CN113922371B - 一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统 - Google Patents

一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113922371B
CN113922371B CN202111191593.0A CN202111191593A CN113922371B CN 113922371 B CN113922371 B CN 113922371B CN 202111191593 A CN202111191593 A CN 202111191593A CN 113922371 B CN113922371 B CN 113922371B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
liquid
superconducting
liquid nitrogen
conveying pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111191593.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113922371A (zh
Inventor
刘清友
沈全锋
朱海燕
丁涛
廖勇
汪兴明
秦博宇
陈情来
陈宇
侯大力
陈石义
汪宏伟
张琳东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Xian Jiaotong University
China Petroleum Engineering and Construction Corp
Chengdu Univeristy of Technology
Original Assignee
Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Xian Jiaotong University
China Petroleum Engineering and Construction Corp
Chengdu Univeristy of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd, Xian Jiaotong University, China Petroleum Engineering and Construction Corp, Chengdu Univeristy of Technology filed Critical Chengdu Jingzhiyi Technology Co ltd
Priority to CN202111191593.0A priority Critical patent/CN113922371B/zh
Publication of CN113922371A publication Critical patent/CN113922371A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113922371B publication Critical patent/CN113922371B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
    • F17D1/086—Pipe-line systems for liquids or viscous products for explosives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/008—Systems for storing electric energy using hydrogen as energy vector
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/40—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation wherein a plurality of decentralised, dispersed or local energy generation technologies are operated simultaneously
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/34—Hydrogen distribution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/45—Hydrogen technologies in production processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，包括外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统、超导能源管道系统、转换变压系统、电解水制氢系统、氢气液化系统、液氢冷能回收系统、氢气发电系统、液氮供给系统和液氮冷能回收系统。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明实现了制氢储能、液氢高密度传输、零电阻超导输电等功能，解决了可再生能源的大规模开发、输送与储能问题，符合未来碳中和的社会需求，应用前景广阔。

