LNG冷能回收利用过程的经济性分析

傅诚铁

[摘要]随着国民经济的不断发展，以及石油消耗的不断增加，石油作为国际范围内最主要的能源形势已经无法满足国民的正常需求，随之带来的便是天然气和其他类型能源的不断发展利用：相对于其他能源形势，天然气具有经济环保且开发研究利用相对完善等优势，也便成为一种极具利用价值和利用可行性极高的能源。目前，天然气的利用形式，根据保存形态，可以分为气态和液态，其中液态天然气，即LNG，由于可在很大程度上减小存储体积，约为气态的1/625，而成为一种有效的运输存储形式。特别是由于液化后天然气的甲烷含量可达90%，燃烧完全，可减少汽车尾气中污染物特别是PM2.5的排放，对改善空气质量，保护大气环境具有重要的意义。

[关键词]LNG冷能；回收利用；经济性

1LNG冷能的基本常识和利用价值

LNG是天然气经过净化、液化而形成的低温液体（约一162℃），LNG工业近年来在国内外的发展非常迅速。世界上LNG生产应用以年均20%的速度增长。随着中国经济持续快速发展，我国对LNG的需求量也持续增加。由于我国“缺油、少气、富煤”的基本国情，LNG大部分依赖进口。2012年，我们进口LNG为1468万吨，预计到2020年以后，我国年进口LNG件达到6000-1亿吨。在LNG接受站，需要将液态的LNG气化为常温后通过管网输送给用户使用。在气化的过程中，LNG要释放大量的冷能。传统的LNG接受站采用海水开架式汽化器或浸没燃烧式汽化器来气化LNG，不仅浪费了宝贵的冷能，还会对附近海域产生严重的热污染！相关研究表明，对于一个300万吨/年的LNG接收站，扣除消耗于高压外输气体的压力能后，可利用的冷功率为65MW，折合电能约10亿kwh/年。这样说来，2020年我们年进口LNG若达到6000万吨，可利用的冷功率折合的电能为200亿kwh/年。因此，探索LNG冷能的利用意义重大，前景广阔。不论从节能环保方面，还是经济效益方面考虑，LNG冷能利用都具有巨大的潜在价值，成为大家一直来乃至今后长期关注的焦点。

2LNG冷能利用的方式

据有关资料介绍，LNG的冷能利用的方式可以分为直接利用和间接利用两种：[直接利用方式]空气分离、低温发电、冷冻仓库、制造液态的CO，及干冰、海水淡化、汽车冷藏及空调、轻烃分离、空调制冷、蓄冷、建造人工滑雪场等。[间接使用方式]利用LNG的冷能产生的液氮和液氧，如低温破碎、污水处理、冷冻食品、低温医疗等。目前LNG冷能的利用方法主要只是考虑了冷能的回收，而没有考虑品味的利用，从能量的有效利用的角度来讲是不合理的。因此，对LNG冷能进行梯级利用是很好的解决办法。根据LNG冷能用户的温度要求，深冷利用部分主要用于空气分离（-190～-150℃）；中冷部分主要用于低温破碎（-130～80℃），干冰制造（-78℃），人造雪球（-60--10℃）等；次中冷利用主要用于包括冷库（-60-10℃），空调制冷系统（-5-10℃）；浅冷部分主要用于海水淡化、发电等，从而建立起LNG冷能综合梯级利用的集成模型，实现冷能供求双方的合理分配、LNG冷能利用效率的最优化。

3经济效益分析

佛山某铝厂有两个厂房，每个车间每天需要冷量分别为250万大卡和300万大卡，车间一年运行天数为350天。两个设计方案：一是按照常规的空调系统为车间内硫酸提供冷量：二是利用LNG的冷能回收系统为车间内硫酸冷却提供所需的冷量。车间供冷过程中，冷媒水的供回水温度为12-20℃。LNG存储的温度为-162℃。

3.1初投资计算

本文对两种系统进行初投资计算，因本文所研究的系統是整个工厂制冷系统的一部分（办公楼等仍然采用机组制冷），所以在初投资计算时不考虑变配电的造价。常规空调制冷系统的主要设备有：风冷模块机组2台，冷冻泵4台（2用2备），管道阀门系统等。LNG冷能回收系统的主要设备：换热器2台，LNG液泵2台（1用1备），水泵2台（1用1备），承压水罐和管道阀门系统。常规空调系统的配置如表1所示，初投资约为37.6万元，LNG冷能回收系统的配置如表2所示，初投资约为124.66万元。

3.2LNG冷能回收的经济效益计算

常规空调系统每天24小时运行，每个小时的耗电量按式（1）计算：

Q常规耗电=Q主机+Q泵（1）

式中：Q常规耗电一常规空调系统的运行的耗电量，kW·h；Q主机-主机运行的耗电量，kW·h；Q泵-水泵运行的耗电量，kW·h。

根据表1的设备参数，带人数据，可得常规空调每小时的耗电量：

O常规耗电=88.4kW·h

LNG冷能回收系统每天运行24小时，每个小时的耗电量按式计算：

QLNG耗电=QLNG泵+Q泵（2）

式中：QLNG耗电-LNG冷能回收系统的运行的耗电量，kW·hQLNG泵-LNG泵运行的耗电量，kW·hQ泵-水泵运行的耗电量，kW·h。

根据表2中设备参数，带人数据，可得常规空调每小时的耗电量，QLNG耗电=10.8kW·h

采用LNG冷能回收系统，每天的节约额按式（3）计算为：

（3）

式中：yi-各时段的电价，分时段电价如表3所示，元/（kW·h）。

△ti-各电价时段的时长，h△Q-常规空调系统和LNG冷能回收系统的耗电量之差，kW·h带人数据，可得：v节约额=1558.55元厌每天节省的电量按式（4）计算：

△q耗电=24△Q

（4）

式中：△q耗电-常规空调系统与LNG冷能回收系统24小时运行的电量差，kW·h带人数据，可得：△q耗电=1862.4kW·h

一年运行350天，一年节约的用电量为：△q耗电=350×△q耗电≈65.2×104kW·h

一年的节约额为：Y节约额=350≈y节约额/10000≈54.55万元

3.3LNG冷能回收系统的投资回收期计算

常规空调系统的初投资费用为37.6万元，LNG冷能回收系统的初投资费用为124.66万元，则LNG冷能回收的净投资费用为87.06万元。投资回收一净投资费用/节约额=1.6年。

4结论

中国的LNG冷能利用产业，在充分吸取国外成熟技术的基础上，开拓创新，已经拥有了多个自主专利技术。经过多方面的共同努力，一定会在规划、管理、市场运作方面不断获得新的突破，为我们创建循环经济和节约型社会做出应有的贡献。endprint