Pristopi uporabe hladne energije LNG
Zemeljski plin kot čist in učinkovit vir energije igra pomembno vlogo pri nadzoru onesnaženosti ozračja na Kitajskem. V zadnjih letih poraba zemeljskega plina na Kitajskem strmo narašča. Utekočinjeni zemeljski plin (LNG) kot tekoča oblika zemeljskega plina nastane, ko zemeljski plin prečistimo in ohladimo na -162 stopinjo, pri čemer se njegova prostornina zmanjša na 1/600 prvotne velikosti. Prisotnost UZP povečuje fleksibilnost skladiščenja, transporta in uporabe zemeljskega plina, s čimer se razširi obseg uporabe zemeljskega plina. Objekt za proizvodnjo ene tone LNG porabi približno 850 kWh električne energije. Med uparjanjem UZP se sprosti precejšnja količina hladne energije, približno 830-860 kJ/kg, kar teoretično zagotavlja približno 230 kWh uporabne hladilne energije na tono UZP z uparjanjem pri izmenjavi toplote. Vendar pa se v normalnih okoliščinah ta hladna energija pogosto izgubi v uparjalnikih LNG, kar povzroči znatno izgubo energije in onesnaženje okolja. Obnovitev te hladne energije ne le učinkovito izkorišča energijo, ampak tudi zmanjša znatno porabo električne energije pri mehanskem hlajenju, kar vodi do znatnih gospodarskih in družbenih koristi. Zato je uporaba hladne energije LNG pritegnila široko pozornost znanstvenikov tako doma kot v tujini.
1. Uporaba hladne energije LNG
1.1 Primarne metode uporabe hladne energije LNG
Uporaba hladne energije LNG na splošno vključuje dva glavna pristopa: neposredno uporabo in posredno uporabo. Neposredna uporaba se osredotoča predvsem na proizvodnjo električne energije pri nizkih temperaturah, ločevanje zraka, proizvodnjo suhega ledu, ločevanje lahkih ogljikovodikov, hlajenje pri ultra nizkih temperaturah, razsoljevanje morske vode, avtomobilsko klimatsko napravo, nizkotemperaturno vzrejo, gojenje itd. Posredna uporaba vključuje uporabo hladnega LNG energije za proizvodnjo tekočega dušika ali tekočega kisika, ki se nato uporablja za različne procese, kot so nizkotemperaturno mletje, nizkotemperaturna biotehnologija in čiščenje odplak.
1.2 Možnosti uporabe hladne energije LNG
Z naraščajočim povpraševanjem po porabi zemeljskega plina in naraščajočim trendom uvoza zemeljskega plina na Kitajskem uvoz LNG zavzema precejšen delež. Pričakuje se, da bo do leta 2020 razlika med ponudbo in povpraševanjem na kitajskem trgu zemeljskega plina dosegla 141,5 milijona ton. Da bi premostili to vrzel, je predvideti, da se bo kitajski uvoz LNG še povečal, kar bo ustvarilo svetlo prihodnost za tehnologije uporabe hladne energije LNG. Trenutno je tehnologija pridobivanja hladne energije LNG deležna široke pozornosti vlad in podjetij po vsem svetu, pri čemer se število velikih sprejemnih terminalov LNG po vsem svetu povečuje. Japonska je vodilna v svetu na področju tehnologije izkoriščanja hladne energije LNG s svojimi tehnologijami za proizvodnjo električne energije pri nizkih temperaturah, ločevanjem zraka, utekočinjenim ogljikovim dioksidom, proizvodnjo suhega ledu in tehnologijami za shranjevanje pri nizkih temperaturah, ki dosegajo mednarodno napredno raven in dosegajo stopnjo izkoriščenosti hladne energije LNG približno 20 %-30%. Kitajska tehnologija izkoriščanja hladne energije za utekočinjeni zemeljski plin se je začela razmeroma pozno in njen razvoj je še vedno nezrel, skupne stopnje izkoriščenosti pa niso visoke. Vendar pa so podjetja, kot je China National Offshore Oil Corporation (CNOOC), dosegla pomemben napredek na različnih tehničnih področjih, povezanih z uporabo hladne energije LNG, in tako dokazala konkurenčnost med mednarodnimi partnerji. China National Petroleum Corporation (CNPC) in China Petroleum & Chemical Corporation (Sinopec) prav tako krepita svoja raziskovalna in razvojna prizadevanja na področju tehnologije izkoriščanja hladne energije LNG in uživata določene prednosti pri dohitevanju. V prihodnjih desetletjih bo razvoj tehnologije izkoriščanja hladne energije LNG zelo pomemben za celovito izrabo energije Kitajske.
