回收的能量的量可以可选地为80-90%。
附加实施例
在本发明的实施例中,能量储存***、能量储存***的操作方法以及能量储存***中使用的升降机吊笼组件可以符合以下条项中的任一条项:
条项1:一种能量储存和输送***,包括:
一个或更多个模块,每个模块包括
多个块体,以及
框架,其在由水平延伸的多个排限定的地基上方具有竖直高度,所述框架包括
具有第一组排的上部部段,所述第一组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
具有第二组排的下部部段,所述第二组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
在所述上部部段和所述下部部段之间的中间部段,所述中间部段中没有块体,一对升降机竖井,其设置在所述多个排的相对端上,以及
升降机吊笼组件,其可移动地设置在所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中,并且可操作地联接到电动发电机上,所述升降机吊笼组件的大小适于在其中接收和支撑一个或更多个块体,
其中,所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼组件可操作,以将一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的相应交替排,从而储存与所述块体的势能量相对应的电能量,并且其中,所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼组件可操作,以在重力作用下将一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的相应交替排,从而产生一定量的电力,所述升降机吊笼组件沿着相同的竖直距离在所述第二组排的每一排和所述相应第一组排的每一排之间移动所述块体。
条项2:根据条项1所述的***,其中,所述中间部段被配置为容纳一个或更多个竖直耕作单元。
条项3:根据任一前述条项所述的***,其中,所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼组件可操作,以使所述块体在所述第一组排和所述第二组排之间移动,使得所述模块的地基上的平均载荷分布保持基本恒定。
条项4:根据任一前述条项所述的***,其中,所述框架包括由一个或更多个支柱限定的多个列,所述支柱支撑其上的横梁,每对横梁限定第一组排和第二组排中的一排,所述排与所述列正交延伸,所述横梁被配置为支撑在其顶面上的块体,每个横梁在所述顶面下方具有纵向通道。
条项5:根据条项4所述的***,进一步包括多个横向构件,所述横向构件在所述列之间延伸,并且沿着所述排的长度在所述列之间提供对角支撑。
条项6:根据条项4所述的***,其中,所述第一组排和所述第二组排中的一个组排或两个组排中的每一排包括可移动地联接在限定所述排的一对横梁之间的吊运车,所述吊运车被配置为在限定所述排的一对横梁的通道之间延伸,并且在限定所述排的一对横梁上设置的块体下方行进,所述吊运车可操作,以将块体提升到所述一对横梁上方,并且使所述块体沿着所述排水平移动。
条项7:根据条项6所述的***,其中,所述吊运车包括在所述一对横梁的通道内延伸的轮子组件、在所述一对横梁之间延伸的框架、以及支撑活塞,所述支撑活塞可操作,以将所述块体提升到所述一对横梁上方,用于使所述块体沿着所述排水平移动,并且所述支撑活塞可操作,以将所述块体下降到所述一对横梁上,以固定所述块体在所述排上的位置。
条项8:根据条项6所述的***,其中,所述升降机吊笼组件包括可移动地联接到基座上的升降机吊笼,所述升降机吊笼被配置为相对于所述基座侧向移动,以有助于将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在块体下方,从而拾取所述块体。
条项9:根据条项8所述的***,其中,通过致动可移动地联接到所述升降机吊笼的底部支撑件上的一个或更多个支撑构件,所述升降机吊笼能够从一排中拾取所述块体,以将所述块体抬离所述排的一对横梁。
条项10:根据条项8所述的***,其中,所述升降机吊笼组件包括介于所述基座和所述升降机吊笼之间的滑动机构,所述滑动机构包括线性致动器,所述线性致动器可致动,以使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座侧向移动。
条项11:根据任一前述条项所述的***,其中,所述一个或更多个模块是平面视图中呈方形布置的四个模块,因此每个模块的排与相邻模块的排正交延伸,从而为所述四个模块提供抵抗风力和地震力的自动支撑。
条项12:根据任一前述条项所述的***,其中,所述一个或更多个模块是呈直线布置的两个模块,因此每个模块的排基本对齐。
条项13:一种能量储存和输送***,包括:
多个块体,以及
框架,其在由水平延伸的多个排限定的地基上方具有竖直高度,所述框架包括
具有第一组排的上部部段,所述第一组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
具有第二组排的下部部段,所述第二组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
在所述上部部段和所述下部部段之间的中间部段,所述中间部段中没有块体,一对升降机竖井,其设置在所述多个排的相对端上;
