Pristupi korištenju LNG hladne energije

Prirodni gas, kao čist i efikasan izvor energije, igra značajnu ulogu u kontroli zagađenja atmosfere u Kini. Posljednjih godina potrošnja prirodnog plina u Kini brzo raste. Tečni prirodni gas (LNG), kao tečni oblik prirodnog gasa, nastaje kada se prirodni gas prečisti i ohladi na -162 stepen, smanjujući njegovu zapreminu na 1/600 prvobitne veličine. Prisutnost LNG-a povećava fleksibilnost skladištenja, transporta i korištenja prirodnog plina, proširujući raspon primjena prirodnog plina. Postrojenje za proizvodnju jedne tone LNG-a troši oko 850 kWh električne energije. Tokom isparavanja LNG-a, oslobađa se značajna količina hladne energije, otprilike 830-860 kJ/kg, teoretski obezbjeđujući oko 230 kWh upotrebljive energije hlađenja po toni LNG-a kroz isparavanje izmjenom topline. Međutim, u normalnim okolnostima, ova hladna energija se često troši u LNG isparivačima, što rezultira značajnim rasipanjem energije i zagađenjem okoliša. Obnavljanje ove hladne energije ne samo da efikasno koristi energiju, već i smanjuje značajnu potrošnju električne energije mehaničkog hlađenja, što dovodi do značajnih ekonomskih i društvenih koristi. Stoga je korištenje LNG hladne energije privuklo široku pažnju naučnika i domaćih i međunarodnih.

1. Primjena LNG hladne energije

1.1 Metode primarne upotrebe LNG hladne energije

Korištenje LNG hladne energije općenito uključuje dva glavna pristupa: direktno korištenje i indirektno korištenje. Direktno korištenje prvenstveno se fokusira na proizvodnju energije na niskim temperaturama, odvajanje zraka, proizvodnju suhog leda, odvajanje lakih ugljikovodika, hlađenje na ultra niskim temperaturama, desalinizaciju morske vode, klimatizaciju automobila, uzgoj na niskim temperaturama, uzgoj itd. Indirektno korištenje uključuje korištenje LNG hladnog energije za proizvodnju tekućeg dušika ili tekućeg kisika, koji se zatim koriste za različite procese kao što su mljevenje na niskim temperaturama, niskotemperaturna biotehnologija i tretman otpadnih voda.

1.2 Izgledi korištenja LNG hladne energije

Sa sve većom potražnjom za potrošnjom prirodnog gasa i eskalirajućim trendom uvoza prirodnog gasa u Kinu, uvoz LNG-a zauzima značajan udeo. Očekuje se da će do 2020. jaz između ponude i potražnje na kineskom tržištu prirodnog gasa dostići 141,5 miliona tona. Kako bi se premostio ovaj jaz, predvidljivo je da će se kineski LNG uvoz dalje povećati, stvarajući svijetlu budućnost za tehnologije korištenja hladne energije LNG-a. Trenutno je tehnologija povrata hladne energije LNG-a dobila široku pažnju vlada i preduzeća širom svijeta, s porastom broja velikih terminala za prijem LNG-a na globalnoj razini. Japan je vodeći u svijetu u tehnologiji korištenja hladne energije LNG-a, sa svojom niskotemperaturnom proizvodnjom energije, separacijom zraka, ukapljenim ugljičnim dioksidom, proizvodnjom suhog leda i tehnologijama hladnjače na niskim temperaturama koje dostižu međunarodne napredne nivoe, postižući stopu iskorištenja hladne LNG energije od približno 20%-30%. Kineska tehnologija korištenja hladne LNG energije počela je relativno kasno, a njen razvoj je još uvijek nezreo, a ukupne stope iskorištenja nisu visoke. Međutim, kompanije poput China National Offshore Oil Corporation (CNOOC) postigle su značajan napredak u različitim tehničkim područjima vezanim za korištenje hladne energije LNG-a, pokazujući konkurentnost među međunarodnim partnerima. China National Petroleum Corporation (CNPC) i China Petroleum & Chemical Corporation (Sinopec) također intenziviraju svoja istraživanja i razvojne napore u tehnologiji korištenja hladne LNG energije, uživajući u određenim prednostima u sustizanju. U narednim decenijama, razvoj tehnologije korišćenja hladne energije LNG-a biće od velikog značaja za sveobuhvatno korišćenje energije u Kini.

1.3 Poređenje metoda korištenja hladne energije

Tabela 3 sumira glavne metode korištenja LNG hladne energije i analizira njihove prednosti, nedostatke i zahtjeve za hladnom energijom, pružajući pomoć u odabiru odgovarajućih metoda korištenja hladne energije na osnovu lokalnih uslova.