1.3 Primerjava metod izrabe hladne energije
Tabela 3 povzema glavne metode uporabe hladne energije LNG in analizira njihove prednosti, slabosti in zahteve po hladni energiji, kar zagotavlja pomoč pri izbiri ustreznih metod uporabe hladne energije na podlagi lokalnih razmer.
2. Napredek raziskav o domači in mednarodni uporabi hladne energije LNG
Ne glede na to, ali gre za neposredno ali posredno uporabo hladne energije LNG, gre za predelavo in uporabo hladne energije LNG z enim samim pristopom, ki s termodinamičnega vidika ne more v celoti izkoristiti hladne energije LNG, kar povzroča znatne izgube. Trenutno mnogi strokovnjaki iz industrije predlagajo vključitev več metod predelave za izboljšanje učinkovitosti uporabe hladne energije LNG.
2.1 Hladna energija LNG, uporabljena v klimatskih napravah za shranjevanje ledu
Chen Qiuxiong idr. razvili tehnologijo, ki združuje hladno energijo LNG s klimatskimi sistemi za shranjevanje ledu. Ta tehnologija shranjuje hladno energijo, ki se sprosti med uparjanjem LNG, v obliki shranjevanja ledu, ki se nato uporabi za zagotavljanje hlajenja z izmenjavo toplote v krožečo vodo klimatskih naprav, s čimer se učinkovito zmanjša konično povpraševanje po električni energiji in izravnajo obremenitve električne energije, s čimer se znatno prihrani pri stroških električne energije uporabnika. . Lin Yuan je predlagal dvostopenjski postopek prenosa toplote s hladilnim sredstvom za uporabo hladne energije LNG v klimatskih napravah za shranjevanje ledu. R404a in 30-odstotna raztopina etilenglikola se uporabljata kot prvo in drugostopenjsko hladilno sredstvo z izkoristkoma 30,88 % oziroma 43.86% za oba izmenjevalnika toplote. Z analizo je razvidno, da je glavni razlog za izgubo velika temperaturna razlika pri izmenjavi toplote. Avtorji so nadalje optimizirali proces z vidika zmanjšanja temperaturnih razlik izmenjave toplote.
2.2 Hladna energija LNG, uporabljena pri ločevanju zraka
Xia Hongyan et al. predlagal uporabo hladne energije LNG za opremo za ločevanje zraka, predvsem z uporabo hladne energije utekočinjenega zemeljskega plina za zamenjavo hladilnega cikla ekspanzijskega mehanizma. Nizkotemperaturna hladna energija LNG se uporablja za utekočinjenje visokotlačnega dušikovega plina, medtem ko se hladna energija okoljske temperature zagotavlja sistemu hladilne vode z etilen glikolom. Ta oprema za ločevanje zraka na hladno energijo LNG prihrani 50 % več energije kot običajna oprema za ločevanje zraka in ima očitne učinke varčevanja z energijo in vodo na podpornem sistemu kroženja hladilne vode. Wei Linrui idr. predlagal shemo, ki uporablja tekoči dušik kot hladilno sredstvo za hlajenje enote za ločevanje, ohranja neprekinjeno delovanje enote za ločevanje zraka LNG, s čimer se rešuje problem pogostih zaustavitev zaradi nihanja povpraševanja po plinu v različnih časih in letnih časih ter primerjava in analiza ekonomskih prednosti uporabe tekočega dušika za neprekinjeno vzdrževanje delovanja v primerjavi z neposrednimi zaustavitvami, ki jim sledijo ponovni zagoni.
