一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统

本发明涉及储能，具体涉及一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统。

背景技术：

1、随着可再生能源发电的持续稳定发展，可再生能源已成为我国新增装机和新增发电量的主体。但是由于风能、太阳能等可再生能源具有随机性、间歇性和波动性等特点，将可再生能源发电并入电网会影响电力系统的安全和稳定运行。通过利用储能技术可以有效提高可再生能源的安全性、灵活性以及利用率。现有储能技术有飞轮储能、抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能、熔盐储能等。其中飞轮储能充放电效率较高，但储电量小、难以实现大容量储能；抽水蓄能电站对水资源及环境要求较高，无法用于我国西北、华北等水资源缺乏地区；以锂离子电池为代表的电化学储能投资大、且存在容量衰减问题；压缩空气和熔盐储能用于电力存储，由于存在热功转换，导致充放电效率较低。本发明所提出的一种环形真空管道磁悬浮高速储能系统结合了飞轮储能的充放电效率高、抽水蓄能电站大容量储能、对地理环境要求低、初期投资成本低的优点，达到高效、低成本的大规模储能。

技术实现思路

1、为了克服现有储能技术的不足，本发明目的在于提供一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，本发明系统充放电效率高，可以实现电能的超大容量储存，对提高可再生能源利用率，提高电网调峰能力具有重要意义。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，包括直线电机1、环形高速列车2、环形真空管道3、磁悬浮装置4、真空泵5、双向变流器6、车载磁悬浮感应装置8和车载导向线圈9；

4、所述直线电机1驱动环形高速列车2在环形真空管道3中运行，直线电机1驱动环形高速列车2加速实现电能存储，直线电机1使环形高速高列车2减速实现电能输出；磁悬浮装置4安置于环形真空管道3上，用于环形高速列车2悬浮与导向；真空泵5连接环形真空管道3，对环形真空管道3抽真空实现高真空度降低空气阻力；双向变流器6与电网相连，设置在环形真空管道3旁；车载磁悬浮感应装置8和车载导向线圈9安装于环形高速列车2上，车载磁悬浮感应装置8与环形真空管道3上的磁悬浮装置4相互作用提供悬浮力，车载导向线圈9用于导向驱动；

5、电网电量盈余时，电流接入双向变流器6整流后接入直线电机1，直线电机1内的驱动模块启动驱动环形高速列车2运行；电网电量短缺时，直线电机1的发电模块启动，环形高速列车2驱动直线电机1发电并减速、将列车的动能转化为电能输出，电流流向双向变流器6整流通入电网；实现了机械能与电能的转换，并通过双向变流器6实现与电网交互。

6、磁悬浮装置4安置于环形真空管道3底部和侧部，车载磁悬浮感应装置8安装于环形高速列车2底部，车载导向线圈9安装于环形高速列车2侧部，安装于环形高速列车2底部的车载磁悬浮感应装置8与安装于环形真空管道3底部的磁悬浮装置4相互作用提供悬浮力，安装于环形高速列车2侧部的车载导向线圈9与安装于环形真空管道3侧部的磁悬浮装置4相互作用保持环形高速列车2水平方向的稳定。

7、直线电机1采用电动机、发电机一体化模块设计，系统设置多个直线电机1，均匀、对称地布置在环形真空管道3的外侧，设置多个直线电机，能够保证环形高速列车2有足够的推力保持运行并使得充放电响应及时。

8、环形高速列车2是多节车厢首尾连接组成的封闭环形储能运动体，各节车厢之间通过螺栓7连接进行固定。

9、真空管道3上设置一个或多个厂房10，用于环形高速列车2的安装、布置双向变流器6及系统维修。

10、采用环形高速列车2在设计尺寸为100m～100km、管道横截面为圆形、内径1～200m、运行压力低或中高真空的环形真空管道3内高速运行，环形高速列车2长度、外径与环形真空管道3相同，横截面为圆形，设计最高时速800m/s。

11、所述环形真空管道3使用水泥、钢、铜材料中的一种或多种并添加少量稀土材料(占所有材料质量百分比为0.1％-0.5％)制成。

12、本发明系统使用常见材料(如铜、钢、水泥)等作为能量载体在真空高速磁悬浮环形管道进行动电转换储能，通过在环形真空管道中架设磁悬浮装置4铺设磁悬浮轨道，在外界电量盈余时，使用直线电机1电动模块电力驱动实现储能物体电能向动能的转换，外界需要电量时，使用直线电机2发电模块利用能量载体实现动能向电能的转换，通过环形真空管道3中环形高速列车2的动能变化实现储能。

