專利名稱：能量儲轉降波方法
技術領域：
本發明屬能源、環保領域，涉及能量監測、儲蓄、控制、釋放、轉化、降波、發電、輸出，風能、太陽能、地能、熱能、氣能、勢能、波能、粒子能、火山能等或由其轉換的電能量大而且豐富，但多有波動或間歇，引入平臺管理就能被大規模轉化為工業和民用電力。
背景技術：
解決能源危機及污染問題已成為全世界眾所周知的重大戰略，研究很多，類似公開號為 CN1734822A、CN101453131A、CN101311525A、CN101349246A 的發明及許多報道試圖解決上述問題，但屬零星研究或局部創新，不成體系，不深不廣，成本高、局限多、難普及、收效微，無法解決根本問題。
發明內容
要從根本上解決能源危機及傳統能源污染問題，必須找到完整實現能量儲蓄、轉化、降波三大難題解決方法。物質從相對低處到相對高處獲得相對勢能，下降時釋放相對勢能。物質在相對高處受到管理，下降途中觸推發電機葉片帶動發電機發電，勢能轉化成電能。設法用能量使物質作如上循環，則能量被持續管理并轉化為符合電網要求的電能。本發明立足于廣角度想辦法，致力于全局上求突破，既解決了儲蓄的問題，又解決了轉化的問題，還解決了消除或降低波動的問題，不受規模、地域、容量、成本、介質、技術限制，易推廣、易普及，自然界大量豐富能量變為穩定電能意義深遠。試想，將20%的風能、20%的太陽能轉化為穩定電能的話，這個世界將會是一個怎樣的變化。
具體實施例方式自然界大量豐富的能源變化情況是可預測和掌握的，利用它帶動傳輸設備把物質(以下簡稱勢能子)從低處運送到高處，經過上升、儲蓄、轉化、溢出、控制，釋放后落至下面發電機葉片處，推動葉片帶動發電機發電。勢能轉化為電能后，勢能子落至低處，儲轉到初始點進行下一循環并持續，電能入網調控、傳輸。由能量儲轉機構負責聯接并承擔實施任務。能量儲轉機構主要由接入能源、勢能子、傳輸設備、儲轉機構(如高平臺和低平臺)、發電設備、中轉通道、電能輸出設備、預測預報、控制、監測等組成，實際操作中會有增減。能量儲轉機構是中間機構，選址建設時既要便于與需要儲轉的能源銜接，又要便于把獲得的電能及時安全地輸出到電網。考察能量儲轉機構規模的重要指標是高平臺與低平臺之間的高度差和平臺容量，高度差直接代表著勢能子循環一次所帶能量的多少和降波功能的大小，百米落差與千米落差的區別非常大；平臺容量直接代表了儲蓄勢能子的能力，是儲轉降波的基礎，十畝、百畝、千畝、萬畝平臺在功能上有巨大差異，因此在選址時要著重考慮。
建設能量儲轉機構可利用自然界已有的一些條件，比如山地、洼地、溝壑；也可在平地上開挖或建造，比如平地地面做高平臺、下挖必要通道和低平臺等，核心是為勢能子提供一上、一下獲得和釋放勢能并得以儲轉的空間和通道。能量儲轉機構有大小之分，利用廣闊的戈壁灘建設一個大型能量儲轉機構其對勢能子的儲量可能比三峽容量還要大，儲轉甘肅河西走廊全部風電場的電能綽綽有余，這樣的儲轉機構其能源接入點、傳輸設備、儲轉機構、發電機、中轉通道、電能輸出、預測預報、控制、監測等可能是千個和萬個，而積累起來的勢能子僅體積而言至少等于一個三峽。雖說大型能量儲轉機構的技術難度有所提高，設施設備也增加不少，但一個能量單位的平均成本和儲轉效率卻有很大提高；一個中型的儲轉機構則可承擔比如玉門風電場的全部或某個分場的電能，這樣的能量儲轉機構，在選地、設施上的投入就相對少些，一個能量單位的平均成本和儲轉效率卻有一定的降低；一個微型的能量儲轉機構則可利用一口報廢的舊井(枯)配一個風車或風電機就可實施能量的儲轉，儲轉量可能很小，普及量則會很大，依此類推，一個山頭、一個峽谷均可做小的能量儲轉機構。第一步是把勢能子從低處送到高處使其獲得相對勢能。自然界的許多能量，如果要直接轉換成電能，難度很大，把它先轉換成某種易管理、易銜接的過渡能源，再由過渡能源轉換成電能就比較容易了。勢能子的引入大大拓寬了能量儲轉途徑，充當了過渡能源的角色，好比一種萬能能。管好勢能子就管好了能量。由于帶動傳輸設備的能源只是讓設備運轉起來，不求穩定、連續，要求不嚴，因此可適應的能源很多，風能、太陽能、地能、熱能、氣能、勢能、波能、粒子能、火山能等或由其轉換的電能均可，甚至可以是水車、風車。