Description

一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统
技术领域
本发明涉及一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统。
背景技术
近年来，温室效应备受关注，研究显示，大气中的CO2是对温室效应影响最大的气体之一。它产生的增温效应为总增温效应的63％左右。为此，全球领导人已经逐渐认识到必须大力发展可再生能源，不断提高可再生能源的比重，并逐步实现可再生能源对化石能源的替代。
从规模上来看，风电光伏的开发潜力足够满足整个社会用电，未来将成为实现碳中和的主要力量。但由于风电光伏受天气影响大且具有间歇性、波动性、分散性、地理上不可平移性等特点，把大量的风电光伏接入电网，将给现有的电网系统带来一系列重大挑战。一方面未来碳中和，需要进一步发展跨区的超级大电网，以实现广域范围内的风电光伏的时空互补利用。另一方面随着大量波动性电源的接入，为避免电力冲击、规模化的储能技术将成为迫切需求。可再生能源制氢，在储能方面的应用中可望提供优异的技术支撑。
超导直流输电是利用超导体的零电阻和高密度载流能力发展起来的新型输电技术，通常需要采用液态介质冷却以维持电缆导体的超导态，但介质循环冷却系统给超导直流输电增加了运维成本。基于可再生能源制备的液化氢燃料，其输送也需要专用保温绝热管道和低温制冷系统。因此，将超导直流输电与低温液氢输送管道相结合，共用制冷系统和管道绝热系统，在液氢输送的同时冷却超导电缆，进而形成一体化输送的“超导能源管道”，可预见是未来能源输送的最重要的技术之一。
液氢的沸点为21K，目前已有大量的的高温超导材料超过这个临界温度，如BSCCO的临界温度达到了110K，而TlBaCuO的临界温度达到了125K和HgBaCuO的临界温度达到了150K。因此，从已有超导体的临界温度来看，目前发展已有的超导技术应用于新型能源传输的项目建设已经成熟。
发明内容
为了大规模的开发可再生能，本发明提出了一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，具体包括外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、超导能源管道系统、电解水制氢系统、氢气液化系统、液氢冷能回收系统、氢气发电系统、空气分离/外购液氮系统、液氮冷能回收等子系统，集成系统利用液氢温度下超导体具有零电阻、高密度载流能力等超导特性，进而搭建大规模余电制氢、超长距离液氢与电力混合输送、液氢冷能制液氮返输伴冷特点的集成系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，包括外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统、超导能源管道系统、转换变压系统、电解水制氢系统、氢气液化系统、液氢冷能回收系统、氢气发电系统、液氮供给系统和液氮冷能回收系统，其中：外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统和电解水制氢系统均与微电网母线连接；电解水制氢系统、液氮冷能回收系统均与氢气液化系统连接；变压转换系统、氢气液化系统和液氮冷能回收系统均通过超导能源管道系统分别与转换变压系统、液氢冷能回收系统和液氮供给系统连接；液氢冷能回收系统分别与氢气发电系统和液氮供给系统连接；所述超导能源管道系统由超导接入装置、氢电混合输送管道和超导接出装置构成。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明集电-氢循环转化，氢、氮液化，超导能源管道输送为一体的超级能源传输系统，主要应用场景为在可再生能源基地利用富余电能制氢并液化，利用在液氢输送的低温环境满足电力实现超导输送，让输送规模提高的同时降低输送能耗，在接收终端利用液氢的低温能量制取液氮，并采用液氮伴冷反输以减少超导能源管道中液氢升温失超的可能性，到达终点的氢气将实现能量的储存与调峰供电。
本发明的优点是：本发明将超导输电与低温液氢输送管道、低温液氮伴冷管道相结合，共用制冷系统和管道绝热系统，在满足液氢输送的同时冷却超导电缆，进而形成一体化输送的“超导能源管道”；在氢气液化环节和超导能源管道环节，因为液氮参与伴冷，使得漏热相关
Figure BDA0003301330200000031
损失减少，能耗得以降低；同时本发明采用了余电电解水制氢，适应可再生能源发电的波动性，实现了能源的储备，在传输的终端建设有大型液氢储存装置，可以实现能量的储存与调峰的释放。与传统管道输氢、电缆输电的能源传输技术相比，本发明实现了制氢储能、液氢高密度传输、零电阻超导输电等功能，解决了可再生能源的大规模开发、输送与储能问题，符合未来碳中和的社会需求，应用前景广阔。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的氢气液化系统的结构示意图；
图3是本发明的液氮冷能回收系统的结构示意图；
图4是本发明的超导能源管道系统的结构示意图；
