國內外LNG 冷能利用現狀及存在的問題

張 丹 宋鵬飛 姜夏雪 夏夢瑩

（中海石油氣電集團有限責任公司，北京100028）

根據殼牌2020 年LNG 前景報告顯示，過去10 年由于能源需求的迅速增長，相應的帶來更多清潔能源方面的需求，而LNG 作為清潔能源的重要代表，2019 年中國LNG 進口增加4000 萬噸，仍是全國前三大LNG 增量市場之一，并且預計2040年中國天然氣需求將翻一番[1]。趕上這趟LNG 需求快速增長的高速列車，把握好LNG 自身低溫特性，充分利用LNG 冷能，能夠帶來巨大的經濟效益和更高的節能減排價值，為實現碳達峰、碳中和目標貢獻價值。

中國進口LNG 晚于日本、韓國、中國臺灣等地區將近30 年[2]，LNG 冷能利用的支持政策從“十二五”提出，發展時間較短，通過借鑒學習國外成熟經驗優化提升LNG 冷能利用效率，利用好LNG 氣化時釋放的近830KJ/kg 冷能[3]，能夠大大降低能源消耗和資金投入，意義重大。

通過分析目前國內外LNG 冷能利用的現狀和存在的問題，在已有相對的成熟的冷能利用的基礎上，提出具有前瞻性的新理念，豐富國內外冷能利用技術新領域，規劃冷能利用新格局。

1 國內外LNG 冷能利用現狀

1.1 國外LNG 冷能利用現狀

理論上來說，1t LNG 的冷能轉化率如果達到100%相當于240kW·h 的電能[4]，冷能回收利用能夠節約巨大的電能。LNG 冷能利用大致能分成三類[5]：第一類為直接利用，用于空調、冷凍冷藏倉庫、CO2的液化、空氣分離及冷能發電等；第二類為間接利用，是冷能產品的進一步利用，如利用業態氮冷凍食品、海鮮等；第三類為階梯利用，包括直接利用和間接利用，是針對LNG 由最低溫度至環境溫度之間的冷能利用。目前世界上冷能利用技術較為成熟的主要為日本、韓國、美國等發達國家，日本作為曾今世界上進口LNG 最多的國家，同時也是LNG 冷能利用最多的國家，具有重要的分析和參考價值。日本LNG 冷能利用主要分成兩類：一類供接收站自身使用，如對蒸發氣BOG 進行再冷凝和冷能發電；另一類是與外部工廠或冷卻系統集成使用，如空分、生產液體二氧化碳和冷藏等。其中空分利用的是LNG 深冷部分的冷量，可獲得較高的能量利用效率；冷能發電是各國LNG 接收站均采用的技術，LNG 用量大，但無需開發外部市場，有利于提高冷能利用率。

1.2 國內LNG 冷能利用現狀

在我國政策的大力推動下，十幾年來我國LNG 冷能利用迅速發展。國家發展與改革委員會在2005 年首先提出要研究LNG 接收站的冷能綜合利用問題，隨后于《天然氣發展“十二五”規劃》中提出“將LNG 接收站冷能利用納入LNG 項目核準評估內容，實現節能減排和提高能效”，在《天然氣發展“十三五”規劃》中更加明確要求“加大LNG 冷能利用力度”。

隨著節能減排、推進清潔能源等求的推進，中海油的福建LNG、上海LNG、浙江LNG、珠海LNG，新奧舟山LNG 和中石油唐山LNG 等接收站都配套了冷能利用項目。

2 LNG 冷能梯級利用路線方案及對比分析

開展LNG 冷能的梯級利用有利于提高冷能利用效率。有必要梳理不同的路線方案，從技術上對方案的優劣進行分析。

2.1 冷能品位與梯級利用分析

LNG 冷能回收主要是回收LNG 中的冷能火用。而冷能火用隨著LNG 中甲烷含量的增加而增加，隨著環境溫度溫度（與系統的溫差）的增大而增大，數值上等于LNG 氣化過程中所吸收熱量的大小[6-7]。標準大氣壓力的理想狀態下，LNG 升溫至溫度T釋放的冷能約為該溫度下LNG 的焓值與-162℃下LNG 的焓值的差值。即：

△E=HT-H-162℃

△E- 冷能量

HT、H-162℃——標準大氣壓下，溫度T 和溫度-162℃的LNG的焓值。

圖1 LNG 冷能量隨壓力和溫度的變化

LNG 冷能量隨著系統壓力的升高而降低，隨LNG 溫度的升高，LNG 冷能量越少，釋放速度越低，也就是壓力越高、溫度越高，冷能的品位將越低。不同品位的冷能對應不同的最佳利用方式，因此開展梯級利用有利于更多的釋放冷能。

2.2 LNG 冷能梯級利用路線方案

可以把LNG 氣化的-162～0℃溫度區間分為三個利用區，對應不同品位的冷能。第一級分別采用空氣分離、冷能發電和輕烴分離，對第二級和第三級利用技術進行排列組合，可能的LNG 冷能梯級利用路線方案如表1。把單獨的冷能空分和冷能發電分別作為方案13 和14，以便進行利用效率對比。