2.3 Hladna energija LNG, uporabljena v hladilnici
Yang Chun et al. predlagal napravo za uporabo hladne energije utekočinjenega zemeljskega plina (LNG) za hladilne in hladilne vodne sani, ki obsega tri sisteme: sistem za uparjanje LNG, sistem za kroženje hladilnega sredstva in sistem za proizvodnjo hladne vode. Utekočinjeni zemeljski plin prenese svojo hladno energijo na hladilno sredstvo skozi sistem za uparjanje, hladilno sredstvo pa nato uporabi hladno energijo za shranjevanje hladu in jo dovaja hladni vodi skozi sistem hladilne vode. Hladilno sredstvo obravnava asinhrono naravo uplinjanja UZP in uporabo v smislu časa in prostora. Xiao Fang idr. izboljšal proces izkoriščanja hladne energije LNG za tehnologijo hlajenja hladilnic, s čimer je obravnaval problem nezadostne oskrbe s hladno energijo LNG in nezadostne hladilne zmogljivosti hladilnega sredstva, ko je povpraševanje uporabnikov po zemeljskem plinu nizko. Primerjali so hladilno tehnologijo LNG za hladno energijo s tradicionalno hladilno tehnologijo električnega kompresijskega hlajenja, pri čemer so ugotovili, da je prva stroškovno učinkovitejša, ima večjo učinkovitost procesa, krajšo dobo vračila naložbe in nižje obratovalne stroške. La Rocca je proučeval industrijski objekt, ki uporablja hladno energijo LNG za globoko zamrzovanje kmetijskih proizvodov v supermarketih in lahko prilagaja zrak, zagotavlja konceptualno zasnovo, termodinamično analizo in ekonomsko analizo njegove izvedljivosti, uporabnosti in donosnosti, kar zagotavlja nov pristop za učinkovito uporabo hladne energije LNG.
2.4 Hladna energija LNG, uporabljena v ladjah za gorivo
Du Lingguang je uporabil hladno energijo LNG za hlajenje čezoceanskega tovora, pri čemer je združil tehnologijo hladilnice s tehnologijo hlajenja zamrznjenega tovora, zmanjšal začetno naložbo v ladijske hladilne sisteme, obnovil hladno energijo LNG in zmanjšal
stroški hlajenja čezmorskega tovora. Tian Kun idr. zasnoval in razvil celovito shemo uporabe hladne energije ladijskega UZP, ki temelji na načelu "usklajevanja temperature, kaskadne uporabe", z uporabo hladne energije UZP za hladilno skladiščenje in klimatizacijo s hladno vodo ter izbiro metode kondenzacije ali neposredne izhodne metode za BOG obdelava glede na status odpiranja generatorjev in motorjev z notranjim zgorevanjem. Ta shema v celoti izkorišča hladno energijo, ustvarjeno z uplinjanjem UZP, in zmanjšuje porabo goriva, potrebnega za hlajenje na ladjah, kar znatno zmanjša porabo električne energije, ki je potrebna za delovanje kompresijske hladilne opreme.