吊运车,其可移动地联接到所述第一组排和所述第二组排中的一个组排或两个组排中的每一排,所述吊运车可操作,以在所述排中的块体下方行进,并且被配置为提升块体,以使所述块体沿着所述排水平移动;以及
升降机吊笼组件,其可移动地设置在所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中,并且可操作地联接到电动发电机上,所述升降机吊笼组件的大小适于在沿着所述升降机竖井移动的同时保持和支撑其中的块体,所述升降机吊笼组件包括经由滑动机构可移动地联接到基座上的升降机吊笼,所述滑动机构包括线性致动器,所述线性致动器可选择性地致动,以使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座侧向移位,
其中,所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼组件可操作,以将一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的相应交替排,从而储存与所述块体的势能量相对应的电能量,并且其中,所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼组件可操作,以在重力作用下将一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的相应交替排,从而产生一定量的电力,所述升降机吊笼组件沿着相同的竖直距离在所述第二组排的每一排和所述相应第一组排的每一排之间移动所述块体。
条项14:根据条项13所述的***,其中,所述中间部段被配置为容纳一个或更多个竖直耕作单元。
条项15:根据条项13-14所述的***,其中,所述一对升降机竖井的每一个升降机竖井中的升降机吊笼可操作,以使所述块体在所述第一组排和所述第二组排之间移动,使得所述模块的地基上的平均载荷分布保持基本恒定。
条项16:根据条项13-15中任一项所述的***,其中,所述第一组排和所述第二组排中的一个组排或两个组排中的每一排由一对横梁限定,所述吊运车可移动地联接在所述一对横梁之间。
条项17:经由任一前述条项所述的能量储存和输送***来储存能量和产生电力的一种方法,包括:
在框架的多个排的相对端上操作一对升降机吊笼组件,以在所述框架的上部部段的第一组排和所述框架的下部部段的相应第二组排之间移动多个块体,所述框架的下部部段的相应第二组排设置在所述框架的中间部段的下方,所述中间部段中没有块体。
其中,操作所述一对升降机吊笼组件中的每一个升降机吊笼组件,包括将所述升降机吊笼组件定位在一排处或一排附近,
使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在所述排上的块体下方,
致动联接到所述底部支撑件上的一个或更多个可移动支撑件,以将所述块体抬离所述排,
使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在与所述第一方向相反的第二方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼定位在所述基座上方,以及
沿着与所述升降机吊笼组件相关联的升降机竖井竖直移动所述升降机吊笼组件,所述升降机吊笼组件使所述块体在所述第二组排的每一排和所述相应第一组排的每一排之间移动相等的竖直距离。
条项18:根据条项17所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的相应交替排,或将所述一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的相应交替排,包括:定位所述块体,使得所述框架的地基上的平均载荷分布保持基本恒定。
条项19:根据条项17-18中任一项所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的相应交替排,包括:在返回到所述第二组排的第一交替排之前,将块体从所述第二组排的每个交替排按顺序移动到所述第一组排的相应交替排。
条项20:根据条项17-19中任一项所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的相应交替排,包括:在返回到所述第一组排的第一交替排之前,将块体从所述第一组排的每个交替排按顺序移动到所述第二组排的相应交替排。
条项21:根据条项17-20中任一项所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的相应交替排,包括:将块体从所述第二组排的每个交替排同时移动到所述第一组排的相应交替排。
条项22:根据条项17-21中任一项所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的相应交替排,包括:将块体从所述第一组排的每个交替排同时移动到所述第二组排的相应交替排。
条项23:根据条项17-22中任一项所述的方法,其中,将所述多个块体中的一个或更多个从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的相应交替排,包括:利用吊运车使所述一个或更多个块体沿着所述第二组排的一个或更多个排水平移动,所述吊运车在所述块体下方行进,并且选择性地将所述块体提升到所述排的横梁上方,以将所述一个或更多个块体输送到所述排的端部部分。
