一种液化页岩气‑液氮‑超导直流电缆复合能源传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种液化页岩气‑液氮‑超导直流电缆复合能源传输系统，其包括复合能源产生子系统、复合能源传输子系统和复合能源接收子系统，其中复合能源传输子系统将复合能源产生子系统产生的液化页岩气、液氮和电能输送至复合能源接收子系统；并且，经复合能源传输子系统传输的液氮，用于致冷复合能源传输子系统中的液化页岩气传输管道和超导直流电缆，液化页岩气传输管道用于传输液化页岩气；超导直流电缆用于传输所述复合能源产生子系统产生的电能。本发明专利技术具有比单一液化页岩气传输和超导直流电缆输电更高的能源传输容量和效率，而且本发明专利技术不仅无需增加额外的供电设备，还节省了建设高压架空输电线路的费用。

【技术实现步骤摘要】
一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统
本专利技术涉及油气储存与运输
和电力传输
，特别涉及一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统。
技术介绍
页岩气是一种以吸附和游离方式赋存于页岩和泥岩地层及其夹层中的非常规的天然气。与传统的石油、煤炭、人工煤气等相比，页岩气具有绿色环保、经济实惠、安全可靠等应用优势，因此，在全球能源化工行业中兴起了页岩气开发和利用浪潮。一般而言，页岩气开采地区与集中用气的大中城市区域相距较远，往往需要利用高压将页岩气体积缩小约250倍进行远距离运输。但这种压缩页岩气的管道运输方式存在高压安全隐患、输送容量和效率不高等问题。而通过应用低温制冷技术使页岩气转换为液态的液化页岩气，可以将页岩气体积缩小约600倍进行远距离运输，相比于前者，具有更高的输送容量和效率、更强的安全可靠性能。但是，以液化页岩气(-162℃、一个大气压)的运输方式，承载液化页岩气槽罐的汽车、火车、轮船等传统交通运输工具无法满足持续、快捷、灵活的页岩气供用，同时以传输管道传输液化页岩气会存在的热泄露问题的影响，而在传输管道内部的液化页岩气容易出现气化现象，进而引起传输管道气压过大而造成安全隐患，不合适用于远距离的液化页岩气的运输。近年来出于缓解日趋严重的能源危机和环保压力的动机，除压缩页岩气和液化页岩气的远距离运输方式以外，页岩气还被直接用作发电应用。在页岩气开采当地直接建设大容量页岩气发电站，再通过传统的高压输电线路输送至远距离电力用户。由于页岩气开采地区往往与集中用电的大中城市区域相距较远，传统的高压输电方式将不可避免地带来高压架空输电线路的建设和维护的成本问题。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统包括复合能源产生子系统、复合能源传输子系统和复合能源接收子系统，其中，所述复合能源产生子系统在通入气态页岩气后，利用其中一部分气态页岩气而产生电能且将其余部分的气态页岩气转换为液化页岩气，并且将通入所述复合能源产生子系统的空气中氮气转化为液氮；所述复合能源传输子系统将所述复合能源产生子系统产生的液化页岩气、液氮和电能输送至所述复合能源接收子系统；并且，经所述复合能源传输子系统传输的液氮，用于致冷所述复合能源传输子系统中的液化页岩气传输管道和超导直流电缆，其中，所述液化页岩气传输管道，用于传输液化页岩气；所述超导直流电缆，用于传输所述复合能源产生子系统产生的电能。根据一种具体的实施方式，所述复合能源产生子系统包括页岩气发电设备、交直流变流站、页岩气液化设备和氮气液化设备；其中，所述页岩气发电设备利用气态页岩气产生电能，并将其产生的部分电能为所述页岩气液化设备和所述氮气液化设备供电，其余部分电能经所述交流-直流变流站转化为直流电后，通过所述超导直流电缆输送至所述复合能源接收子系统；所述页岩气液化设备产生的液化页岩气通入所述液化页岩气传输管道中，所述氮气液化设备产生的液氮通入液氮传输管道中，并且所述液化页岩气传输管道和所述超导直流电缆均设置在所述液氮传输管道内。根据一种具体的实施方式，所述超导直流电缆与所述液化页岩气传输管道同轴设置，并且所述超导直流电缆位于所述液化页岩气传输管道的外部。根据一种具体的实施方式，所述液氮传输管道上设置若干节点通道，每个所述节点通道对应连接一个补液泄压控制系统，所述补液泄压控制系统包括液氮补给站、氮气回收站、补液泄压控制装置；其中，所述液氮补给站通过其液氮补给管道与所述节点通道连接，所述液氮补给管道上设置有液氮阀门；所述氮气回收站通过其氮气回收管道与所述节点管道连接，所述氮气回收管道上设置有氮气阀门。根据一种具体的实施方式，所述补液泄压装置包括控制电路、液位传感器和压力传感器；其中，所述控制电路根据所述液位传感器检测出所述液氮传输管道内液氮的液位，当液位低于液位阈值时，开启所述液氮阀门，使所述液氮补给站的液氮进入所述液氮传输管道，直至液位不低于所述液位阈值；所述补液泄压装置根据压力传感器检测出所述液氮传输管道内氮气的压力，当压力高于压力阈值时，开启所述氮气阀门，使所述液氮传输管道中的氮气进入所述氮气回收站，直至压力不高于所述压力阈值。根据一种具体的实施方式，所述液氮传输管道通过冷却装置将液氮用于冷却所述液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统内部的功率电子器件，并且所述氮气回收站与所述冷却装置连通，用于接收通过所述冷却装置回收的氮气。根据一种具体的实施方式，所述超导直流电缆由BSCCO高温超导导线或ReBCO高温超导导线绕制而成。