可直接接入，也可間接接入。這就為形式多樣、特征各異的能量向勢能轉換提供了方便，創造了條件。將準備好的能源接入勢能子傳輸設備，將制作好的勢能子置于低平臺，使其能自動進入傳輸設備入口或能使傳輸設備自行收納執行傳送。接入的能源帶動傳輸設備，運送勢能子由低處向高處運動。以下把勢能子初始進入傳輸設備的位置稱為初始點。傳輸設備與接入能源、低平臺、高平臺、勢能子的結合方式及傳輸設備自身結構，根據不同情況具體確定，以科學、高效完成傳輸任務為目標。接入能源有波動，勢能子的上升過程也隨之波動，但由于高、低兩平臺間的高度差相等，相同質量的勢能子到達高平臺所獲得的相對勢能相等，即過程不同、結果相同，上升過程內的一切波動皆被消除。如供能極大，若勢能子正在傳輸設備低段，勢能子上升就快，但不影響其最終獲得相等的勢能；若勢能子正在傳輸設備高段，勢能子可能會被拋過高平臺一定距離再落下，因為最后的落點仍在高平臺，瞬間極大的那部分能量被削去，仍不影響其最終獲得相等的勢能；如遇供能很小或間歇時，由于有控制傳輸設備不準倒轉的裝置，勢能子不會下行，可能會走走停停，但仍不影響其最終獲得相等的勢能。高、低兩個平臺間的落差越大越好，過小的落差不僅使勢能子的每一次循環只帶很小的能量，而且會因大波動造成大量勢能子被拋過高平臺一定距離后再落下成為無效勢能，形成能量浪費。勢能子上升到高平臺的入口處自動落入高平臺并向出口運轉。第二步是儲蓄管理勢能子及其勢能。勢能子進入了高平臺就表示能量被轉到了勢能子身上。不論誰先誰后，相同質量的勢能子獲得的勢能是相等的，管好了它就管好了能量，控制了它就控制了能量的波動。一般地，同一個能量儲轉機構勢能子的質量、密度、大小、結構是相同的，不同的機構或同一個機構的不同時期會有區別，有時可能會很大。由于勢能子用量很大，要預制或批量生產，又由于要不停地循環、接觸較硬的水泥或鋼鐵構件，耐磨性是其重要的指標之一，還由于不同的儲轉機構有不同的配套設施，勢能子的適應性也就不同，所以要經過大量試驗研究才能制造出最好的勢能子。平臺是一個寬泛的概念，形式多樣，構造各異，不一而足，比如傾斜的、水平的、緩V型、緩Λ型、斗型等。勢能子傳輸設備接入、勢能子出入、儲轉形式由此多變，僅舉一例加以說明:本例高平臺設勢能子入口、出口、多余勢能子溢出口(以下此過程稱為溢出)，外接能源變化情況預測預報系統、智能控制系統、儲轉機構內部監測系統，邊緣有圍欄或圍墻，相對高度和容量越大越好。平臺容量是一項重要的指標，既代表著能源儲轉能力，又代表著降波能力，大容量的平臺可承擔大能源的儲轉降波任務，而且降波效率較高，而容量小的平臺就無法滿足需要，使得儲轉工作顧此失彼，降波效率低下。但在追求平臺大容量的時候又往往會受到各方面條件的限制，比如一個利用洼地建設的能量儲轉機構，由于洼地容量、地理位置、高差等條件的制約，需要綜合權衡利弊才能確定。Α、勢能子進入高平臺后儲蓄待命，出口量保持適當以保證平穩發電。當供能大時，勢能子進大于出，高平臺趨滿低平臺趨空；供能適當時，勢能子進、出相當，高、低平臺儲量變化不大；當供能小時，高平臺趨空低平臺趨滿。進量在變而出量不變或略有調整，維持了發電的平穩。B、由于平臺容量是有限的，供能持續大時，高平臺飽和，為維持發電平穩，適應電網要求，勢能子出量不能再放大，多余的勢能子可通過溢出口溢出，不參與發電，視為無效勢能，將這個措施比喻為溢出。C、供能持續大時雖可溢出，卻有浪費。接入的能量雖有波動，但并非毫無規律，經過不斷探索和總結，對其規律的掌握就會漸漸清晰并成熟，比如風能場或風電場，可通過天氣預報、能場周邊數據參數的收集處理，預知近期能量波動的走向是向大還是向小。又如通過天氣、太陽福射、季節等等參數的綜合計算，可預知近期太陽能波動的走向是向大還是向小。在預測到大體走向后還可進一步監測，取得更多有利于調控波動的數據。要解決較大的波動可引入預測預報。預測預報有宏觀、微觀、介于二者之間的三級或更細的分級，并輔之儲轉機構內部監測系統。預測預報時空越大、參數越多越有利于指導降波工作。例如用水車帶動勢能子傳輸設備時，對氣候、天氣、河流季節性、區域性變動預測為宏觀預測，對河流的旬變化預測為中、短期預測，對河流每小時變化的預測為微觀預測。可能，在相同波動下，未進行預測預報，維穩時間是一天，引入預測預報后，提前計算出了每個時段勢能子進量的平均值、最大值、最小值、波動系數，進而掌握每天、每時、每分鐘的變動情況，為科學合理制定應對方案提供依據，這樣維穩時間可能會持續兩天，甚至是五天。D、根據具體情況可選擇配套普通控制或智能控制系統。智能控制是建立在預知、漸變、系統、協調、計算基礎之上的，是通過對事先采集的龐大數據進行全面綜合分析后發出控制指令的，是根據現場具體情況進行動態管理或調整的，是對預測預報、平臺容量、勢能子實時儲量、未來空間、儲轉機構各環節運行情況的好壞、電網允許波動時間及時限、峰值、谷值，進行程序化綜合運算，并隨時發出控制指令和微調信息，使勢能子出口下落的數量變化更能適應于電網的要求和能源波動的實際，管理勢能子和降波結果是綜合、相對、漸進、智能的，更趨于平滑漸變的要求，更加綜合全面。
第三步是釋放勢能子發電。受到管理的勢能子從高平臺的出口釋放后下落至下面預置好的發電機葉片處，遇到葉片釋放勢能推動葉片帶動發電機發電，實現了勢能向電能的轉化。由于高平臺到葉片的高度差相等，近勻速或勻速出口的勢能子勢能轉化為電能的過程是接近穩定或穩定的，是符合電網準許入網的技術標準的。第四步是電能輸出。符合技術標準的電能入網后仍有繼續降波的需要和條件。較大范圍的電網同時連接著供與需，且又是多點供，多點需，繼續降波的余地很大，直至電能到達用戶端時波動被消除。第五步是中轉勢能子。釋放了勢能的勢能子落入中轉通道，或不經中轉直接落至低平臺。第六步是勢能子回至初始點繼續循環。到低平臺的勢能子儲轉到傳輸設備下端勢能子初始點等候運送，準備進入下一循環。勢能子周而復始的執行第一至第六步循環就把能量持續轉化為電能并入網輸出。小結:一是能量儲蓄任務在第二個步驟中得以實現，一個大型能量儲轉機構的勢能子儲量可比一個三峽，而微型者又極易普及。能量儲轉機構對能量的儲蓄應用范圍可以很廣，如晝儲夜釋、夏儲冬釋、閑儲忙釋、峰儲谷釋、零儲整釋等等。二是能量轉化任務在第一、第三個步驟中實現，第一步是能量向勢能轉化，第三步是勢能向電能轉化。三是降低或消除能量波動性和間歇性的任務在第一步、第二步的A、B、C、D、第四步中實現，共采用了 6項措施完成此項任務。
權利要求
1.自然界大量豐富的能量要走進電網，有許多困難，本發明在能量與電網之間建立了一種聯接和擴展，其特征是對物質進行了管理，物質獲得和釋放相對勢能，實現能量向勢能再向電能的轉化，過程應當循環。
2.根據權利要求1所述，物質可能需要生產或加工。
3.根據權利要求1所述，物質運動的方式有被動、主動或半被動。
4.根據權利要求1所述，管理的措施有:對能量變化進行預測預報以便預知物質被傳送到相對高處的情況、儲蓄、控制、溢出、釋放、轉化、對有關構件的監測等。
5.能實施具有權利要求1所述特征的能量儲蓄、轉化、降低或消除能量波動的機構或設施。
全文摘要
能量儲轉降波方法屬能源、環保領域。解決能源危機及污染問題已成世界難題。本發明通過對物質進行特殊管理，使其在獲得和釋放勢能的過程中，同時解決能量的儲蓄、能量的轉化、降低或消除能量波動和間歇的問題，使大量豐富的風能、太陽能、地能、熱能、氣能、勢能、波能、粒子能、火山能或由其轉換的能量成為符合電網傳輸要求的電能。實施本發明無規模、地域、容量、成本、介質、技術制約，易推廣普及。山地、洼地、溝壑、峽谷、戈壁、枯井等具有相對落差的地方皆可用來建立實施本發明的場所或機構，尤其適合各種規模風能或風電的儲蓄、轉化、降波、輸出，大至千萬千瓦級，小至幾個千瓦，技術簡單，單位成本遠低于抽水蓄能電站，普及性極強。
文檔編號F03G7/00GK103166324SQ201110423620
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月17日 優先權日2011年12月17日
發明者魏杰 申請人:魏杰