条项24:根据条项23所述的方法,其中,使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在所述排上的块体下方,包括:致动介于所述基座和所述升降机吊笼组件的升降机吊笼之间的滑动机构的线性致动器,以使所述升降机吊笼相对于所述基座侧向移动。
条项25:利用任一前述权利要求所述的能量储存和输送***来储存能量和产生电力的一种方法,包括:
利用吊运车使一个或更多个块体沿着框架的上部部段中的第一组排的一排朝向所述排的端部部分水平移动;以及
操作升降机吊笼组件,以在重力作用下使所述一个或更多个块体竖直移动到所述框架的第二组排的一排,从而经由与所述升降机吊笼电耦合的电动发电机产生一定量的电力。
其中,操作所述升降机吊笼组件,包括
将所述升降机吊笼组件定位在所述排处或所述排附近,
使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在所述排的端部部分处的块体下方,
致动联接到所述底部支撑件上的一个或更多个可移动支撑件,以将所述块体抬离所述排,
使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在与所述第一方向相反的第二方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼定位在所述基座上方,以及使所述升降机吊笼组件沿着其相关联的升降机竖井竖直移动。
条项26:根据条项25所述的方法,其中,操作所述升降机吊笼组件,进一步包括
将所述块体竖直移动到期望的排,
通常将所述升降机吊笼组件与所述排对齐,
使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述块体定位在所述排的端部部分上方,
致动联接到所述底部支撑件上的一个或更多个可移动支撑件,以将所述块体下降到所述排的端部部分上,
使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在与所述第一方向相反的第二方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼定位在所述基座上方,以及使所述升降机吊笼组件沿着其相关联的升降机竖井竖直移动。
条项27:一种升降机吊笼组件,用于在任一前述权利要求所述的能量储存和输送***中使用,以使块体在塔架的较低海拔和塔架的较高海拔之间移动来储存能量,并且在重力作用下在所述塔架的较高海拔和所述塔架的较低海拔之间移动来产生电力,所述升降机吊笼组件包括:
升降机吊笼,其包括可联接到一根或更多根缆绳或带状物上的顶部支撑件、附接到所述顶部支撑件上的后部支撑件以及附接到所述后部支撑件上的底部支撑件,所述升降机吊笼具有C形侧面轮廓;
设置在所述升降机吊笼下方的基座;以及
滑动机构,其介于所述升降机吊笼和所述基座之间,并且可致动以使所述升降机吊笼相对于所述基座侧向移位。
条项28:根据条项27所述的升降机吊笼,其中,所述滑动机构包括线性致动器,所述线性致动器可致动,以使所述升降机吊笼相对于所述基座侧向移位。
条项29:根据条项27-28中任一项所述的升降机吊笼,其中,所述底部支撑件包括一个或更多个支撑构件,所述支撑构件可致动,以相对于所述底部支撑件延伸到不同高度,所述一个或更多个支撑构件被配置为支撑其上的块体。
虽然已经对本发明的某些实施例进行了描述,但这些实施例仅通过示例的方式呈现,并且不旨在限制本公开的范围。实际上,本文描述的新颖的方法和***可以以各种其他形式来体现。此外,在不脱离本公开的精神的情况下,可以对本文描述的***和方法进行各种省略、替代和更改。所附权利要求及其等效物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的这些形式或修改。因此,本发明的范围仅通过参考所附权利要求来限定。
结合特定方面、实施例或示例描述的特征、材料、特性或组合应理解为适用于本节或本说明书其他地方描述的任何其它方面、实施例或示例,除非与其不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合来组合,但是这类特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。保护不限于任何前述实施例的细节。该保护延伸到本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖特征或任何新颖组合,或者延伸到所公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。
此外,在单独实施方式的上下文中,本公开中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反,在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独实现或者在任何合适的子组合中实现。此外,尽管可以在上文将特征描述为在某些组合中起作用,但是在一些情况下,可以将来自所要求保护的组合的一个或更多个特征从该组合中删除,并且可以要求将该组合保护为子组合或子组合的变型。