根据一种具体的实施方式，所述复合能源接收子系统包括：直流-交流变流站，用于将所述超导直流电缆中的直流电转换为交流电；变电站，用于接收所述直流-交流变流站输出的交流电并提供给用户使用；液化页岩气接收站，用于接收所述液化页岩气传输管道中的液化页岩气并提供给用户使用；液氮接收站，用于接收所述复合能源传输子系统传输的液氮并提供给用户使用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用氮气液化设备产生的低温、环保、安全的液氮解决了现有的液化页岩气传输管道的热泄露问题，消除了因液化页岩气的气化现象而导致的传输管道气压过大的安全隐患，因而适用于远距离的液化页岩气运输。同时本专利技术复合了页岩气发电应用的技术优势，并采用大容量、近似零损耗、维护成本低的超导直流电缆来进行远距离电能传输，利用低温、绝缘、环保、安全的液氮来维持超导直流电缆的工作环境温度，不仅提高了电能的传输效率也节省了高压架空输电线路的建设和维护的成本。此外，由于本专利技术利用页岩气发电设备产生的交流电来维持页岩气液化设备和氮气液化设备的持续供电，无需增加额外的供电设备，提高了页岩气利用效率。附图说明图1是本专利技术液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统结构图；图2是本专利技术复合能源传输子系统的结构图；图3是本专利技术复合能源传输子系统的优选结构图；图4是本专利技术补液泄压控制系统的结构图。附图标记列表1：页岩气发电设备2：页岩气液化设备3：氮气液化设备4：交流-直流变流站5：液氮传输管道6：液化页岩气传输管道7：超导直流电缆8：直流-交流变流站9：变电站10：液化页岩气接收站11：液氮接收站12：节电通道13：液位传感器14：压力传感器15：液氮补给站16：液氮阀门17：氮气回收站18：氮气阀门具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。本专利技术的液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统包括复合能源产生子系统、复合能源传输子系统和复合能源接收子系统，其中，复合能源产生子系统在通入气态页岩气后，利用其中一部分气态页岩气而产生电能且将其余部分的气态页岩气转换为液化页岩气，并且将通入复合能源产生子系统的空气中氮气转化为液氮；复合能源传输子系统将复合能源产生子系统产生的液化页岩气、液氮和电能输送至复合能源接收子系统；并且，经复合能源传输子系统传输的液氮，用于致冷复合能源传输子系统中的液化页岩气传输管道6和超导直流电缆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液化页岩气‑液氮‑超导直流电缆复合能源传输系统，其特征在于，包括复合能源产生子系统、复合能源传输子系统和复合能源接收子系统，其中，所述复合能源产生子系统在通入气态页岩气后，利用其中一部分气态页岩气而产生电能且将其余部分的气态页岩气转换为液化页岩气，并且将通入所述复合能源产生子系统的空气中氮气转化为液氮；所述复合能源传输子系统将所述复合能源产生子系统产生的液化页岩气、液氮和电能输送至所述复合能源接收子系统；并且，经所述复合能源传输子系统传输的液氮，用于致冷所述复合能源传输子系统中的液化页岩气传输管道(6)和超导直流电缆(7)，其中，所述液化页岩气传输管道(6)，用于传输液化页岩气；所述超导直流电缆(7)，用于传输所述复合能源产生子系统产生的电能。

【技术特征摘要】
1.一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统，其特征在于，包括复合能源产生子系统、复合能源传输子系统和复合能源接收子系统，其中，所述复合能源产生子系统在通入气态页岩气后，利用其中一部分气态页岩气而产生电能且将其余部分的气态页岩气转换为液化页岩气，并且将通入所述复合能源产生子系统的空气中氮气转化为液氮；所述复合能源传输子系统将所述复合能源产生子系统产生的液化页岩气、液氮和电能输送至所述复合能源接收子系统；并且，经所述复合能源传输子系统传输的液氮，用于致冷所述复合能源传输子系统中的液化页岩气传输管道(6)和超导直流电缆(7)，其中，所述液化页岩气传输管道(6)，用于传输液化页岩气；所述超导直流电缆(7)，用于传输所述复合能源产生子系统产生的电能；其中，所述复合能源产生子系统包括页岩气发电设备(1)、交流-直流变流站(4)、页岩气液化设备(2)和氮气液化设备(3)；其中，所述页岩气发电设备(1)利用气态页岩气产生电能，并将其产生的部分电能为所述页岩气液化设备(2)和所述氮气液化设备(3)供电，其余部分电能经所述交流-直流变流站(4)转化为直流电后，通过所述超导直流电缆(7)输送至所述复合能源接收子系统；所述页岩气液化设备(2)产生的液化页岩气通入所述液化页岩气传输管道(6)中，所述氮气液化设备(3)产生的液氮通入液氮传输管道(5)中，并且所述液化页岩气传输管道(6)和所述超导直流电缆(7)均设置在所述液氮传输管道(5)内，所述超导直流电缆(7)与所述液化页岩气传输管道(6)同轴设置，并且所述超导直流电缆(7)位于所述液化页岩气传输管道(6)的外部；所述液氮传输管道(5)上设置若干节点通道(12)，每个所述节点通道(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝元，
申请(专利权)人：四川师范大学，
类型：发明
国别省市：四川;51