2. Napredak u istraživanju domaćeg i međunarodnog LNG hladnog korištenja energije

Bilo da se radi o direktnom ili indirektnom korištenju LNG hladne energije, ono uključuje oporavak i korištenje hladne LNG energije kroz jedan pristup, koji, iz termodinamičke perspektive, ne može u potpunosti iskoristiti LNG hladnu energiju, što rezultira značajnim gubicima. Trenutno, mnogi stručnjaci iz industrije predlažu integraciju višestrukih metoda oporavka kako bi se poboljšala efikasnost korištenja LNG hladne energije.

2.1 LNG hladna energija koja se koristi u klimatizaciji za skladištenje leda

Chen Qiuxiong et al. razvio tehnologiju koja kombinuje LNG hladnu energiju sa sistemima klimatizacije za skladištenje leda. Ova tehnologija pohranjuje hladnu energiju koja se oslobađa tokom LNG isparavanja u obliku skladištenja leda, koji se zatim koristi za obezbjeđivanje hlađenja kroz razmjenu topline cirkulirajuće vode klima-uređaja, efektivno smanjujući vršnu potražnju za električnom energijom i balansirajući opterećenje energije, čime se značajno štede troškovi električne energije korisnika. . Lin Yuan je predložio dvostepeni proces prijenosa topline rashladnog sredstva za korištenje LNG hladne energije u klimatizaciji za skladištenje leda. R404a i 30% rastvor etilen glikola se koriste kao rashladni fluidi prvog i drugog stepena, respektivno, sa efikasnošću od 30,88% i 43.86% za dva izmenjivača toplote, respektivno. Analizom je evidentno da je glavni razlog gubitka velika temperaturna razlika pri razmeni toplote. Autori su dodatno optimizirali proces iz perspektive smanjenja temperaturnih razlika izmjene topline.

2.2 LNG Hladna energija koja se koristi u separaciji zraka

Xia Hongyan i dr. predložio korištenje LNG hladne energije za opremu za odvajanje zraka, uglavnom korištenjem hladne energije ukapljenog prirodnog plina za zamjenu ciklusa hlađenja ekspanzionog mehanizma. Niskotemperaturna hladna energija LNG-a koristi se za ukapljivanje azotnog gasa pod visokim pritiskom, dok se hladna energija okoline daje sistemu vode za hlađenje etilen glikola. Ova LNG oprema za odvajanje vazduha na hladnu energiju štedi 50% više energije od konvencionalne opreme za odvajanje vazduha i ima očigledne efekte uštede energije i vode na prateći sistem cirkulišuće vode za hlađenje. Wei Linrui et al. predložio je shemu koja koristi tečni dušik kao rashladno sredstvo za hlađenje jedinice za odvajanje, održavajući kontinuirani rad LNG jedinice za odvajanje zraka, čime je riješen problem čestih isključenja zbog fluktuirajuće potražnje za plinom u različitim vremenima i godišnjim dobima, te upoređujući i analizirajući ekonomske prednosti korištenja tekućeg dušika za kontinuirano održavanje u radu u odnosu na direktna isključenja praćena ponovnim pokretanjem.

2.3 Hladna energija LNG-a koja se koristi u hladnjačama

Yang Chun et al. predložio je uređaj za iskorišćenje hladne energije tečnog prirodnog gasa (LNG) za hladnjače i rashladne vodene sanke, koji se sastoji od tri sistema: sistem za isparavanje LNG-a, sistem za cirkulaciju rashladnog sredstva i sistem za proizvodnju hladne vode. LNG prenosi svoju hladnu energiju na rashladno sredstvo kroz sistem isparavanja, a rashladno sredstvo zatim koristi hladnu energiju za skladištenje u hladnom stanju i isporučuje je hladnoj vodi kroz sistem rashladne vode. Rashladno sredstvo se bavi asinhronom prirodom LNG gasifikacije i primjene u smislu vremena i prostora. Xiao Fang et al. poboljšao proces iskorištavanja hladne energije LNG-a za rashladnu tehnologiju u hladnjačama, rješavajući problem nedovoljne opskrbe LNG hladnom energijom i nedovoljnog kapaciteta hlađenja rashladnog sredstva kada je potražnja korisnika prirodnog plina mala. Oni su uporedili LNG tehnologiju hlađenja hladnom energijom sa tradicionalnom tehnologijom električnog kompresijskog hlađenja u hladnom skladištenju, zaključivši da je prva isplativija, ima veću efikasnost procesa, kraći period povrata investicije i niže operativne troškove. La Rocca je proučavao industrijsko postrojenje koje koristi LNG hladnu energiju za duboko zamrzavanje poljoprivrednih proizvoda u supermarketima i može prilagoditi zrak, pružajući koncept dizajna, termodinamičku analizu i ekonomsku analizu njegove izvodljivosti, primjenjivosti i profitabilnosti, pružajući novi pristup za efikasno korištenje LNG hladne energije.

2.4 LNG hladna energija koja se koristi u brodovima za gorivo

Du Lingguang je primenio LNG hladnu energiju na hlađenje okeanskog tereta, kombinujući tehnologiju hladnog skladištenja sa tehnologijom hlađenja zamrznutog tereta, smanjujući početno ulaganje u sisteme za hlađenje broda, vraćajući hladnu energiju LNG-a i smanjujući

troškovi hlađenja prekookeanskog tereta. Tian Kun i dr. dizajnirao i razvio sveobuhvatnu šemu korištenja hladne energije broda LNG zasnovanu na principu "podudaranja temperature, kaskadno korištenje", koristeći LNG hladnu energiju za hladno skladištenje i klimatizaciju hladne vode, te odabirom metode kondenzacije ili metode direktnog izlaza za BOG tretman zasnovan na statusu otvaranja generatora i motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ova shema u potpunosti koristi hladnu energiju generiranu LNG gasifikacijom i smanjuje gorivo potrebno za hlađenje na brodovima, značajno smanjujući potrošnju električne energije potrebnu za rad kompresione rashladne opreme.

2.5 LNG hladna energija koja se koristi u proizvodnji električne energije

Chen Liqiong et al. sumira šest primijenjenih tehnologija za proizvodnju električne energije iz hladne energije, uključujući direktnu ekspanziju, sekundarne medije, kombinovanu, mješovitu proizvodnju električne energije, Braytonov ciklus i korištenje plinskih turbina. Istaknuli su da proizvodnja električne energije Braytonovog ciklusa ima najveću efikasnost, koja dostiže 55%, ali zahtijeva temperaturu hlađenja. He Lei et al. predložio je proces koji kombinuje proizvodnju energije LNG hladne energije u Rankineovom ciklusu sa hlađenjem klima uređaja, koristeći visokokvalitetne hladne energije za proizvodnju električne energije i hladnu energiju niskog kvaliteta za klimatizaciju hlađenja kroz segmentirani oporavak, postizanje kaskadne upotrebe LNG hladne energije i efikasno poboljšanje hladnoće efikasnost korišćenja energije.

2.6 LNG Hladna energija koja se koristi u desalinizaciji morske vode

Huang Meibin i dr. kombinovao LNG hladnu energiju sa smrzavanjem desalinizacije morske vode i predložio dvije opcije procesa za to da li rashladno sredstvo prolazi kroz faznu promjenu: nepromjenu faze i promjenu faze. Rezultati su pokazali da je proces bez promjene faze jednostavniji i lakši za kontrolu, ali da ima veći maseni protok rashladnog sredstva. Proces promjene faze ima manji maseni protok rashladnog sredstva, ali ima složenije procese, opremu i kontrole, sa većim brzinama protoka gasne faze koje zahtijevaju veće prečnike plinovoda i odgovarajuće veličine izmjenjivača topline. Jiang Kezhong i dr. sveobuhvatno analizirali tri glavne tehnologije desalinizacije morske vode trenutno: membrana, destilacija i zamrzavanje. Predložili su korištenje hibridnog procesa desalinizacije, odnosno kombiniranje zamrzavanja LNG hladne energije s niskotemperaturnim destilacijskim membranama ili drugim membranskim procesima, kao novi smjer za korištenje hladne LNG energije u desalinizaciji morske vode. CAO je proučavao proces desalinizacije morske vode indirektnim kontaktom zamrzavanjem koristeći LNG hladnu energiju, odabrao prikladne međurashladne agense za prijenos topline i osigurao najprikladniju temperaturu kristalizacije morske vode. Rezultati su pokazali da 1 kg hladne energije LNG-a može proizvesti 2 kg otopljenog leda, uz gotovo nikakvu potrošnju energije tokom procesa miješanja LNG-a i morske vode.

2.7 LNG Hladna energija koja se koristi u butilnoj gumi

Han Junshi je analizirao izvodljivost korištenja LNG hladne energije u industriji butil gume, predlažući dvije sheme: sekundarno hlađenje korištenjem LNG-a i propilena i direktno hlađenje korištenjem LNG-a. Nakon poređenja i analize shema sa konvencionalnom upotrebom kombinovanog hlađenja etilena i propilena, ustanovljeno je da korištenje LNG-a u kombinaciji s propilenskim hlađenjem može uštedjeti 1100 kWh električne energije po toni gume, smanjujući investicijske troškove za 10%-20 %; korištenje LNG direktnog hlađenja štedi energiju, štedi do 2000 kWh električne energije po toni gume. Chen Maochun i dr. uporedili i analizirali dvije sheme kombinovanog hlađenja LNG, etilena i propilena i kombinovanog hlađenja LNG-a i propilena za konvencionalnu fabriku butilne gume sa godišnjom proizvodnjom od 50.000 tona, zaključivši da potonji ima prednosti kao što su nizak pritisak isparavanja LNG-a, nizak projektni pritisak za rashladnu opremu i mali otisak za postrojenje. U poređenju sa tradicionalnim rashladnim procesima, to uvelike pojednostavljuje proces hlađenja, sa manje procesne opreme i nižim ulaganjima, smanjenjem potrošnje javnog inženjeringa i drugim prednostima.

2.8 LNG hladna energija koja se koristi u klimatizaciji teških kamiona

Wang Fang et al. dizajnirao kombinovani uređaj za korišćenje LNG hladne energije u sistemima klimatizacije teških kamiona, uključujući LNG boce, isparivače, klima uređaje, frižidere, motore i kontrolere. LNG se podvrgava razmjeni toplote u suprotnom toku sa rashladnim sredstvom u isparivaču, oslobađajući hladnu energiju, a zatim postaje gorivo na temperaturi okoline koje isparava u motor za upotrebu u teškim kamionima. Nakon što rashladno sredstvo primi hladnu energiju koju oslobađa LNG, njegova temperatura se smanjuje, akumulirajući hladnu energiju. Niskotemperaturno rashladno sredstvo koje izlazi iz isparivača je pod pritiskom pumpom i ulazi u isparivač klima uređaja, gdje se hladna energija prenosi u kabinu kroz ventilator kako bi se podesila sobna temperatura. Tokom ovog procesa, rashladno sredstvo trpi samo temperaturne promjene bez promjena faze. Ovaj uređaj korisnog modela štedi gorivo za pogon kompresora, obnavlja hladnu energiju oslobođenu tokom LNG isparavanja, štedi energiju i smanjuje potrošnju, a ima jednostavan proces, što ga čini lakim za promoviranje i korištenje.

3. Outlook

Poboljšanje stope iskorištenja hladne energije LNG-a ključno je za sveobuhvatno korištenje energije, ublažavanje pritiska nestašice energije, odgovor na poziv za očuvanje energije i smanjenje emisija te povećanje ekonomskih i društvenih koristi. Međutim, trenutno je efikasnost korištenja LNG hladne energije generalno niska, s jednom metodom korištenja, sporim napretkom projekta i ozbiljnim kašnjenjem u implementaciji. Stoga se predlažu sljedeći prijedlozi:

(1) Razumno odabrati projekte korištenja hladne energije na osnovu veličine LNG prijemnih stanica, lokalnih ekonomskih uslova i potražnje na tržištu.

(2) Razviti specifične procesne tehnologije za kaskadno korištenje hladne energije LNG-a kako bi se poboljšale stope korištenja hladne energije LNG-a iz perspektive pojedinačnog efikasnog korištenja i sveobuhvatnog kaskadnog korištenja.

(3) Razviti uređaje za akumuliranje i pohranjivanje hladne energije za odvajanje procesa povrata i korištenja hladne energije koristeći rashladna sredstva, i snabdijevanje hladnom energijom različitim korisnicima hladne energije kroz cjevovode rashladnog sredstva kako bi se prakticirao princip "podudaranja temperature, kaskadno korištenje".

(4) Povećati istraživanje i razvoj medija za hlađenje. Trenutno na tržištu postoji nekoliko rashladnih sredstava koja ne prolaze kroz fazne promene tokom razmene toplote sa LNG. Stoga je ubrzanje istraživanja i razvoja rashladnih sredstava koja se ne mijenjaju u fazi od najveće važnosti.

Pored navedenog, aktivno istraživanje novih metoda korištenja hladne energije i dalje je pravac koji zahtijeva napor. Ukratko, u procesu iskorištavanja hladne energije LNG-a treba implementirati koncept cirkularne ekonomije, aktivno istražujući tehnologije korištenja hladne LNG energije, ostvarujući puno korištenje LNG hladne energije i formirajući zdrav sistem industrijske mreže.

Odricanje od odgovornosti:
1. Neke grafičke i tekstualne informacije potiču sa interneta i službenih naloga WeChat-a, s namjerom dijeljenja više informacija.
2. Dostavljene informacije su samo u svrhu učenja i referenci i ne podrazumijevaju pristanak na izražene stavove. Ne daju se nikakve garancije u pogledu tačnosti, pouzdanosti ili potpunosti informacija.
3. Ako postoje nedoumice u vezi sa sadržajem, autorskim pravima ili drugim problemima, kontaktirajte nas u roku od 30 dana radi uklanjanja.