LNG冷能利用技术的进展和期望

魏子刚　刘桥

[摘    要]随着我国能源资源以及社会经济的综合发展现状，天然气在我国的能源资源应用中的比重在不断提高，液化后天然气的运输和储存也得到了广泛的应用。当前，国内液化天然气冷能的综合利用是一个新兴和不断发展的领域，相关技术领域也在迅速发展。LNG冷能的级联利用是目前最有效的冷能利用形式，级联利用LNG冷能提高冷能利用率，是当前我国节能环保的重要手段之一。

[关键词]LNG;冷能;技术

[中图分类号]TE646 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–000–03

Progress and Expectations of LNG Cold Energy Utilization Technology

Wei Zi-gang，Liu Qiao

[Abstract]With the comprehensive development of my country's energy resources and social economy， the proportion of natural gas in the application of energy resources in my country is constantly increasing， and the transportation and storage of natural gas after liquefaction have also been widely used. At present， the comprehensive utilization of domestic LNG cold energy is an emerging and continuously developing field， and related technical fields are also developing rapidly. The cascade utilization of LNG cold energy is currently the most effective form of cold energy utilization. The cascade utilization of LNG cold energy to improve the utilization rate of cold energy is currently one of the important means of energy conservation and environmental protection in my country.

[Keywords]LNG; cold energy; technology

近年來，我国颁布了一系列节能减排政策，越来越重视高效节能、清洁能源的使用。LNG具有不少的优点，不仅储运方便，而且是目前最清洁的化石能源，具有极大的节能减排和提高能源经济效益的优势，对LNG冷能回收利用技术的研究已成为支持我国LNG产业可持续健康发展的重要手段。从目前的情况来看，国内外对液化天然气冷能利用的研究成果仍然相对有限，冷能大多数仅用于冷藏、干冰制备和发电等单一技术方面，综合利用效率有限。当前，许多科学家仍在对LNG冷能利用进行研究，已经取得了一定的成果，值得学习和借鉴，以缩短我国在天然气冷能利用与其他国家的差距，进一步提高LNG冷能利用技术的综合利用水平。

1 利用原理和应用价值

（1）由于周围环境的温度和压力与LNG的温度和压力之间的差异，通过在LNG的转化过程中从转化过程中回收和存储能量，可以实现LNG的冷却。在实际应用中，LNG转化后可以与周围环境达到平衡，借助能流公式，计算出转化的最大效能和有用功。同时，分析系统压力和环境温度，合理控制总制冷火用和液化天然气压力。液化天然气在标准大气压下，在液化天然气降温转化的过程中，如果能够实现充分的电能转化，那么每吨天然气将会释放非常高的冷能供以使用，具有非常高的经济价值。此外，如果能够实现通过液化天然气冷能的级联利用，可以相应减少对石油、煤炭等资源的需求和利用，进而缓解对其他能源的需求，缓解能源紧张和不足的问题。由于LNG冷能资源的清洁特征，具有传统能源不具备的清洁的特征，与当前我国实行绿色经济发展的目标是吻合的，具有很高的环境和经济效益。

（2）液化天然气冷能利用的现状，液化天然气冷能的回收利用主要包括直接形式和间接形式2种形式。其中，海水淡化、低温发电和干冰制造是回收和利用的直接形式。间接利用的方法包括在空气分离后将液氮，液氧和液氩进行低温破碎，以及冷冻食品。根据2种不同的回收利用方式会采取不同的循环系统利用方式，天然气冷能利用会进一步改善动力系统来提高冷能利用过程的发电量。有些天然气冷能利用则是使用相对独立的低温动力循环系统进行发电。比如，直接膨胀，二次制冷剂等循环方法。冷能利用还可以用于空气液化和分离，这种分离技术具有一定的优越性，有利于降低过程中的能量消耗，进而实现更一步的能源节约目的。当前，有我国市场上很多方法可以用于LNG进行空气分离的内容。例如，LNG冷却循环空气的天然气发电系统。

传统的冷库使用多级压缩式制冷设备造成了很大的功率损耗。在冷库中使用回收的LNG冷能有利于消除对冰箱的需求，进而节省了大量的初期投资和运营成本以及大量电力，具有明显的经济效益。如图1所示。

2 冷能利用问题

（1）当前，我国冷能利用进展缓慢，利用方法也较为单一。尽管目前液化天然气冷能利用的范围非常广泛，但是许多项目仍在计划和建设中，并且实施项目不能适应储藏和分配站的运行。由于技术上的限制，LNG冷能的开发利用不够全面，LNG冷能的利用方法非常单一，而且利用效率也很低。