2.3 不同LNG 冷能梯級利用路線方案的效率分析

對以上14 個冷能利用方案分別進行估算的結果如[8-13]圖2。

14 個梯級利用方案之間的冷能利用量差異不大。“方案10：輕烴回收+低溫粉碎+海水淡化”的最大冷能利用量最高，比最大冷能利用量最低的“方案5：冷能發電+低溫粉碎+冷庫/冰雪世界”高出約6%。方案5 中第一級冷能發電利用的冷能利用量占該方案利用冷能總量約51%，二級利用低溫粉碎占14%，第三級冷庫/冰雪世界占35%。

開展冷能利用應充分結合LNG 接收站實際運行情況及周邊配套和市場需求情況，每項冷能利用項目都有對上游LNG 供應和下游市場的個性化要求，因此不能簡單的根據最大冷能利用量就評定以上14 個梯級利用方案的優劣。但很明顯的是，梯級利用方案的最大冷能利用量均大幅高于單個空分或發電的冷能利用項目。

3 LNG 冷能利用的建議和展望

針對目前國內外LNG 冷能利用技術發展現狀，為了能夠最大程度的提高LNG 冷能利用率，建議采用以下措施：

3.1 冷能利用方案規劃入LNG 接收站項目設計中，協同設計。將冷能利用作為LNG 接收站設計的一部分，建立冷能利用作為常規工藝流程的概念，通過針對不同地理位置條件的LNG接收站，有針對性的布置冷能利用產業鏈，考慮下游工業群的位置距離，最大程度的利用LNG 接收站的冷能。

3.2 規劃小型LNG 氣化站的冷能利用方案。由于小型LNG氣化站存在管網輸送距離短、氣化壓力低等特點，能夠利用的冷能更加巨大，通過采用階梯形式結合小型氣化站利用冷能，將其階梯利用于站內冷庫與空調系統，對小型LNG 氣化站冷能進行規劃并高效利用，滿足站內生產與日常生活需求。

3.3 以冷能空分和冷能發電為主，開展冷能的梯級綜合利用。LNG 冷能利用的最佳方案是按照梯級利用的原則，形成上下游協同發展的產業集群。LNG 冷能用戶應有多個冷能利用項目組成產業群，且冷能的梯級利用應能形成一條產業鏈，與接收站及周邊工業用戶、氣體用戶協調、集聚式發展，才能提高冷能利用率和利用效率，提升冷能利用項目的盈利能力。

表1 LNG 冷能梯級利用路線方案

方案序號images/BZ_170_489_426_507_461.png 第一級images/BZ_170_958_426_976_461.png 第二級images/BZ_170_1489_426_1507_461.png 第三級images/BZ_170_2054_426_2072_461.png1images/BZ_170_428_493_446_528.png 冷庫/冰雪世界images/BZ_170_2115_493_2133_528.png2images/BZ_170_428_557_446_592.png空氣分離images/BZ_170_978_493_996_528.pngimages/BZ_170_907_535_925_570.png低溫粉碎images/BZ_170_1505_493_1523_528.pngimages/BZ_170_1437_535_1455_570.png海水淡化images/BZ_170_2070_557_2088_592.png3images/BZ_170_428_619_446_654.png 冷庫/冰雪世界images/BZ_170_2115_619_2133_654.png4images/BZ_170_428_683_446_718.png制取液態CO?和干冰images/BZ_170_1582_619_1600_654.pngimages/BZ_170_1437_664_1455_699.png海水淡化images/BZ_170_2070_683_2088_718.png5images/BZ_170_428_747_446_782.png 冷庫/冰雪世界images/BZ_170_2115_747_2133_782.png6images/BZ_170_428_808_446_843.png冷能發電images/BZ_170_978_747_996_782.png低溫粉碎images/BZ_170_1505_747_1523_782.png海水淡化images/BZ_170_2070_808_2088_843.png7images/BZ_170_428_873_446_908.png 冷庫/冰雪世界images/BZ_170_2115_873_2133_908.png8images/BZ_170_428_937_446_972.png制取液態CO?和干冰images/BZ_170_1582_873_1600_908.png海水淡化images/BZ_170_2070_937_2088_972.png9images/BZ_170_428_1001_446_1036.png 冷庫/冰雪世界images/BZ_170_2115_1001_2133_1036.png10images/BZ_170_438_1066_456_1101.png輕烴回收images/BZ_170_978_1001_996_1036.pngimages/BZ_170_907_1043_925_1078.png低溫粉碎images/BZ_170_1505_1001_1523_1036.png海水淡化images/BZ_170_2070_1066_2088_1101.png11images/BZ_170_438_1127_456_1162.png 冷庫/冰雪世界images/BZ_170_2115_1127_2133_1162.png12images/BZ_170_438_1191_456_1226.png制取液態CO?和干冰images/BZ_170_1582_1127_1600_1162.png海水淡化images/BZ_170_2070_1191_2088_1226.png13images/BZ_170_438_1252_456_1287.png 空氣分離images/BZ_170_978_1252_996_1287.png 無images/BZ_170_1453_1252_1471_1287.png 無images/BZ_170_2022_1252_2040_1287.png14images/BZ_170_438_1316_456_1351.png 冷能發電images/BZ_170_978_1316_996_1351.png 無images/BZ_170_1453_1316_1471_1351.png 無images/BZ_170_2022_1316_2040_1351.png

圖2 不同冷能利用路線方案的最大冷能火用利用量（kJ/kg）

[7] Rocca V L. Cold recovery during regasification of LNG part one: Cold utilization far from the regasification facility [J].Energy, 2010, 35(5):2049-2058.

[8]孫磊.提高LNG 接收站冷能綜合利用效率分析[D].成都：西南石油大學,2014.

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