图5是本发明的氢电混合输送管道的实施例一的结构示意图；
图6是本发明的氢电混合输送管道的实施例二的结构示意图；
图7是本发明的超导接入、接出装置的结构示意图；
图8是本发明的液氢冷能回收系统的结构示意图；
图9是本发明的氢气发电系统的结构示意图；
图10是本发明的空气分离/外购液氮系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，包括外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统、超导能源管道系统、转换变压系统、电解水制氢系统、氢气液化系统、液氢冷能回收系统、氢气发电系统、液氮供给系统(空气分离/外购液氮系统)、液氮冷能回收系统等子系统；其中：
外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统和电解水制氢系统均与微电网母线连接；电解水制氢系统、液氮冷能回收系统均与氢气液化系统连接；变压转换系统、氢气液化系统和液氮冷能回收系统均通过超导能源管道系统分别与转换变压系统、液氢冷能回收系统和液氮供给系统连接；液氢冷能回收系统分别与氢气发电系统和液氮供给系统连接；液氮供给系统与氢气发电系统连接。
以下对各个子系统的内部构成及其相互之间的连接关系进行详细说明：
1)所述外部电网接入系统由网电接入装置和变压器组成。
所述网电接入装置通过电缆与变压器连接并最终连接至微电网母线。
2)所述光伏发电系统由太阳能电池方阵、汇流箱和DC/AC转换器组成。
所述太阳能电池方阵通过电缆与汇流箱连接汇集太阳能电池组生产的电力，汇流箱汇集后的电力通过电缆与DC/AC转换器连接调节为基准电压的交流电并最终连接至微电网母线。
3)所述风力发电系统由风力发电机、变压器组成。
所述风力发电机生产电力并通过电缆与变压器连接调节到基准电压并最终连接至微电网母线。
4)所述储能系统由AC/DC双向转换器、蓄电池组、超级电容组和微电网母线组成。
光伏发电系统、风力发电系统、外部电网接入系统通过各类变压器/转换器调节到基准电压并最终连接至微电网母线，微电网母线是联合生产系统的汇合点，所有的能源都以交流电的方式汇总到微电网母线上，再进行分配。
所述微电网母线通过电缆连接AC/DC双向转换器，AC/DC双向转换器分别通过电缆与蓄电池组和超级电容组等电能的储存装置连接。
5)所述电解水制氢系统由AC/DC转换器、电解水装置和氢气提纯装置组成。
所述AC/DC转换器、电解水装置、氢气提纯装置依次连接，AC/DC转换器将来自微电网母线的交流电转换为直流电输送给电解水装置，电解水装置产生的粗氢气经过氢气提纯装置后成为高纯合格产品氢气，经检测合格的氢气将送至氢气液化系统进行液化，电解水装置产生的氧气就地利用或排空。
所述电解水装置可以是碱性液体水电解槽、固体聚合物(PEM)水电解槽或固体氧化物(SOEC)电解槽，可以根据不同建设规模与项目建设条件情况确定不同的电解水工艺。
所述氢气提纯装置的组成包括气液分析器、除盐水洗涤器、冷却器、汽水分离器、脱氧塔、TSV干燥塔等一系列的氢气干燥、除氧设备组成。并跟随制得氢气利用对象而产生氢杂质要求不同会增减设备搭配合理的流程。
6)所述氢气液化系统由氢气储存增压装置61、氢气预冷装置62、氢气液化装置63、液氢储存装置64、液氢蒸发气压缩机65和液氢泵66组成。
如图2所示，所述氢气储存增压装置61、氢气预冷装置62、氢气液化装置63、液氢储存装置64、液氢泵66依次连接。与所述电解水制氢系统的氢气提纯装置连接的氢气储存增压装置61配置有氢气球罐，可以缓存高纯度氢气，同时在罐区配置有增压压缩机可以将高纯度氢气提高压力送入氢气预冷装置62，在氢气预冷装置62通过混合冷剂换热器换热后形成低温气氢(一般温度为-150℃左右)再送至氢气液化装置63，低温氢气在氢气液化装置63被液化成液氢(-253℃左右)并完成正仲转换(仲氢含量比例超过99％)后送入液氢储存装置64进行长期储存，液氢储存装置64储存的液氢在需要时通过液氢泵66外输至超导能源管道系统，液氢储存装置64中蒸发的低温气氢通过液氢蒸发气压缩机65回收至氢气深冷装置(氢气液化装置63)。
所属氢气储存增压装置61一般采用大型球罐进行氢气缓存，考虑氢气已经过了提纯，为了保持氢气的纯度，增压的压缩机将采用隔膜式压缩机、液驱活塞式压缩机、离子压缩机等高密封、无污染氢气压缩机。
所述氢气预冷装置62可以采用混合冷剂制冷循环工艺或复叠式制冷系统工艺，具体换热设备可以采用板式冷箱、绕管式冷箱、蒸发式换热器、管壳式换热器，根据不同比例的预冷混合冷剂会形成不同的预冷温度，如甲烷，乙烷，丁烷，丙烷和氮气等都可以成为预冷混合冷剂组分。
所述氢气液化装置63可以采用氦循环制冷工艺、氢循环制冷工艺、氖循环制冷工艺或者其中2-3种混合组分的制冷工艺，具体设备使用具有液氮保冷设计的冷箱。
所述液氢储存装置64可以是采用双层奥氏体不锈钢和真空绝热(保冷)技术制成的液氢球罐，也不排除采用薄膜技术液氢方形罐技术制成的薄膜型液氢储运模拟舱。
所述液氢泵66为低温潜液泵。
7)所述变压转换系统由变压器、AC/DC转换器组成。
所述微电网母线通过电缆连接变压器，变压器通过电缆连接AC/DC转换器，AC/DC转换器将交流电转换成直流电后送至超导能源管道系统。
8)所述液氮冷能回收系统由液氮气液分离装置81和混合冷剂循环装置82构成。
