[發明專利]用于直流電傳輸的設備和冷卻方法

有效

• 申請號: 201680029672.2
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN107646134B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: T.阿爾恩特;J.格倫德曼;D.伊馬莫維奇;A.鮑爾;W.尼克;M.滕策;P.范哈瑟爾特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01B12/16
• 分類號: H01B12/16;H02G15/34
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 孟婧

本發明涉及一種用于直流電傳輸的設備，其具有超導的傳輸線路(3)和冷卻設備，所述傳輸線路具有至少一個超導的導體元件(5)，所述冷卻設備用于借助流體冷卻劑(11)將傳輸線路(3)的徑向內部區域(9)冷卻至超導的導體元件(5)的轉變溫度以下的溫度。超導的傳輸線路(3)具有真空絕緣的殼體(13)，用于將傳輸線路(3)的徑向內部區域(9)與較熱的外部環境熱學隔離。冷卻設備還包括至少一個饋送設備，用于在傳輸線路的端部區域處將冷卻劑饋送到傳輸線路的內部區域中。傳輸線路的縱向延伸為至少20km并且在所述長度上不具有布置在軸向內部的、用于饋送冷卻劑的饋送設備。本發明還涉及一種用于將這種設備中的超導的導體元件冷卻至其轉變溫度以下的溫度的方法，其中，流體冷卻劑只在傳輸線路的一個或兩個端部區域處饋送到傳輸線路的內部區域中。

本發明涉及一種用于直流電傳輸的具有帶至少一個超導的導體元件的超導傳輸線路的設備和一種用于借助流體冷卻劑將傳輸線路的徑向內部區域冷卻至超導的導體元件的轉變溫度(亦稱“躍變溫度”)以下的溫度的冷卻設備。本發明還涉及一種用于冷卻這種設備中的超導的導體元件的方法。

存在對于在較長距離上低損耗地傳輸電流的傳輸線路的需求。在遠距離的高電功率傳輸中，交流電線路越來越不合適，因為傳輸線路的自感導致較高的交流電損耗。因此，對于幾十千米以上的距離，直流電傳輸線路更適合低損耗地傳輸較高的電功率。對于這種直流電傳輸，大多將可供使用的交流電整流，作為直流電傳輸并且接著借助逆變器站重新饋送到交流電網中。尤其由于與用電器距離較遠的再生式產生的能量的不斷提高的連接功率，對于這種在較長距離上傳輸較高電功率的設備的需求不斷提高。為了能夠傳輸這種高功率，將越來越高的電壓用于直流電傳輸，例如額定電壓為320kV或者525kV。傳統的普通導電的線路的缺點在于其有限的承載電流的能力，這導致在很多情況下必須平行地鋪設多條線路以傳輸所需的功率。這導致過高的成本并且也部分導致較大的空間需求。在設計為架空線時，單獨的線路之間必須保持較大距離，以避免其間的電壓擊穿。在通過纜線連接的導體進行傳輸時，導體必須在纜線內部通過足夠耐壓的電介質相對于環境絕緣。這些絕緣的纜線通常作為鋪設在水下的海底電纜和/或作為鋪設在地下的電纜使用。在使用銅作為導體材料時，為了傳輸較大的電流需要較大的導體橫截面，因此例如用于約3GW的功率的海底電纜通常已經作為分隔的線路鋪設用于雙極傳輸。為了節省成本有利的是，線路也能對于這樣高的功率范圍作為雙極線路設計具有兩個共同導引的導體。普通導電的傳輸線路用于高壓直流電傳輸的另一缺點在于，所需的較厚的介電的絕緣層同時絕熱。這種絕熱效應與由于電損耗產生的熱量相結合使得這些傳輸線路在較高的功率中距離升溫，這可能導致材料、尤其是絕緣層損壞。因此，通過傳輸線路傳輸的功率通常也受到導體升溫的限制。

為了解決這種直流電線路的較低電流承載能力的問題，建議了具有超導的導體元件的直流電線路，所述超導的導體元件能夠幾乎無損耗地并且以非常高的電流密度傳輸電流。然而，超導的導體元件必須在這些線路中通過附加的冷卻設備冷卻至超導體的轉變溫度以下的運行溫度。所述運行溫度根據超導材料的選擇可能例如在4K至100K之間。在已知的超導傳輸線路中，通過流體冷卻劑在封閉的循環中循環通過線路內部實現冷卻。在此，對于10km以上的較大線路長度使用中間冷卻站，以便將在線路的部分區段上升溫的冷卻劑再冷卻并且重新饋送到線路內部。在此，沿著線路長度流動的冷卻劑既由于與環境的熱耦合也由于機械摩擦和剩下的電損耗而升溫，使得從某個線路長度起在沒有這種中間設置的冷卻站的情況下不再能確保超導體的所需運行溫度。這種中間冷卻站的使用一方面導致相對較大的設備耗費。當在土地之上或之中鋪設傳輸線路時可能尚能實現這種中間冷卻站的安裝，但在將較長的超導傳輸線路用作海底電纜時，這些中間冷卻站由于需要安裝在水下區域中而在技術和經濟上完全不具有吸引力。

因此，本發明所要解決的技術問題在于，提供一種用于直流電傳輸的設備，其克服了所述的缺點。尤其應提供一種設備，其以較低的設備耗費實現了在較遠距離上的高電功率傳輸。

本發明所要解決的技術問題還在于，提供一種用于冷卻這種設備中的超導的導體元件的方法。