LNG冷能回收利用過程的經(jīng)濟性分析

傅誠鐵

[摘要]隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以及石油消耗的不斷增加，石油作為國際范圍內(nèi)最主要的能源形勢已經(jīng)無法滿足國民的正常需求，隨之帶來的便是天然氣和其他類型能源的不斷發(fā)展利用：相對于其他能源形勢，天然氣具有經(jīng)濟環(huán)保且開發(fā)研究利用相對完善等優(yōu)勢，也便成為一種極具利用價值和利用可行性極高的能源。目前，天然氣的利用形式，根據(jù)保存形態(tài)，可以分為氣態(tài)和液態(tài)，其中液態(tài)天然氣，即LNG，由于可在很大程度上減小存儲體積，約為氣態(tài)的1/625，而成為一種有效的運輸存儲形式。特別是由于液化后天然氣的甲烷含量可達90%，燃燒完全，可減少汽車尾氣中污染物特別是PM2.5的排放，對改善空氣質(zhì)量，保護大氣環(huán)境具有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]LNG冷能；回收利用；經(jīng)濟性

1LNG冷能的基本常識和利用價值

LNG是天然氣經(jīng)過凈化、液化而形成的低溫液體（約一162℃），LNG工業(yè)近年來在國內(nèi)外的發(fā)展非常迅速。世界上LNG生產(chǎn)應(yīng)用以年均20%的速度增長。隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，我國對LNG的需求量也持續(xù)增加。由于我國“缺油、少氣、富煤”的基本國情，LNG大部分依賴進口。2012年，我們進口LNG為1468萬噸，預(yù)計到2020年以后，我國年進口LNG件達到6000-1億噸。在LNG接受站，需要將液態(tài)的LNG氣化為常溫后通過管網(wǎng)輸送給用戶使用。在氣化的過程中，LNG要釋放大量的冷能。傳統(tǒng)的LNG接受站采用海水開架式汽化器或浸沒燃燒式汽化器來氣化LNG，不僅浪費了寶貴的冷能，還會對附近海域產(chǎn)生嚴(yán)重的熱污染！相關(guān)研究表明，對于一個300萬噸/年的LNG接收站，扣除消耗于高壓外輸氣體的壓力能后，可利用的冷功率為65MW，折合電能約10億kwh/年。這樣說來，2020年我們年進口LNG若達到6000萬噸，可利用的冷功率折合的電能為200億kwh/年。因此，探索LNG冷能的利用意義重大，前景廣闊。不論從節(jié)能環(huán)保方面，還是經(jīng)濟效益方面考慮，LNG冷能利用都具有巨大的潛在價值，成為大家一直來乃至今后長期關(guān)注的焦點。

2LNG冷能利用的方式

據(jù)有關(guān)資料介紹，LNG的冷能利用的方式可以分為直接利用和間接利用兩種：[直接利用方式]空氣分離、低溫發(fā)電、冷凍倉庫、制造液態(tài)的CO，及干冰、海水淡化、汽車?yán)洳丶翱照{(diào)、輕烴分離、空調(diào)制冷、蓄冷、建造人工滑雪場等。[間接使用方式]利用LNG的冷能產(chǎn)生的液氮和液氧，如低溫破碎、污水處理、冷凍食品、低溫醫(yī)療等。目前LNG冷能的利用方法主要只是考慮了冷能的回收，而沒有考慮品味的利用，從能量的有效利用的角度來講是不合理的。因此，對LNG冷能進行梯級利用是很好的解決辦法。根據(jù)LNG冷能用戶的溫度要求，深冷利用部分主要用于空氣分離（-190～-150℃）；中冷部分主要用于低溫破碎（-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庫（-60-10℃），空調(diào)制冷系統(tǒng)（-5-10℃）；淺冷部分主要用于海水淡化、發(fā)電等，從而建立起LNG冷能綜合梯級利用的集成模型，實現(xiàn)冷能供求雙方的合理分配、LNG冷能利用效率的最優(yōu)化。