如图3所示，由超导能源管道系统返回的较高温度液氮送至液氮气液分离装置81，经由液氮气液分离装置81气液分离后冷却的液氮送至氢气液化装置63作为氢液化伴冷液，气相低温氮气则送至混合冷剂循环装置82作为换热冷源，混合冷剂循环装置82出口已复热的氮气将就地排放大气。来自氢气预冷装置62的高温混合冷剂在混合冷剂循环装置82中被冷却成液态后成为低温混合冷剂送至氢气预冷装置62对氢气进行初步冷却。氢气液化装置63里的伴冷液氮会因为环境漏热逐渐气化，气化后的低温氮气将送至混合冷剂循环装置82作为换热冷源。
9)所述超导能源管道系统由超导接入装置91、氢电混合输送管道92和超导接出装置93构成。
如图4所示，来自变压转换系统的直流电和来自氢气液化系统的液氢从超导接入装置91接入后通过氢电混合输送管道92运输至超导接出装置93，来自液氮供给系统的液氮从超导接出装置93接入后通过氢电混合输送管道92反向运输至超导接入装置91，由超导接入装置91返回的较高温度液氮送至液氮气液分离装置81。
所述氢电混合输送管道92是将超导电缆与液氮输送管道、液氢输送管道、保温绝热层等相结合，实现在输送液氢、回送液氮的同时支持超导电缆的冷却，进而形成一体化能源输送管道。氢电混合输送管道92的一种结构如图5所示，主要包括：液氢输送管道71、电绝缘层72、超导体73、屏蔽层74、支撑滑块75、液氮伴冷管道76、保温绝热层77等，该结构的最内层为液氢输送管道71，在液氢输送管道71的外层设置超导输电线路，所述超导输电线路包括从内到外依次设置的电绝缘层72、超导体73、电绝缘层72、超导体73、电绝缘层72和屏蔽层74；在超导输电线路外依次为液氮伴冷管道76和保温绝热层77，在保温绝热层77内壁设置支撑滑块75，用于对超导输电线路进行支撑。氢电混合输送管道92的另一种结构如图6所示，主要包括：液氢输送管道71、电绝缘层72、超导体73、屏蔽层74、支撑滑块75、液氮伴冷管道76、保温绝热层77、铜骨架78、传导冷却部件79等，该结构的最内层为液氢输送管道71，在液氢输送管道71外均布若干根超导输电线路，所述超导输电线路包括从里到外依次设置的铜骨架78、超导体73、电绝缘层72和屏蔽层74，在超导输电线路之间设置传导冷却部件79；在超导输电线路外依次为液氮伴冷管道76和保温绝热层77，在保温绝热层77内壁和传导冷却部件79之间设置支撑滑块75，用于对超导输电线路进行支撑。本发明涉及的超导体可以是BSCCO高温超导带材、YBCO高温超导带材、铜基氧化物高温超导带材或铁基超导带材；液氢和液氮输送管道可以是304不锈钢或者316不锈钢；电绝缘层可是绝缘纸、橡胶、塑料、玻璃、陶瓷等；传导冷却部件和支撑滑块可由铝合金、铜、不锈钢、石墨或碳纤维制作；铜骨架为编织软铜线或铜管；保温绝热层可以是聚氨酯、异三聚氰酸酯或柔性泡沫橡胶绝热制品。
所述超导接入装置91、超导接出装置93是用来分离液氮、液氢、电力的设备，如图7所示，主要包括液氮储罐94、高压套筒95、液氢储罐96。在液氮储罐94上设置有高压套筒95、氢电混合输送管道接口、液氢输送管道接口和液氮接出或接入口(超导接入装置的为液氮接出口，超导接出装置的为液氮接入口)；在液氢储罐96上设置有液氢输送管道接口和液氢接入或接出口(超导接入装置的为液氢接入口，超导接出装置的为液氢接出口)。由于氢电混合输送管道92的液氮管道在最外面，因此从超导接出装置93的液氮储罐(图7中为右边的液氮储罐94)接入的液氮通过氢电混合输送管道92后最先分离进超导接入装置91的液氮储罐(图7中为左边的液氮储罐94)；同时液氮储罐94上设有高压套筒95进行超导电流的接入/接出(图7中左边的高压套筒95进行超导电流的接入，右边的高压套筒95进行超导电流的接出)；由于氢电混合输送管道92的液氢在最内层，因此从超导接入装置91的液氢储罐(图7中为左边的液氢储罐96)接入的液氢通过氢电混合输送管道92后最后分离进超导接出装置93的液氢储罐(图7中为右边的液氢储罐96)。
10)所述转换变压系统由DC/AC转换器和变压器构成。
所述DC/AC转换器将来自超导接出装置93的直流电转化为交流电，通过变压器将电能输送至国家电网。
11)所述液氢冷能回收系统由液氢储存装置11、氖气换热装置12、乙二醇换热装置13组成。
如图8所示，由超导接出装置93输送而来的液氢通过管道接入液氢储存装置11缓存，一部分液氢作为液氢产品通过液氢装车泵装载至液氢槽车进行对外销售，另一部分液氢通过管道连接至氖气换热装置12进行第一次冷能回收，氖气换热装置12出口的低温氢气通过乙二醇换热装置13进行第二次冷能回收，最终生成的常温氢气送至氢气发电系统进行调峰发电。
所述液氢储存装置11以是双层奥氏体不锈钢和真空绝热(保冷)技术的液氢球罐或者薄膜型液氢储罐。
所述氖气换热装置12可以是板式冷箱、绕管式冷箱、蒸发式换热器、管壳式换热器等结构。
所述乙二醇换热装置13可以是管壳式换热器。
12)所述氢气发电系统由氢气预热器31、氢气发电机32和变压器33组成。
如图9所示，液氢冷能回收系统送来的常温氢气首先通过管道送入氢气预热器31对发电生产的高温尾气/热水的热量进行回收，氢气预热器31出口的较高温度的氢气送至氢气发电机32进行发电，由氢气发电机32生产的电力通过电缆连接至变压器33，变压后的电力外输至国家电网消纳。
所述氢气预热器31可以是板式换热器或管壳式换热器。
