本发明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。
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(12)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(15)、氮气回收站(17)、补液泄压控制装置；其中，所述液氮补给站(15)通过液氮补给管道与所述节点通道(12)连接，所述液氮补给管道上设置有液氮阀门(16)；
所述氮气回收站(17)通过氮气回收管道与所述节点管道(12)连接，所述氮气回收管道上设置有氮气阀门(18)；
所述补液泄压装置包括控制电路、液位传感器(13)和压力传感器(14)；其中，所述控制电路根据所述液位传感器(13)检测出所述液氮传输管道(5)内液氮的液位，当液位低于液位阈值时，开启所述液氮阀门(16)，使所述液氮补给站(15)的液氮进入所述液氮传输管道(5)，直至液位不低于所述液位阈值；
所述控制电路根据所述压力传感器(14)检测出所述液氮传输管道(5)内氮气的压力，当压力高于压力阈值时，开启所述氮气阀门(18)，使所述液氮传输管道(5)中的氮气进入所述氮气回收站(17)，直至压力不高于所述压力阈值。
2.如权利要求1所述的液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统，其特征在于，所述超导直流电缆(7)由BSCCO高温超导导线或ReBCO高温超导导线绕制而成。
3.如权利要求1所述的液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统，其特征在于，所述复合能源接收子系统包括：直流-交流变流站(8)，用于将所述超导直流电缆(7)中的直流电转换为交流电；
变电站(9)，用于接收所述直流-交流变流站(8)输出的交流电并提供给用户使用；
液化页岩气接收站(10)，用于接收所述液化页岩气传输管道(6)中的液化页岩气并提供给用户使用；
液氮接收站(11)，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。
一种液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统
技术领域
[0001] 本发明涉及油气储存与运输技术领域和电力传输技术领域，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。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
发明内容
[0005] 本发明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。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] 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；
[0008] 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。
[0009] 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，
[0010] 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；
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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，
[0014] 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；
[0015] 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。
[0016] 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，
[0017] 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；
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 根据一种具体的实施方式，所述复合能源接收子系统包括：
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0027] 本发明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。同时本发明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，由于本发明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
[0028] 图1是本发明液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统结构图；
[0029] 图2是本发明复合能源传输子系统的结构图；
[0030] 图3是本发明复合能源传输子系统的优选结构图；
[0031] 图4是本发明补液泄压控制系统的结构图。
[0032] 附图标记列表
[0033] 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[0034] 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[0035] 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
[0036] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
[0037] 本发明的液化页岩气-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；
[0038] 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7，其中，液化页岩气传输管道6，用于传输液化页岩气；超导直流电缆7，用于传输复合能源产生子系统产生的电能。
[0039] 本发明利用低温绝缘的液氮解决了现有的液化页岩气传输管道的热泄露问题，同时利用页岩气产生电能，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传输，而且采用低温绝缘的液氮来为超导直流电缆提供工作温度。不仅提高了页岩气的利用率，还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。
[0040] 结合图1和图2分别所示的本发明的液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统结构图和本发明复合能源传输子系统的结构图；其中，复合能源产生子系统包括页岩气发电设备1、交直流变流站4、页岩气液化设备2和氮气液化设备3。复合能源传输子系统包括液氮传输管道5、液化页岩气传输管道6和超导直流电缆7。复合能源接收子系统包括：直流-交流变流站8、变电站9、液化页岩气接收站10和液氮接收站11。
[0041] 具体地，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页岩气液化设备2和氮气液化设备3供电，其余部分电能经交流-直流变流站4转化为直流电后，通过超导直流电缆7输送至直流-交流变流站8；页岩气液化设备2产生的液化页岩气通入液化页岩气传输管道6中，氮气液化设备3产生的液氮通入液氮传输管道5中。
[0042] 在复合能源传输子系统中，液化页岩气传输管道6和超导直流电缆7均设置在液氮传输管道5内。液化页岩气传输管道6和超导直流电缆7由于浸泡在液氮传输管道5内的液氮而致冷，消除了液化页岩气在液化页岩气传输管道6中的气化现象，并为超导直流电缆7提供其低温的工作环境。
[0043] 在复合能源接收子系统中，直流-交流变流站8用于将超导直流电缆7中的直流电转换为交流电。变电站9用于接收所述直流-交流变流站8输出的交流电并提供给用户使用。液化页岩气接收站10用于接收所述液化页岩气传输管道6中的液化页岩气并提供给用户使用。液氮接收站11用于接收所述液氮传输管道5中的液氮并提供给用户使用。
[0044] 结合图3所示的本发明复合能源传输子系统的优选结构图；其中，液化页岩气传输管道6和超导直流电缆7均设置在液氮传输管道5内，超导直流电缆7同轴设置在液化页岩气传输管道6的外部。在直径相同的液氮传输管道5中，同轴安装方式下的超导直流电缆7，其一方面增加了电缆本体的临界工作电流，另一方面还提高了电缆与液氮之间的接触表面积和致冷功率，因而具有更高的输电容量，适应于大容量电能传输应用。
[0045] 本发明采用的超导直流电缆7由BSCCO高温超导导线或ReBCO高温超导导线绕制而成。
[0046] 结合图4所示的本发明补液泄压控制系统的结构图；其中，液氮传输管道5上设置若干节点通道12，每个节点通道12对应连接一个补液泄压控制系统，补液泄压控制系统包括液氮补给站15、氮气回收站17、补液泄压控制装置。
[0047] 其中，液氮补给站15通过液氮补给管道与节点通道12连接，液氮补给管道上设置有液氮阀门16；氮气回收站17通过氮气回收管道与节点管道12连接，氮气回收管道上设置有氮气阀门18。
[0048] 具体地，补液泄压装置包括控制电路、液位传感器13和压力传感器14。控制电路根据液位传感器13检测出液氮传输管道5内液氮的液位，当液位低于液位阈值时，即液氮传输管道5中的液氮不足时，则开启液氮阀门16，使液氮补给站15的液氮进入液氮传输管道5，直到液氮传输管道5中的液位不低于该液位阈值，控制电路则关闭液氮阀门16，从而保证液氮传输管道中的液化页岩气管道和超导直流电缆的环境温度维持在一个安全范围内。
[0049] 控制电路根据压力传感器14检测出液氮传输管道5内氮气的压力，当压力高于设定阈值时，即氮气的气化现象变强时，则开启氮气阀门18，使液氮传输管道5中的氮气进入氮气回收站17，直到液氮传输管道5中的压力不高于压力阈值，控制电路则关闭氮气阀门18，从而保证液氮传输管道中的气压维持在一个安全范围内。
[0050] 上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以做出各种修改或改型。