此外,尽管可以以特定顺序在说明书中描述操作或在附图中描绘操作,但此类操作无需以所示特定顺序或按顺序执行,也无需执行所有操作,以实现所需结果。没有进行描绘或描述的其他操作可以并入到示例方法和过程中。例如,可以在所述任何操作之前、之后、同时或之间执行一个或更多个附加操作。此外,在其他实施方式中,操作可以被重新排列或重新排序。本领域的技术人员将会理解,在一些实施例中,示出的和/或公开的过程中所采取的实际步骤可能与图中所示的步骤不同。依据实施例,可以删除上述的某些步骤,可以添加其他步骤。此外,以上公开的具体实施例的特征和属性可以以不同的方式组合,以形成附加实施例,所有这些都落入本公开的范围内。此外,上述实施方式中的各种***部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离,并且应当理解,所描述的部件和***通常可以一起集成在单个产品中或打包到多个产品中。
为了本公开的目的,本文描述了某些方面、优点和新颖特征。根据任何特定实施例,不一定可以实现所有这些优点。因此,例如,本领域的技术人员将认识到,本公开可以以实现如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来实践或进行,而不一定需要实现本文可以教导或建议的其它优点。
条件性语言,比如“可以”、“能够”、“可能”、“也许”,除非另有特别说明,或者在所使用的上下文中以其他方式进行理解,否则通常旨在传达某些实施例包括某些特征、元素和/或步骤,而其它实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此,这种条件性语言通常不旨在暗示一个或更多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤,或者暗示一个或更多个实施例必然包括用于在有或没有使用者输入或提示的情况下决定是否在任何特定实施例中包括或执行这些特征、元素和/或步骤。
除非另有特别说明,否则连接性语言,比如短语“X、Y和Z中的至少一个”,通常应与所使用的上下文一起理解,以传达某一条目、术语等,可以是X、Y或Z。因此,这种连接性语言通常不旨在暗示某些实施例需要存在X中的至少一个、Y中的至少一个和Z中的至少一个。
本文使用的程度语言,比如本文使用的术语“大致”、“大约”、“通常”和“基本上”表示接近所述值、量或特性的值、量或特性,其仍执行所需功能或实现所需结果。例如,术语“大致”、“大约”、“通常”和“基本上”可以指小于所述量的10%、小于所述量的5%、小于所述量的1%、小于所述量的0.1%和小于所述量的0.01%。作为另一示例,在某些实施例中,术语“大致平行”和“基本平行”是指与完全平行偏离小于或等于15度、10度、5度、3度、1度或0.1度的值、量或特性。
本公开内容的范围不旨在受本节或本说明书其他地方的优选实施例的具体公开内容的限制,并且可以由本节或本说明书其他地方提出的权利要求或未来提出的权利要求来限定。权利要求的语言应基于权利要求中使用的语言进行广义解释,并且不限于在本说明书中或在本申请的审查期间描述的示例,这些示例应解释为非排它性的。
Claims (29)
1.一种能量储存和输送***,包括:
一个或更多个模块,每个模块包括:
多个块体,以及
框架,该框架具有高于地基的竖直高度并且由水平延伸的多个排限定,所述框架包括:
具有第一组排的上部部段,所述第一组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
具有第二组排的下部部段,所述第二组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
在所述上部部段和所述下部部段之间的中间部段,所述中间部段没有块体,
一对升降机竖井,其设置在所述多个排的相对端上,以及
升降机吊笼组件,其可移动地设置在所述对升降机竖井的每一个中,并且操作性地联接到电动发电机上,所述升降机吊笼组件定尺寸为适于在其中接收和支撑一个或更多个块体,
其中,所述对升降机竖井的每一个中的升降机吊笼组件可操作为将一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的对应交替排,以储存与所述块体的势能量相对应的电能的量,并且其中,所述对升降机竖井的每一个中的升降机吊笼组件可操作为在重力作用下将一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的对应交替排,以产生一定量的电力,所述升降机吊笼组件沿着相同的竖直距离在所述第二组排的每一排和相对应的第一组排的每一排之间移动所述块体。
2.根据权利要求1所述的***,其中,所述中间部段被配置为容纳一个或更多个竖直耕作单元。
3.根据权利要求1所述的***,其中,所述对升降机竖井的每一个中的升降机吊笼组件可操作为使所述块体在所述第一组排和所述第二组排之间移动,使得所述模块的地基上的平均载荷分布保持基本恒定。
4.根据权利要求1所述的***,其中,所述框架包括由一个或更多个支柱限定的多个列,所述一个或更多个支柱支撑其上的横梁,每对横梁限定正交于所述列延伸的在第一组排和第二组排中的一排,所述横梁被配置为支撑在其顶表面上的块体,每个横梁在所述顶表面下方具有纵向通道。
5.根据权利要求4所述的***,进一步包括多个横向构件,所述多个横向构件在所述列之间延伸,并且沿着所述排的长度在所述列之间提供对角支撑。