3經(jīng)濟效益分析

佛山某鋁廠有兩個廠房，每個車間每天需要冷量分別為250萬大卡和300萬大卡，車間一年運行天數(shù)為350天。兩個設(shè)計方案：一是按照常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)為車間內(nèi)硫酸提供冷量：二是利用LNG的冷能回收系統(tǒng)為車間內(nèi)硫酸冷卻提供所需的冷量。車間供冷過程中，冷媒水的供回水溫度為12-20℃。LNG存儲的溫度為-162℃。

3.1初投資計算

本文對兩種系統(tǒng)進行初投資計算，因本文所研究的系統(tǒng)是整個工廠制冷系統(tǒng)的一部分（辦公樓等仍然采用機組制冷），所以在初投資計算時不考慮變配電的造價。常規(guī)空調(diào)制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備有：風(fēng)冷模塊機組2臺，冷凍泵4臺（2用2備），管道閥門系統(tǒng)等。LNG冷能回收系統(tǒng)的主要設(shè)備：換熱器2臺，LNG液泵2臺（1用1備），水泵2臺（1用1備），承壓水罐和管道閥門系統(tǒng)。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的配置如表1所示，初投資約為37.6萬元，LNG冷能回收系統(tǒng)的配置如表2所示，初投資約為124.66萬元。

3.2LNG冷能回收的經(jīng)濟效益計算

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)每天24小時運行，每個小時的耗電量按式（1）計算：

Q常規(guī)耗電=Q主機+Q泵（1）

式中：Q常規(guī)耗電一常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運行的耗電量，kW·h；Q主機-主機運行的耗電量，kW·h；Q泵-水泵運行的耗電量，kW·h。

根據(jù)表1的設(shè)備參數(shù)，帶人數(shù)據(jù)，可得常規(guī)空調(diào)每小時的耗電量：

O常規(guī)耗電=88.4kW·h

LNG冷能回收系統(tǒng)每天運行24小時，每個小時的耗電量按式計算：

QLNG耗電=QLNG泵+Q泵（2）

式中：QLNG耗電-LNG冷能回收系統(tǒng)的運行的耗電量，kW·hQLNG泵-LNG泵運行的耗電量，kW·hQ泵-水泵運行的耗電量，kW·h。

根據(jù)表2中設(shè)備參數(shù)，帶人數(shù)據(jù)，可得常規(guī)空調(diào)每小時的耗電量，QLNG耗電=10.8kW·h

采用LNG冷能回收系統(tǒng)，每天的節(jié)約額按式（3）計算為：

（3）

式中：yi-各時段的電價，分時段電價如表3所示，元/（kW·h）。

△ti-各電價時段的時長，h△Q-常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和LNG冷能回收系統(tǒng)的耗電量之差，kW·h帶人數(shù)據(jù)，可得：v節(jié)約額=1558.55元厭每天節(jié)省的電量按式（4）計算：

△q耗電=24△Q

（4）

式中：△q耗電-常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)與LNG冷能回收系統(tǒng)24小時運行的電量差，kW·h帶人數(shù)據(jù)，可得：△q耗電=1862.4kW·h

一年運行350天，一年節(jié)約的用電量為：△q耗電=350×△q耗電≈65.2×104kW·h

一年的節(jié)約額為：Y節(jié)約額=350≈y節(jié)約額/10000≈54.55萬元

3.3LNG冷能回收系統(tǒng)的投資回收期計算

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的初投資費用為37.6萬元，LNG冷能回收系統(tǒng)的初投資費用為124.66萬元，則LNG冷能回收的凈投資費用為87.06萬元。投資回收一凈投資費用/節(jié)約額=1.6年。

4結(jié)論

中國的LNG冷能利用產(chǎn)業(yè)，在充分吸取國外成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，開拓創(chuàng)新，已經(jīng)擁有了多個自主專利技術(shù)。經(jīng)過多方面的共同努力，一定會在規(guī)劃、管理、市場運作方面不斷獲得新的突破，為我們創(chuàng)建循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)約型社會做出應(yīng)有的貢獻。endprint