[发明专利]超导直流能源管道系统及其动态稳定性判断方法

说明书

本发明提出一种超导直流能源管道系统以及动态稳定性判断方法，所述超导直流能源管道系统包括：高温超导直流电缆、液体绝缘层(30)、液化天然气(20)、绝热层(10)和反辐射膜；所述方法将超导直流能源管道中液化天然气的沿程温度分布抽象为一个理论表达式，然后将超导电缆的失超温度与管道末端液化天然气温度进行比较，若失超温度与管道末端温度之差大于等于管道温度裕量，则超导直流能源管道能能够稳定运行。本发明方法能够应用于超导直流能源管道的液化天然气流量和管道尺寸设计。

技术领域

本发明属于超导直流能源管道设计领域，更具体地，涉及超导直流能源管道系统及其动态稳定性判断方法。

背景技术

超导直流能源管道同时传输大容量电能和液化天然气，在未来能源输送网络中意义重大。液化天然气所需要的低温环境刚好满足高温电缆的运行需求，这使得管道中无需多余的制冷设备，管道的经济性得到增强。

天然气的主要成分是甲烷，其凝固温度在90K左右，通过在液化天然气中添加乙烷、丙烷等天然气次要成分可利用混合物固液平衡特性使其凝固点降低，最低可降至61K左右，故继而可通过制冷技术使液化天然气的温度降至85K-90K左右。

但在超导直流能源管道中，由于管壁周向漏热，液化天然气作为冷却介质将不断吸收热量，并且沿管道传输方向其温度将不断增加。天然气的温度增加后，超导电缆的载流能力将下降，并在达到超导电缆的临界温度时，电缆将失超，导致管道无法正常运行。

由此可知，在一定管道传输距离下，通过液化天然气的流量预测管道末端的温度，判断能源管道能否稳定运行，这对于管道设计具有重大意义。

现有技术中，超导直流能源管道的相关设计方法还很少，本专利提出一种考虑液化天然气流量的超导直流能源管道动态稳定性判据，这对于超导直流能源管道的发展以及未来的能源传输系统升级具有深远影响。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种考虑液化天然气流量的超导直流能源管道系统及动态稳定性判断方法。

本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种超导直流能源管道系统，包括：高温超导直流电缆、液体绝缘层、液化天然气、绝热层和反辐射膜，在液体绝缘层内侧，高温超导直流电缆与液体绝缘层相互平行设置；所述液化天然气设置在液体绝缘层外侧，绝热层和反辐射膜内侧。

优选地，所述高温超导直流电缆包括：铜支撑管、超导带材和绝缘层；铜支撑管位于所述高温超导直流电缆的中心，超导带材设置在铜支撑管的外周，绝缘层设置在超导带材的外周。

优选地，所述超导带材为Bi2223超导带材，所述绝缘层为聚丙烯层压绝缘层，所述液体绝缘层包括液氮。

本发明的另一方面还提供了一种超导直流能源管道系统动态稳定性判断方法，包括以下步骤：

步骤1，获取超导直流能源管道的设计参数，包括：管道的外径、管道的传输距离、管道外层与环境之间的换热系数、环境温度、液化天然气整体平均温度；建立管道的周向漏热模型；

步骤2，建立液化天然气在管道首末端的温差模型；

步骤3，以步骤1和步骤2中的管道的周向漏热模型和管道首末端的温差模型，计算液化天然气在管道末端上的温度；

步骤4，计算高温超导直流电缆的临界温度与步骤3获得的液化天然气在管道末端上的温度的差值，所述差值不超过管道温度裕量则超导直流能源管道系统能够稳定运行。

优选地，步骤1中，以如下公式表示管道的周向漏热模型，

Q＝πDLh(T_ext-T_e) (1)

式中：

Q表示管道的周向漏热，