7月16日，在國家電網(wǎng)有限公司特高壓桿塔試驗基地，中國電力科學研究院有限公司牽頭研發(fā)的電力與液化天然氣混輸超導直流能源管道工程樣機通過相關(guān)領域?qū)＜医M評審。該能源管道樣機項目是國家重點研發(fā)項目“超導直流能源管道的基礎研究”的子課題。
樣機實現(xiàn)了超導直流電纜輸電與液化天然氣同管道協(xié)同輸送，其中超導電纜直流運行電壓為±100千伏、運行電流為1000安，液化天然氣輸送流量為100升每分鐘。
超導能源管道樣機通過24小時滿負荷運行試驗
一節(jié)長為31.2米、管徑為24.5厘米的管道兩端，既有輸變電設備，又有液化天然氣壓縮設備。一套低溫制冷系統(tǒng)讓管道內(nèi)溫度維持在91.6開爾文至93.2開爾文之間，直流電流和液化天然氣在管道內(nèi)實現(xiàn)一體化輸送。這就是超導能源管道試驗運行的工況。
“低溫是實現(xiàn)電力與液化天然氣混輸?shù)南葲Q條件?！敝袊娍圃簝δ芘c電工新技術(shù)研究所副總工程師、課題負責人丘明介紹說，“超導電纜傳輸需要維持低溫環(huán)境，一般采用液氮冷卻，而經(jīng)過超低溫液化處理的氫氣、天然氣、乙烯等液體的溫度恒定?！闭n題實現(xiàn)了液化天然氣直接冷卻超導電纜，節(jié)省了低溫制冷系統(tǒng)和真空絕熱管道建設成本，具有較好的經(jīng)濟性和運行效率。
電力與液化天然氣混輸超導直流能源管道工程樣機是對未來綜合能源輸送方式的一次探索。為了降低超導輸電的成本，提高氫氣、天然氣、乙烯的輸送穩(wěn)定性與安全性，課題研究團隊攻關(guān)主要技術(shù)，集成工程樣機，并在特高壓桿塔試驗基地建設了相應的試驗設備。
7月15日，隨著“開啟低溫閥門，注入液化天然氣”操作指令的下達，液化天然氣在制冷系統(tǒng)低溫泵的推動下，緩緩地從儲液罐注入超導能源管道，并順利建立起冷卻循環(huán)。管道溫度、壓力正常，液化天然氣流量滿足設計要求，超導電纜直流輸電正負回路升流至1000安，電壓加載至±100千伏并穩(wěn)定運行。7月16日，超導能源管道樣機通過24小時滿負荷運行試驗。電力與液化天然氣混輸超導直流能源管道成為探索解決多種能源集中輸送的新方案。
科學設計超導能源管道樣機電-液同傳控制流程
“液化天然氣混合工質(zhì)溫度達91.8開爾文，適合注入管道。”7月14日，課題項目組工程師陳盼盼在監(jiān)控室實時關(guān)注試驗系統(tǒng)中液化天然氣的運行狀態(tài)。
液化天然氣是開展這次超導能源管道試驗運行的低溫液體燃料。西氣東輸、西電東送等工程陸續(xù)啟動時，氣電同時輸送就進入了超導電力技術(shù)研究的視野。2018年課題立項之初，項目組就把視線聚焦在氫氣、天然氣、乙烯三種低溫液體燃料上。三種液體燃料常壓下的沸點低：氫氣為零下252.78攝氏度（20.37開爾文）、天然氣為零下161.5攝氏度（111.65開爾文），乙烯為零下103.9攝氏度（169.25開爾文），均具有天然恒定的低溫優(yōu)勢。
“沸點是液體沸騰時的溫度。理論上認為，超導直流電纜與氫氣、天然氣、乙烯三種低溫液體燃料同輸可以替代液氮冷卻，簡化系統(tǒng)構(gòu)成，減少綜合造價?！鼻鹈鹘忉尩?。
項目組通過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，液氫冷卻超導電纜的設想曾在日本和美國提出。但是液氫作為燃料的產(chǎn)能有限，加之極低溫制冷的經(jīng)濟性和液氫安全性等問題，短時間內(nèi)電力-液氫能源管道難以規(guī)?；瘧?。乙烯則是一種重要的基礎化工原料，廣泛應用于各種有機合成工業(yè)，但是它的沸點較高，很難與現(xiàn)有的超導材料運行溫度匹配。最終項目組選擇液化天然氣與超導直流電纜共同構(gòu)建超導能源管道，實現(xiàn)電力-液態(tài)燃料的一體化輸送。
2019年8月，“超導直流輸電-輸氣一體化能源管道”原理樣機研制成功，進一步驗證了超導直流能源管道的技術(shù)可行性，推進了超導能源管道工程樣機的研發(fā)進程。
電力和液化天然氣一體化輸送是典型的多學科交叉技術(shù)。液化天然氣在管道中流動冷卻超導電纜，涉及電磁分析、傳熱分析、流體分析和真空絕熱等多門學科。項目組深入分析了電力輸送、液態(tài)燃料輸送之間的相互影響，針對不同的適用場景和運行工況，設計了對應的運行方案和控制流程。
保障管道樣機全過程測試安全
7月5日，電力與液化天然氣混輸超導能源管道工程樣機試驗場地內(nèi)的全套安全預警系統(tǒng)完成調(diào)試。系統(tǒng)可以快速檢測液化天然氣泄漏并發(fā)出警報，提示現(xiàn)場作業(yè)人員迅速采取相關(guān)措施。
液化天然氣易燃易爆，超導電纜輸電又存在高壓放電隱患。為了確保管道樣機運行和測試過程的安全，項目組參考電力行業(yè)和石油化工行業(yè)安全作業(yè)的標準和要求，針對場地環(huán)境和試驗方案兩個方面開展工作。
項目組依托特高壓桿塔試驗基地，選用防爆型試驗設備，在試驗場地超導能源管道兩個終端的周邊，各布設了1個火焰探測傳感器和2個可燃氣體探測器。同時，項目組在液化天然氣儲罐和液化天然氣混合工質(zhì)調(diào)配區(qū)各布設了3個可燃氣體探測器，并在整個試驗現(xiàn)場布置了20組高清防爆攝像頭，全方位觀察試驗場地情況。此外，工作人員隨身攜帶便攜式可燃氣體探測器參與現(xiàn)場作業(yè)。
在試驗方案方面，項目組采用兩套電源，分別對樣機加載電流和電壓，逐步提升至1000安和±100千伏的額定運行值，同時測量管道中液化天然氣流量，實現(xiàn)對超導能源管道工程樣機綜合運行性能的考察。
“電力與液化天然氣混輸超導直流能源管道工程樣機實踐了用低溫液體燃料冷卻超導電纜，共用制冷系統(tǒng)和絕熱管道。這種一體化輸送的能源管道新方案，符合能源大規(guī)模集輸?shù)陌l(fā)展趨勢，為能源互聯(lián)網(wǎng)建設提供了可借鑒的技術(shù)經(jīng)驗?！鼻鹈髡f。
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