所述氢气发电机32为氢气燃气轮机。所述氢气发电机32也可以是质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池，所述燃料电池发的直流电，在并入国家电网前需要增设DC/AC转换器转成交流电。
13)所述液氮供给系统(空气分离/外购液氮系统)由空气增压装置34、空气预冷装置35、空气预处理装置36、空气液化装置37、氧氮分离装置38、低温氮气压缩机39、液氮储罐40、液氮泵41组成。
如图10所示，所述空气增压装置34吸入空气进行增压形成的压缩空气，通过管道输送至空气预冷装置35冷却，冷却后的空气通过管道连接至空气预处理装置36脱除空气中的水分和粉尘，空气预处理装置36出口的纯净冷空气通过管道送入空气液化装置37，空气液化装置37采用氖气为循环介质，将氖气通过管道送至氖气换热装置12进行换热(对液氢进行气化)，氖气换热装置12换热之后生成的液态氖气返回空气液化装置37对空气进行液化，液化后的空气通过管道送入氧氮分离装置38将氧气液化分离出去，用于提高发电效率或者直接对外销售液氧，氧氮分离装置38蒸发的低温氮气通过低温氮气压缩机39增压后再次通过管道送入空气液化装置37并生成液氮，最后通过管道送入液氮储罐40储存(当液氢冷能不足时，采用直接外购其他空分厂生产的液氮)，在需要时则通过液氮泵41输送至超导接出装置93去维持氢电混合输送管道系统的液氮伴冷。
来自乙二醇换热装置13的低温乙二醇送至空气预冷装置35对压缩空气进行冷却后，成为高温乙二醇返回至乙二醇换热装置13与来自氖气换热装置12的低温氢气进行换热。

Claims (8)

1.一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：包括外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统、超导能源管道系统、转换变压系统、电解水制氢系统、氢气液化系统、液氢冷能回收系统、氢气发电系统、液氮供给系统和液氮冷能回收系统，其中：外部电网接入系统、光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、变压转换系统和电解水制氢系统均与微电网母线连接；电解水制氢系统、液氮冷能回收系统均与氢气液化系统连接；变压转换系统、氢气液化系统和液氮冷能回收系统均通过超导能源管道系统分别与转换变压系统、液氢冷能回收系统和液氮供给系统连接；液氢冷能回收系统分别与氢气发电系统和液氮供给系统连接；所述超导能源管道系统由超导接入装置、氢电混合输送管道和超导接出装置构成；其中：
所述超导接入装置包括液氮储罐和液氢储罐，在液氮储罐上设置有高压套筒、氢电混合输送管道接口、液氢输送管道接口和液氮接出口；在液氢储罐上设置有液氢输送管道接口和液氢接入口；所述超导接出装置包括液氮储罐和液氢储罐，在液氮储罐上设置有高压套筒、氢电混合输送管道接口、液氢输送管道接口和液氮接入口；在液氢储罐上设置有液氢输送管道接口和液氢接出口；
所述液氮冷能回收系统由液氮气液分离装置和混合冷剂循环装置构成，所述液氮气液分离装置与氢气液化装置连接，所述氢气液化装置与混合冷剂循环装置连接，所述混合冷剂循环装置与氢气预冷装置之间构成混合冷剂循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述氢电混合输送管道的最内层为液氢输送管道，在液氢输送管道的外层设置超导输电线路，在超导输电线路外依次为液氮伴冷管道和保温绝热层，在保温绝热层内壁设置支撑滑块。
3.根据权利要求2所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述超导输电线路包括从内到外依次设置的电绝缘层、超导体、电绝缘层、超导体、电绝缘层和屏蔽层。
4.根据权利要求1所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述氢电混合输送管道的最内层为液氢输送管道，在液氢输送管道外均布若干根超导输电线路，在超导输电线路之间设置传导冷却部件，在超导输电线路外依次为液氮伴冷管道和保温绝热层，在保温绝热层内壁和传导冷却部件之间设置支撑滑块。
5.根据权利要求4所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述超导输电线路包括从里到外依次设置的铜骨架、超导体、电绝缘层和屏蔽层。
6.根据权利要求1所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述氢气液化系统包括依次连接的氢气储存增压装置、氢气预冷装置、氢气液化装置和液氢储存装置。
7.根据权利要求1所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述液氮供给系统包括依次连接的空气增压装置、空气预冷装置、空气预处理装置、空气液化装置和氧氮分离装置，所述氧氮分离装置依次与低温氮气压缩机、空气液化装置、液氮储罐储存和液氮泵连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统，其特征在于：所述液氢冷能回收系统由液氢储存装置、氖气换热装置和乙二醇换热装置依次连接组成；所述氖气换热装置与空气液化装置之间构成氖气循环系统；所述乙二醇换热装置与空气预冷装置之间构成乙二醇循环系统。