6.根据权利要求4所述的***,其中,所述第一组排和所述第二组排中的一个或两个中的每一排包括可移动地联接在限定所述排的所述对横梁之间的吊运车,所述吊运车被配置为在限定所述排的所述对横梁的通道之间延伸,并且在限定所述排的所述对横梁上设置的块体下方行进,所述吊运车可操作为将块体提升到所述对横梁上方,并且使所述块体沿着所述排水平移动。
7.根据权利要求6所述的***,其中,所述吊运车包括在所述对横梁的通道内延伸的轮子组件、在所述对横梁之间延伸的框架、以及支撑活塞,所述支撑活塞可操作为将所述块体提升到所述对横梁上方,用于使所述块体沿着所述排水平移动,并且所述支撑活塞可操作为将所述块体下降到所述对横梁上,以固定所述块体在所述排上的位置。
8.根据权利要求6所述的***,其中,所述升降机吊笼组件包括可移动地联接到基座的升降机吊笼,所述升降机吊笼被配置为相对于所述基座侧向移动,以助于将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在块体下方,从而拾取所述块体。
9.根据权利要求8所述的***,其中,所述升降机吊笼通过致动可移动地联接到所述升降机吊笼的底部支撑件的一个或更多个支撑构件从一排中拾取所述块体,以将所述块体抬离所述一排的一对横梁。
10.根据权利要求8所述的***,其中,所述升降机吊笼组件包括介于所述基座和所述升降机吊笼之间的滑动机构,所述滑动机构包括线性致动器,所述线性致动器可致动为使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座侧向移动。
11.根据权利要求1所述的***,其中,所述一个或更多个模块是在平面视图中呈方形布置的四个模块,使得每个模块的排正交于相邻模块的排延伸,从而为所述四个模块提供抵抗风力和地震力的自动支撑。
12.根据权利要求1所述的***,其中,所述一个或更多个模块是呈直线布置的两个模块,使得每个模块的排基本对齐。
13.一种能量储存和输送***,包括:
多个块体;
框架,该框架具有高于地基的竖直高度并且由水平延伸的多个排限定,所述框架包括:
具有第一组排的上部部段,所述第一组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
具有第二组排的下部部段,所述第二组排的每一排被配置为在其上接收和支撑多个块体,
在所述上部部段和所述下部部段之间的中间部段,所述中间部段没有块体,以及
一对升降机竖井,其设置在所述多个排的相对端上;
吊运车,其可移动地联接到所述第一组排和所述第二组排中的一个或两个中的每一排,所述吊运车可操作为在所述排中的块体下方行进,并且被配置为提升块体,以使所述块体沿着所述排水平移动;以及
升降机吊笼组件,其可移动地设置在所述对升降机竖井的每一个中,并且操作性地联接到电动发电机上,所述升降机吊笼组件定尺寸为在沿着所述升降机竖井移动的同时保持和支撑在其中的块体,所述升降机吊笼组件包括经由滑动机构可移动地联接到基座的升降机吊笼,所述滑动机构包括线性致动器,所述线性致动器可选择性地致动为使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座侧向移位,
其中,所述对升降机竖井的每一个中的升降机吊笼组件可操作为将一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的对应交替排,以储存与所述块体的势能量相对应的电能的量,并且其中,所述对升降机竖井的每一个中的升降机吊笼组件可操作为在重力作用下将一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的对应交替排,以产生一定量的电力,所述升降机吊笼组件沿着相同的竖直距离在所述第二组排的每一排和相对应的第一组排的每一排之间移动所述块体。
14.根据权利要求13所述的***,其中,所述中间部段被配置为容纳一个或更多个竖直耕作单元。
15.根据权利要求13所述的***,其中,所述对升降机竖井的每一个中的升降机吊笼可操作为使所述块体在所述第一组排和所述第二组排之间移动,使得所述框架的地基上的平均载荷分布保持基本恒定。
16.根据权利要求13所述的***,其中,所述第一组排和所述第二组排中的一个或两个中的每一排由一对横梁限定,所述吊运车可移动地联接在所述一对横梁之间。
17.一种用于储存和产生电力的方法,包括:
操作在框架的多个排的相对端上的一对升降机吊笼,以在所述框架的上部部段的第一组排和所述框架的下部部段的对应的第二组排之间移动多个块体,所述框架的下部部段的对应的第二组排设置在所述框架的中间部段下方,所述中间部段没有块体,
其中,操作所述对升降机吊笼组件中的每一个包括:
将所述升降机吊笼组件定位在一排处或一排附近,
使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在所述排上的块体下方,
致动联接到所述底部支撑件上的一个或更多个可移动支撑件,以将所述块体抬离所述排,
使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在与所述第一方向相反的第二方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼定位在所述基座上方,以及
沿着与所述升降机吊笼组件相关联的升降机竖井竖直移动所述升降机吊笼组件,所述升降机吊笼组件使所述块体在所述第二组排的每一排和相对应的第一组排的每一排之间移动相等的竖直距离。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的对应的交替排或将所述一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的对应的交替排,包括:定位所述块体,以使得所述框架的地基上的平均载荷分布保持基本恒定。
19.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的对应的交替排,包括:在返回到所述第二组排的第一交替排之前,将块体从所述第二组排的每个交替排顺序地移动到所述第一组排的对应的交替排。
20.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的对应的交替排,包括:在返回到所述第一组排的第一交替排之前,将块体从所述第一组排的每个交替排顺序地移动到所述第二组排的对应的交替排。
21.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的对应的交替排,包括:将块体从所述第二组排的每个交替排同时移动到所述第一组排的对应的交替排。
22.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述一个或更多个块体从所述第一组排的交替排移动到所述第二组排的对应的交替排,包括:将块体从所述第一组排的每个交替排同时移动到所述第二组排的对应的交替排。
23.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述多个块体中的一个或更多个块体从所述第二组排的交替排移动到所述第一组排的对应的交替排,包括:利用吊运车使所述一个或更多个块体沿着所述第二组排的一个或更多个排水平移动,所述吊运车在所述块体下方行进,并且选择性地将所述块体提升到所述排的横梁上方,以将所述一个或更多个块体输送到所述排的端部部分。
24.根据权利要求23所述的方法,其中,使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在所述排上的块体下方,包括:致动介于所述升降机吊笼组件的基座和升降机吊笼之间的滑动机构的线性致动器,以使所述升降机吊笼相对于所述基座侧向移动。
25.一种用于储存和产生电力的方法,包括:
利用吊运车使一个或更多个块体沿着框架的上部部段中的第一组排的一排朝向所述排的端部部分水平移动;以及
操作升降机吊笼组件,以在重力作用下使所述一个或更多个块体竖直移动到所述框架的第二组排的一排,以经由与所述升降机吊笼电耦接的电动发电机产生一定量的电力,
其中,操作所述升降机吊笼组件,包括:
将所述升降机吊笼组件定位在所述排处或所述排附近,
使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼的底部支撑件定位在所述排的端部部分处的块体下方,
致动联接到所述底部支撑件上的一个或更多个可移动支撑件,以将所述块体抬离所述排,
使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在与所述第一方向相反的第二方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼定位在所述基座上方,以及
使所述升降机吊笼组件沿着其相关联的升降机竖井竖直移动。
26.根据权利要求25所述的方法,其中,操作所述升降机吊笼组件进一步包括:将所述块体竖直移动到期望的排,通常将所述升降机吊笼组件与所述排对齐,使升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在第一方向上侧向移动以将所述块体定位在所述排的端部部分上方,致动联接到所述底部支撑件上的一个或更多个可移动支撑件,以将所述块体下降到所述排的端部部分上,使所述升降机吊笼相对于所述升降机吊笼组件的基座在与所述第一方向相反的第二方向上侧向移动,以将所述升降机吊笼定位在所述基座上方,以及使所述升降机吊笼组件沿着其相关联的升降机竖井竖直移动。
27.一种升降机吊笼组件,其用于在能量储存和输送***中使用,以使块体在塔架的较低海拔和塔架的较高海拔之间移动来储存能量,并且在重力作用下使块体在所述塔架的较高海拔和所述塔架的较低海拔之间移动来产生电力,所述升降机吊笼组件包括:
升降机吊笼,其包括能够联接到一个或更多个缆绳或带状物上的顶部支撑件、附接到所述顶部支撑件上的后部支撑件以及附接到所述后部支撑件上的底部支撑件,所述升降机吊笼具有C形侧面轮廓;
设置在所述升降机吊笼下方的基座;以及
滑动机构,其介于所述升降机吊笼和所述基座之间,并且可致动以使所述升降机吊笼相对于所述基座侧向移位。
28.根据权利要求27所述的升降机吊笼,其中,所述滑动机构包括线性致动器,所述线性致动器可致动为使所述升降机吊笼相对于所述基座侧向移位。
29.根据权利要求27所述的升降机吊笼,其中,所述底部支撑件包括一个或更多个支撑构件,所述一个或更多个支撑构件可致动为相对于所述底部支撑件延伸到不同高度,所述一个或更多个支撑构件被配置为支撑其上的块体。
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