一種液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣儲存與運輸技術領域和電力傳輸技術領域，特別涉及一種液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統。
【背景技術】
[0002]頁巖氣是一種以吸附和游離方式賦存于頁巖和泥巖地層及其夾層中的非常規的天然氣。與傳統的石油、煤炭、人工煤氣等相比，頁巖氣具有綠色環保、經濟實惠、安全可靠等應用優勢，因此，在全球能源化工行業中興起了頁巖氣開發和利用浪潮。
[0003]—般而言，頁巖氣開采地區與集中用氣的大中城市區域相距較遠，往往需要利用高壓將頁巖氣體積縮小約250倍進行遠距離運輸。但這種壓縮頁巖氣的管道運輸方式存在高壓安全隱患、輸送容量和效率不高等問題。而通過應用低溫制冷技術使頁巖氣轉換為液態的液化頁巖氣，可以將頁巖氣體積縮小約600倍進行遠距離運輸，相比于前者，具有更高的輸送容量和效率、更強的安全可靠性能。但是，以液化頁巖氣(_162°C、一個大氣壓)的運輸方式，承載液化頁巖氣槽罐的汽車、火車、輪船等傳統交通運輸工具無法滿足持續、快捷、靈活的頁巖氣供用，同時以傳輸管道傳輸液化頁巖氣會存在的熱泄露問題的影響，而在傳輸管道內部的液化頁巖氣容易出現氣化現象，進而引起傳輸管道氣壓過大而造成安全隱患，不合適用于遠距離的液化頁巖氣的運輸。
[0004]近年來出于緩解日趨嚴重的能源危機和環保壓力的動機，除壓縮頁巖氣和液化頁巖氣的遠距離運輸方式以外，頁巖氣還被直接用作發電應用。在頁巖氣開采當地直接建設大容量頁巖氣發電站，再通過傳統的高壓輸電線路輸送至遠距離電力用戶。由于頁巖氣開采地區往往與集中用電的大中城市區域相距較遠，傳統的高壓輸電方式將不可避免地帶來高壓架空輸電線路的建設和維護的成本問題。
【發明內容】
[0005]本發明為解決上述技術問題，提供一種液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統。
[0006]為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是:
[0007]—種液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統包括復合能源產生子系統、復合能源傳輸子系統和復合能源接收子系統，其中，所述復合能源產生子系統在通入氣態頁巖氣后，利用其中一部分氣態頁巖氣而產生電能且將其余部分的氣態頁巖氣轉換為液化頁巖氣，并且將通入所述復合能源產生子系統的空氣中氮氣轉化為液氮；所述復合能源傳輸子系統將所述復合能源產生子系統產生的液化頁巖氣、液氮和電能輸送至所述復合能源接收子系統；
[0008]并且，經所述復合能源傳輸子系統傳輸的液氮，用于致冷所述復合能源傳輸子系統中的液化頁巖氣傳輸管道和超導直流電纜，其中，所述液化頁巖氣傳輸管道，用于傳輸液化頁巖氣；所述超導直流電纜，用于傳輸所述復合能源產生子系統產生的電能。
[0009]根據一種具體的實施方式，所述復合能源產生子系統包括頁巖氣發電設備、交直流變流站、頁巖氣液化設備和氮氣液化設備；其中，
[0010]所述頁巖氣發電設備利用氣態頁巖氣產生電能，并將其產生的部分電能為所述頁巖氣液化設備和所述氮氣液化設備供電，其余部分電能經所述交流-直流變流站轉化為直流電后，通過所述超導直流電纜輸送至所述復合能源接收子系統；
[0011]所述頁巖氣液化設備產生的液化頁巖氣通入所述液化頁巖氣傳輸管道中，所述氮氣液化設備產生的液氮通入液氮傳輸管道中，并且所述液化頁巖氣傳輸管道和所述超導直流電纜均設置在所述液氮傳輸管道內。
[0012]根據一種具體的實施方式，所述超導直流電纜與所述液化頁巖氣傳輸管道同軸設置，并且所述超導直流電纜位于所述液化頁巖氣傳輸管道的外部。
[0013]根據一種具體的實施方式，所述液氮傳輸管道上設置若干節點通道，每個所述節點通道對應連接一個補液泄壓控制系統，所述補液泄壓控制系統包括液氮補給站、氮氣回收站、補液泄壓控制裝置；其中，
[0014]所述液氮補給站通過其液氮補給管道與所述節點通道連接，所述液氮補給管道上設置有液氮閥門；
[0015]所述氮氣回收站通過其氮氣回收管道與所述節點管道連接，所述氮氣回收管道上設置有氮氣閥門。
[0016]根據一種具體的實施方式，所述補液泄壓裝置包括控制電路、液位傳感器和壓力傳感器；其中，
[0017]所述控制電路根據所述液位傳感器檢測出所述液氮傳輸管道內液氮的液位，當液位低于液位閾值時，開啟所述液氮閥門，使所述液氮補給站的液氮進入所述液氮傳輸管道，直至液位不低于所述液位閾值；
[0018]所述補液泄壓裝置根據壓力傳感器檢測出所述液氮傳輸管道內氮氣的壓力，當壓力高于壓力閾值時，開啟所述氮氣閥門，使所述液氮傳輸管道中的氮氣進入所述氮氣回收站，直至壓力不高于所述壓力閾值。
[0019]根據一種具體的實施方式，所述液氮傳輸管道通過冷卻裝置將液氮用于冷卻所述液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統內部的功率電子器件，并且所述氮氣回收站與所述冷卻裝置連通，用于接收通過所述冷卻裝置回收的氮氣。
[0020]根據一種具體的實施方式，所述超導直流電纜由BSCCO高溫超導導線或ReBCO高溫超導導線繞制而成。
[0021]根據一種具體的實施方式，所述復合能源接收子系統包括:
[0022]直流-交流變流站，用于將所述超導直流電纜中的直流電轉換為交流電；
[0023]變電站，用于接收所述直流-交流變流站輸出的交流電并提供給用戶使用；
[0024]液化頁巖氣接收站，用于接收所述液化頁巖氣傳輸管道中的液化頁巖氣并提供給用戶使用；
[0025]液氮接收站，用于接收所述復合能源傳輸子系統傳輸的液氮并提供給用戶使用。
[0026]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0027]本發明利用氮氣液化設備產生的低溫、環保、安全的液氮解決了現有的液化頁巖氣傳輸管道的熱泄露問題，消除了因液化頁巖氣的氣化現象而導致的傳輸管道氣壓過大的安全隱患，因而適用于遠距離的液化頁巖氣運輸。同時本發明復合了頁巖氣發電應用的技術優勢，并采用大容量、近似零損耗、維護成本低的超導直流電纜來進行遠距離電能傳輸，利用低溫、絕緣、環保、安全的液氮來維持超導直流電纜的工作環境溫度，不僅提高了電能的傳輸效率也節省了高壓架空輸電線路的建設和維護的成本。此外，由于本發明利用頁巖氣發電設備產生的交流電來維持頁巖氣液化設備和氮氣液化設備的持續供電，無需增加額外的供電設備，提高了頁巖氣利用效率。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統結構圖；
[0029]圖2是本發明復合能源傳輸子系統的結構圖；
[0030]圖3是本發明復合能源傳輸子系統的優選結構圖；
[0031]圖4是本發明補液泄壓控制系統的結構圖。
[0032]附圖標記列表
[0033]1:頁巖氣發電設備2:頁巖氣液化設備3:氮氣液化設備4:交流-直流變流站
[0034]5:液氮傳輸管道6:液化頁巖氣傳輸管道7:超導直流電纜8:直流-交流變流站
[0035]9:變電站10:液化頁巖氣接收站11:液氮接收站12:節電通道13:液位傳感器14:壓力傳感器15:液氮補給站16:液氮閥門17:氮氣回收站18:氮氣閥門
【具體實施方式】
[0036]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發明內容】
所實現的技術均屬于本發明的范圍。
[0037]本發明的液化頁巖氣-液氮-超導直流電纜復合能源傳輸系統包括復合能源產生子系統、復合能源傳輸子系統和復合能源接收子系統，其中，復合能源產生子系統在通入氣態頁巖氣后，利用其中一部分氣態頁巖氣而產生電能且將其余部分的氣態頁巖氣轉換為液化頁巖氣，并且將通入復合能源產生子系統的空氣中氮氣轉化為液氮；復合能源傳輸子系統將復合能源產生子系統產生的液化頁巖氣、液氮和電能輸送至復合能源接收子系統；
[0038]并且，經復合能源傳輸子系統傳輸的液氮，用于致冷復合能源傳輸子系統中的液化頁巖氣傳輸管道6和超導直流電纜7，其中，液化頁巖氣傳輸管道6，用于傳輸液化頁巖氣；超導直流電纜7，用于傳輸復合能源產生子系統產生的電能。
[0039]本發明利用低溫絕緣的液氮解決了現有的液化頁巖氣傳輸管道的熱泄露問題，同時利用頁巖氣產生電能，并采用大容量、近似零損耗、維護成本低的超導直流電纜來進行遠距離傳輸，而且采用低溫絕緣的液氮來為超導直流電纜提供工作溫度。不僅提高了頁巖氣的利用率，還提高了電能的傳輸效率也節省了高壓架空輸電線路的建設和維