CN202111191593.0A 2021-10-13 2021-10-13 一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统 Active CN113922371B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111191593.0A CN113922371B (zh) 2021-10-13 2021-10-13 一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111191593.0A CN113922371B (zh) 2021-10-13 2021-10-13 一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113922371A CN113922371A (zh) 2022-01-11
CN113922371B true CN113922371B (zh) 2023-05-26

Family

ID=79240111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111191593.0A Active CN113922371B (zh) 2021-10-13 2021-10-13 一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113922371B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113756955B (zh) * 2021-08-24 2022-08-23 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 燃气轮机发电系统和发电方法
CN114738662A (zh) * 2022-04-02 2022-07-12 中山先进低温技术研究院 一种基于液氢储能的可再生能源综合利用系统和方法
CN115307062A (zh) * 2022-08-08 2022-11-08 成都精智艺科技有限责任公司 一种带液氮冷屏的直流超导液氢能源管道系统
CN115719969A (zh) * 2022-11-29 2023-02-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 海上风电直流系统
CN115875204A (zh) * 2022-11-29 2023-03-31 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 海上风电交流系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354087B1 (en) * 1998-05-22 2002-03-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd Method and apparatus for cooling superconductor
CN105162158A (zh) * 2015-09-29 2015-12-16 四川师范大学 一种液氢-液氧-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统
CN105305506A (zh) * 2015-09-29 2016-02-03 四川师范大学 一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法
CN109854825A (zh) * 2019-02-28 2019-06-07 天津大学 液氢-液化天然气-高温超导混合能源传输管道
CN113013903A (zh) * 2021-03-07 2021-06-22 天津大学 一种多能源复合超导微网系统
CN113422436A (zh) * 2021-07-08 2021-09-21 中国长江三峡集团有限公司 可再生能源电解水制氢实现超导储能与利用的系统及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015002200A1 (ja) * 2013-07-01 2015-01-08 学校法人中部大学 超伝導送電システムと冷却方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354087B1 (en) * 1998-05-22 2002-03-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd Method and apparatus for cooling superconductor
CN105162158A (zh) * 2015-09-29 2015-12-16 四川师范大学 一种液氢-液氧-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统
CN105305506A (zh) * 2015-09-29 2016-02-03 四川师范大学 一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法