（2）冷能利用供气技术相对落后。天然气冷能技术使用之前，需要使用低温泵来增加液化天然气的压力，然后通过加热和气化技术将天然气加工到管道网络中。通过一定数量的实践与经验过程，能够看到当LNG达到大于8 MPa的压力时，大约2/3的冷能可以转化为压力。然而，由于目前的冷能利用工艺技术还不够先进，资源无法在转化过程中得到充分利用，就容易产生大量的能源资源浪费，降低了利用率，不利于实现冷能技术利用的初衷。

（3）LNG储配站和卫星站的总体配置与用户需求之间存在差异和不足。天然气的使用需求会受一定时间节点的影响，与昼夜变化和季节密切相关，并随昼夜变化而波动，这导致存储和存储的气化负荷需求发生较大变化。然而下游气体需求与冷却能用户冷能利用的需求存在出入，具有一定的困难。此外，LNG储配站的设计和规划也存在很大问题。比如，储配站的地理位置是否便利，数量规划是否存在问题，这些问题看似普通，其实会对冷能利用的实际的大规模推广具有重要意义。

3 冷能利用技术的发展

作为高级的低温能源资源类型，在国内的利用已成为现实，在国外由于开始较早，冷能的利用水平似乎更高，有些经验值得借鉴和学习。近年来，我国从国外进口了大量的液化天然气，其研究人员还利用液化天然气冷能进行了广泛而深入的研究。其中，利用LNG冷能进行空分已开发出了完备的知识产权和技术，并得到了一定的工业化发展，已经进入了小具规模的工程应用阶段。但是，我国的冷能利用仍然存在一些问题。例如，LNG冷能供应利用综合效率交低，冷能发电普及难度大等问题。

同时，由于我国冷能利用工业发展缓慢，低温碎橡胶和干冰的粉碎下游需求和对投资收益的限制没有引起足够的重视。因此，需要学习和借鉴外国的一些冷能利用技术经验和教训，不断促进我国冷能利用技术发展，实现冷能利用的普及和产业化发展。此外，对于能源资源的开发和利用离不开政府政策的支持。因此，政府应从政策层面引导和鼓励建设天然气冷能利用产业，加速冷能利用综合利用园区的建设和推广，实现我国冷能利用的综合和跨越式发展。同时，积极进行规划，综合考虑各种因素，对用户、冷能储备站等进行调查和规划，引导冷能利用产业的科学化发展，以最大限度的利用冷能，推动冷能利用产业化发展，解决当前能源利用存在的困难和难题。

与此同时，发展天然气冷能技术应用的企业应注意抓住政策支持，借助政策优势和有利的社会环境，积极开展天然气冷能有效利用的技术的研究开发，以促进LNG冷能的利用。由于当前天然气冷能利用的途径相对单一，无法充分利用大量的LNG冷能。为了提高冷能利用的长远发展，不能进行盲目地开发和利用，必须进行开展可利用LNG冷能技术新领域的开发和研究，增强我国天然气冷能利用的使用范围和发展后劲，只有不断发展创新、高附加值的LNG冷能技术，才能促进冷能产业更好的发展。

众所周知，液化天然气不仅是重要的燃料和化学原料，而且还含有大量的冷能。随着国际油价的不断上涨以及能源和电力成本的大幅上涨，液化天然气冷能的利用已引起越来越多的关注。同时，伴随我国追求生态环境效益和绿色经济发展的环境下，大力推行冷能技术利用也是符合我国经济发展长期规划的目标的，符合国家经济发展长远规划，如果能够合理利用这一契机，将会给我国冷能利用产业发展带来很大的机遇。目前，我国的天然气用量在不断提升，对天然气能源的运用要求也越来越高。为了解决这一问题，当前已经在不少城市建立了完善的天然气冷能利用储备战，相关的机器设备质量和科技含量也有所提高，已经取得了很好的利用效果，具有很强的发展潜能。如图2所示。

4 结束语

合理利用LNG冷能对社会发展具有积极意义。由于技术限制，巨大的冷能尚未得到充分利用。面对当前LNG冷能技术利用中存在的问题，必须积极应对，及时做好规划和创新，继续开发利用冷能新领域，分析利用政府政策，不断提高LNG效率冷能利用，并积极计划实现LNG冷能技术的稳定利用和利用发展。同时，根据现有的各种LNG冷能级联利用方案，对天然气冷能利用进行不断探索，提高当前LNG冷能利用效率。但是，冷能利用技术应用方面仍存在不少问题，会相对限制冷能技术的利用和发展情况。因此，应对冷能产业综合考量，在大力开展LNG冷能综合利用研究的同时，应更多地考虑如何推进冷能利用的实效性，如何安排LNG冷能利用的规模化发展以及安全性和产业化应用。

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