2.5 Hladna energija LNG, uporabljena pri proizvodnji električne energije
Chen Liqiong et al. je povzel šest uporabljenih tehnologij za proizvodnjo električne energije s hladno energijo, vključno z neposredno ekspanzijo, sekundarnimi mediji, kombinirano proizvodnjo električne energije z mešanimi mediji, Braytonovim ciklom in uporabo plinske turbine. Poudarili so, da ima proizvodnja električne energije v Braytonovem ciklu najvišji izkoristek, ki doseže 55 %, vendar zahteva zahteve glede temperature hlajenja. He Lei et al. predlagal postopek, ki združuje proizvodnjo električne energije v hladnem ciklu LNG s hlajenjem v klimatskih napravah, z uporabo visokokakovostne hladne energije za proizvodnjo električne energije in nizke hladne energije za hlajenje v klimatskih napravah s segmentirano rekuperacijo, doseganjem kaskadne uporabe hladne energije LNG in učinkovitim izboljšanjem hladu učinkovitost izrabe energije.
2.6 Hladna energija LNG, uporabljena pri razsoljevanju morske vode
Huang Meibin et al. združil hladno energijo LNG z zamrzovanjem razsoljevanja morske vode in predlagal dve možnosti postopka glede tega, ali je hladilno sredstvo podvrženo fazni spremembi: nefazna sprememba in fazna sprememba. Rezultati so pokazali, da je postopek brez fazne spremembe preprostejši in lažji za nadzor, vendar ima večji masni pretok hladilnega sredstva. Postopek fazne spremembe ima manjši masni pretok hladilnega sredstva, vendar ima bolj zapletene postopke, opremo in krmiljenje, z večjimi pretoki plinske faze, ki zahtevajo večje premere plinovoda in ustrezno večje velikosti izmenjevalnika toplote. Jiang Kezhong et al. izčrpno analiziral tri trenutno glavne tehnologije razsoljevanja morske vode: membrano, destilacijo in zamrzovanje. Predlagali so uporabo hibridnega procesa razsoljevanja, in sicer združevanje zamrzovanja LNG s hladno energijo z nizkotemperaturnimi destilacijskimi membranami ali drugimi membranskimi postopki, kot novo smer za uporabo hladne energije LNG pri razsoljevanju morske vode. CAO je proučeval postopek razsoljevanja morske vode s posrednim kontaktnim zamrzovanjem z uporabo hladne energije LNG, izbral ustrezna vmesna hladilna sredstva za prenos toplote in zagotovil najprimernejšo temperaturo kristalizacije morske vode. Rezultati so pokazali, da lahko 1 kg hladne energije LNG proizvede 2 kg staljenega ledu, skoraj brez porabe energije med postopkom mešanja LNG in morske vode.
2.7 Hladna energija LNG, uporabljena v butilnem kavčuku
Han Junshi je analiziral izvedljivost uporabe hladne energije LNG v industriji butilne gume in predlagal dve shemi: sekundarno hlajenje z uporabo LNG in propilena ter neposredno hlajenje z uporabo LNG. Po primerjavi in analizi shem s konvencionalno uporabo kombiniranega hlajenja z etilenom in propilenom je bilo ugotovljeno, da bi uporaba LNG v povezavi s hlajenjem s propilenom lahko prihranila 1100 kWh električne energije na tono gume, kar bi zmanjšalo investicijske stroške za 10 %-20 %; uporaba neposrednega hlajenja z LNG je bolj varčna z energijo, saj prihrani do 2000 kWh električne energije na tono gume. Chen Maochun idr. primerjali in analizirali dve shemi kombiniranega hlajenja z LNG, etilenom in propilenom ter kombiniranega hlajenja z LNG in propilenom za konvencionalno tovarno butilnega kavčuka z letno proizvodnjo 50.000 ton, pri čemer so ugotovili, da ima slednja prednosti, kot so nizek tlak uparjanja LNG, nizek konstrukcijski tlak za hladilno opremo in majhen odtis za obrat. V primerjavi s tradicionalnimi postopki hlajenja močno poenostavi postopek hlajenja z manj procesne opreme in nižjimi naložbami, zmanjša porabo javnega inženiringa in druge prednosti.