CN109854825A (zh) * 2019-02-28 2019-06-07 天津大学 液氢-液化天然气-高温超导混合能源传输管道
CN113013903A (zh) * 2021-03-07 2021-06-22 天津大学 一种多能源复合超导微网系统
CN113422436A (zh) * 2021-07-08 2021-09-21 中国长江三峡集团有限公司 可再生能源电解水制氢实现超导储能与利用的系统及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
液氢超导磁储能及其在能源互联网中的应用;沈郁;姚伟;方家琨;文劲宇;;电网技术(第1期);全文 *
高压直流输电系统中的超导技术;陈星;舒世玉;;工业计量(第1期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113922371A (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113922371B (zh) 一种基于超导技术的超长距离氢电混合输送集成系统
US7233079B1 (en) Renewable energy electric power generating system
CN109854825B (zh) 液氢-液化天然气-高温超导混合能源传输管道
CN113054750B (zh) 一种清洁氢与可再生能源氢联合生产系统
CN112448413B (zh) 一种近零碳排放的分布式能源供给系统及方法
Chen et al. Hospital-oriented quad-generation (HOQG)—A combined cooling, heating, power and gas (CCHPG) system
Chen et al. Techno-economic study of a 100-MW-class multi-energy vehicle charging/refueling station: Using 100% renewable, liquid hydrogen, and superconductor technologies
CN109140064B (zh) 一种低温燃料传导冷却的超导能源管道
CN113422436B (zh) 可再生能源电解水制氢实现超导储能与利用的系统及方法
CN115307062A (zh) 一种带液氮冷屏的直流超导液氢能源管道系统
Fu et al. Hydrogen-electricity hybrid energy pipelines for railway transportation: Design and economic evaluation
US20230138866A1 (en) Energy storage device for water electrolysis hydrogen production coupled with low temperature and energy storage method
CN114498756A (zh) 一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统
Demko et al. Thermal management of long-length HTS cable systems
CN213341659U (zh) 一种近零碳排放的分布式能源供给系统
CN217784864U (zh) 一种带液氮冷屏的直流超导液氢能源管道系统
JP7439368B2 (ja) グリーンエネルギー輸送システム及びエネルギー輸送方法
Hartikainen et al. Environmental advantages of superconducting devices in distributed electricity-generation
Andrijanovitš et al. New method for stabilization of wind power generation using energy storage technology.
CN203039627U (zh) 一种冷能温差发电装置
CN116039854A (zh) 大型可再生能源制氢液化储运海上平台
Chen et al. A concept of hybrid energy transfer considering the multipurpose utilization of liquefied shale gas, liquefied nitrogen and superconducting DC cable
CN214734561U (zh) 一种清洁氢与可再生能源氢联合生产系统
Makida et al. Design of SMES system with liquid hydrogen for emergency purpose
Tywoniuk et al. Storage of wind power energy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant