7月16日，在国家电网有限公司特高压杆塔试验基地，中国电力科学研究院有限公司牵头研发的电力与液化天然气混输超导直流能源管道工程样机通过相关领域专家组评审。该能源管道样机项目是国家重点研发项目“超导直流能源管道的基础研究”的子课题。
样机实现了超导直流电缆输电与液化天然气同管道协同输送，其中超导电缆直流运行电压为±100千伏、运行电流为1000安，液化天然气输送流量为100升每分钟。
超导能源管道样机通过24小时满负荷运行试验
一节长为31.2米、管径为24.5厘米的管道两端，既有输变电设备，又有液化天然气压缩设备。一套低温制冷系统让管道内温度维持在91.6开尔文至93.2开尔文之间，直流电流和液化天然气在管道内实现一体化输送。这就是超导能源管道试验运行的工况。
“低温是实现电力与液化天然气混输的先决条件。”中国电科院储能与电工新技术研究所副总工程师、课题负责人丘明介绍说，“超导电缆传输需要维持低温环境，一般采用液氮冷却，而经过超低温液化处理的氢气、天然气、乙烯等液体的温度恒定。”课题实现了液化天然气直接冷却超导电缆，节省了低温制冷系统和真空绝热管道建设成本，具有较好的经济性和运行效率。
电力与液化天然气混输超导直流能源管道工程样机是对未来综合能源输送方式的一次探索。为了降低超导输电的成本，提高氢气、天然气、乙烯的输送稳定性与安全性，课题研究团队攻关主要技术，集成工程样机，并在特高压杆塔试验基地建设了相应的试验设备。
7月15日，随着“开启低温阀门，注入液化天然气”操作指令的下达，液化天然气在制冷系统低温泵的推动下，缓缓地从储液罐注入超导能源管道，并顺利建立起冷却循环。管道温度、压力正常，液化天然气流量满足设计要求，超导电缆直流输电正负回路升流至1000安，电压加载至±100千伏并稳定运行。7月16日，超导能源管道样机通过24小时满负荷运行试验。电力与液化天然气混输超导直流能源管道成为探索解决多种能源集中输送的新方案。
科学设计超导能源管道样机电-液同传控制流程
“液化天然气混合工质温度达91.8开尔文，适合注入管道。”7月14日，课题项目组工程师陈盼盼在监控室实时关注试验系统中液化天然气的运行状态。
液化天然气是开展这次超导能源管道试验运行的低温液体燃料。西气东输、西电东送等工程陆续启动时，气电同时输送就进入了超导电力技术研究的视野。2018年课题立项之初，项目组就把视线聚焦在氢气、天然气、乙烯三种低温液体燃料上。三种液体燃料常压下的沸点低：氢气为零下252.78摄氏度（20.37开尔文）、天然气为零下161.5摄氏度（111.65开尔文），乙烯为零下103.9摄氏度（169.25开尔文），均具有天然恒定的低温优势。
“沸点是液体沸腾时的温度。理论上认为，超导直流电缆与氢气、天然气、乙烯三种低温液体燃料同输可以替代液氮冷却，简化系统构成，减少综合造价。”丘明解释道。
项目组通过前期调研发现，液氢冷却超导电缆的设想曾在日本和美国提出。但是液氢作为燃料的产能有限，加之极低温制冷的经济性和液氢安全性等问题，短时间内电力-液氢能源管道难以规模化应用。乙烯则是一种重要的基础化工原料，广泛应用于各种有机合成工业，但是它的沸点较高，很难与现有的超导材料运行温度匹配。最终项目组选择液化天然气与超导直流电缆共同构建超导能源管道，实现电力-液态燃料的一体化输送。
2019年8月，“超导直流输电-输气一体化能源管道”原理样机研制成功，进一步验证了超导直流能源管道的技术可行性，推进了超导能源管道工程样机的研发进程。
电力和液化天然气一体化输送是典型的多学科交叉技术。液化天然气在管道中流动冷却超导电缆，涉及电磁分析、传热分析、流体分析和真空绝热等多门学科。项目组深入分析了电力输送、液态燃料输送之间的相互影响，针对不同的适用场景和运行工况，设计了对应的运行方案和控制流程。
保障管道样机全过程测试安全
7月5日，电力与液化天然气混输超导能源管道工程样机试验场地内的全套安全预警系统完成调试。系统可以快速检测液化天然气泄漏并发出警报，提示现场作业人员迅速采取相关措施。
液化天然气易燃易爆，超导电缆输电又存在高压放电隐患。为了确保管道样机运行和测试过程的安全，项目组参考电力行业和石油化工行业安全作业的标准和要求，针对场地环境和试验方案两个方面开展工作。
项目组依托特高压杆塔试验基地，选用防爆型试验设备，在试验场地超导能源管道两个终端的周边，各布设了1个火焰探测传感器和2个可燃气体探测器。同时，项目组在液化天然气储罐和液化天然气混合工质调配区各布设了3个可燃气体探测器，并在整个试验现场布置了20组高清防爆摄像头，全方位观察试验场地情况。此外，工作人员随身携带便携式可燃气体探测器参与现场作业。
在试验方案方面，项目组采用两套电源，分别对样机加载电流和电压，逐步提升至1000安和±100千伏的额定运行值，同时测量管道中液化天然气流量，实现对超导能源管道工程样机综合运行性能的考察。
“电力与液化天然气混输超导直流能源管道工程样机实践了用低温液体燃料冷却超导电缆，共用制冷系统和绝热管道。这种一体化输送的能源管道新方案，符合能源大规模集输的发展趋势，为能源互联网建设提供了可借鉴的技术经验。”丘明说。
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