2.8 Hladna energija LNG, uporabljena v klimatskih napravah težkih tovornjakov
Wang Fang et al. zasnoval kombinirano napravo za uporabo hladne energije LNG v klimatskih sistemih težkih tovornjakov, vključno z jeklenkami LNG, uparjalniki, klimatskimi napravami, hladilniki, motorji in krmilniki. Utekočinjeni zemeljski plin je podvržen protitočni izmenjavi toplote s hladilnim sredstvom v uparjalniku, pri čemer se sprosti hladna energija, nato postane gorivo pri temperaturi okolice, ki se upari v motor za uporabo v težkih tovornjakih. Ko hladilno sredstvo prejme hladno energijo, ki jo sprošča LNG, se njegova temperatura zniža, pri čemer se kopiči hladna energija. Nizkotemperaturno hladilno sredstvo, ki izstopa iz uparjalnika, je pod pritiskom črpalke in vstopi v uparjalnik klimatske naprave, kjer se hladna energija prek ventilatorja prenese v kabino za prilagoditev sobne temperature. Med tem procesom je hladilno sredstvo podvrženo samo temperaturnim spremembam brez faznih sprememb. Ta uporabni model naprave prihrani gorivo za pogon kompresorja, obnovi hladno energijo, ki se sprošča med uparjanjem UZP, prihrani energijo in zmanjša porabo ter ima preprost postopek, ki olajša promocijo in uporabo.
3. Outlook
Izboljšanje stopnje izkoriščenosti hladne energije LNG je ključnega pomena za celovito izrabo energije, ublažitev pritiska pomanjkanja energije, odziv na poziv k varčevanju z energijo in zmanjšanju emisij ter povečanje gospodarskih in družbenih koristi. Vendar je trenutno učinkovitost uporabe hladne energije LNG na splošno nizka, z eno samo metodo uporabe, počasnim napredovanjem projekta in resnim zaostankom pri izvedbi. Zato so predlagani naslednji predlogi:
(1) Razumno izberite projekte za uporabo hladne energije glede na velikost sprejemnih postaj za UZP, lokalne gospodarske razmere in povpraševanje na trgu.
(2) Razviti posebne procesne tehnologije za kaskadno uporabo hladne energije UZP za izboljšanje stopenj izrabe hladne energije UZP z vidika posamezne učinkovite uporabe in celovite kaskadne uporabe.
(3) Razviti naprave za akumulacijo in shranjevanje hladne energije za ločevanje procesov pridobivanja in uporabe hladne energije z uporabo hladilnih sredstev ter dobavljati hladno energijo različnim uporabnikom hladne energije prek cevovodov za hladilno sredstvo, da se izvaja načelo "usklajevanja temperature, kaskadne uporabe."
(4) Povečanje raziskav in razvoja medijev za hladilno shranjevanje. Trenutno je na trgu le malo hladilnih sredstev, pri katerih med izmenjavo toplote z LNG ne pride do faznih sprememb. Zato je pospeševanje raziskav in razvoja hladilnih sredstev brez faznega spreminjanja izrednega pomena.
Poleg naštetega je aktivno raziskovanje novih načinov izrabe hladne energije še vedno smer, ki zahteva napor. Če povzamemo, v procesu izkoriščanja hladne energije LNG je treba implementirati koncept krožnega gospodarstva, aktivno raziskovati tehnologije izrabe hladne energije LNG, uresničevati popolno izrabo hladne energije LNG in oblikovati zdrav sistem industrijskega omrežja.
Zavrnitev odgovornosti:
1. Nekatere grafične in besedilne informacije izvirajo iz interneta in uradnih računov WeChat z namenom deliti več informacij.
2. Zagotovljene informacije so samo za učenje in referenčne namene ter ne pomenijo odobritve izraženih stališč. Za točnost, zanesljivost ali popolnost informacij ne jamčimo.
3. Če imate pomisleke glede vsebine, avtorskih pravic ali drugih vprašanj, se obrnite na nas v 30 dneh za odstranitev.