13、和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

14、1)通过环形高速列车2动能的变化来实现储能，通过直线电机1实现电能与机械能之间的高效转换。采用类似技术路线的飞轮储能的充放电效率可达90％以上，因此本发明技术方案的充放电效率也可达到90％以上；

15、2)环形高速列车2采用磁悬浮技术，设置于列车底部的车载磁悬浮感应装置8为高速列车2提供支撑，并为环形高速列车2提供离心力、防止环形高速列车2跑偏，消除了机械摩擦阻力；环形高速列车2运行在环形真空管道3内，管道内处于高真空，减少了空气摩擦阻力；保证了环形高速列车3可达到很高的速度，且摩擦阻力低，提高了储能容量、降低了损失；

16、3)环形真空管道3具有较大的长度，可保证环形高速列车2具有很大的转弯半径，高速运行时离心力较小，从而实现很高的运行速度，保证了储能容量。所述系统储电量可达5000mwh，充放电功率500mw；

17、4)本发明环形真空管道3使用水泥、钢、铜等常见的材料，以及少量稀土材料，大规模工业化以后成本较低，实现了高效、高经济性大规模储能；

18、5)本发明系统工作运行过程简单，充放电效率高，易于实现自动化运行、无人值守，后续运营、维护成本低；

19、6)本发明对地理环境要求低，在沙漠、戈壁地区可露天布置以减少建设成本，在其他地区可布置在地下或架空布置以节约土地资源，适用范围广。

技术特征：

1.一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，包括直线电机(1)、环形高速列车(2)、环形真空管道(3)、磁悬浮装置(4)、真空泵(5)、双向变流器(6)、车载磁悬浮感应装置(8)和车载导向线圈(9)；

2.根据权利要求1所述的一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，磁悬浮装置(4)安置于环形真空管道(3)底部和侧部，车载磁悬浮感应装置(8)安装于环形高速列车(2)底部，车载导向线圈(9)安装于环形高速列车(2)侧部，安装于环形高速列车(2)底部的车载磁悬浮感应装置(8)与安装于环形真空管道(3)底部的磁悬浮装置(4)相互作用提供悬浮力，安装于环形高速列车(2)侧部的车载导向线圈(9)与安装于环形真空管道(3)侧部的磁悬浮装置(4)相互作用保持环形高速列车(2)水平方向的稳定。

3.根据权利要求1所述的一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，直线电机(1)采用电动机、发电机一体化模块设计，系统设置多个直线电机(1)，均匀、对称地布置在环形真空管道(3)的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，环形高速列车(2)是多节车厢首尾连接组成的封闭环形储能运动体，各节车厢之间通过螺栓(7)连接进行固定。

5.根据权利要求1所述的一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，真空管道(3)上设置一个或多个厂房(10)，用于环形高速列车(2)的安装、布置双向变流器(6)及系统维修。

6.根据权利要求1所述的一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，采用环形高速列车(2)在设计尺寸为100m～100km、管道横截面为圆形、内径1～200m、运行压力低或中高真空的环形真空管道(3)内高速运行，环形高速列车(2)长度、外径与环形真空管道(3)相同，横截面为圆形，设计最高时速800m/s。

7.根据权利要求1所述的一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，其特征在于，所述环形真空管道(3)使用水泥、钢、铜材料中的一种或多种并添加少量稀土材料制成。

技术总结本发明公开了一种环形真空管道磁悬浮高速列车储能系统，涉及储能领域，主要用于能量储存以解决可再生能源消纳、电网调峰问题。该系统由直线电机、环形真空管道、磁悬浮装置、环形高速列车、真空泵及双向变流器等设备构成。该系统将磁悬浮运行于环形真空管道内的环形高速列车作为主要储能设备，有效减少了摩擦阻力损失，降低了储能过程中的能量损失。该系统在充电过程中直线电机驱动环形高速列车加速、将电能转化为环形高速列车的动能存储；在放电过程中环形高速列车驱动直线电机发电并减速、将列车的动能转化为电能输出。本发明系统充放电效率高，可以实现电能的超大容量储存，对提高可再生能源利用率，提高电网调峰能力具有重要意义。技术研发人员：刘继平,周彤旭,周源,严俊杰受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27