LNG冷能回收利用過程的經濟性分析

傅誠鐵

[摘要]隨著國民經濟的不斷發展，以及石油消耗的不斷增加，石油作為國際范圍內最主要的能源形勢已經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展利用：相對于其他能源形勢，天然氣具有經濟環保且開發研究利用相對完善等優勢，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，根據保存形態，可以分為氣態和液態，其中液態天然氣，即LNG，由于可在很大程度上減小存儲體積，約為氣態的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，對改善空氣質量，保護大氣環境具有重要的意義。

[關鍵詞]LNG冷能；回收利用；經濟性

1LNG冷能的基本常識和利用價值

LNG是天然氣經過凈化、液化而形成的低溫液體（約一162℃），LNG工業近年來在國內外的發展非常迅速。世界上LNG生產應用以年均20%的速度增長。隨著中國經濟持續快速發展，我國對LNG的需求量也持續增加。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，需要將液態的LNG氣化為常溫后通過管網輸送給用戶使用。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，還會對附近海域產生嚴重的熱污染！相關研究表明，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。不論從節能環保方面，還是經濟效益方面考慮，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注的焦點。

2LNG冷能利用的方式

據有關資料介紹，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、低溫發電、冷凍倉庫、制造液態的CO，及干冰、海水淡化、汽車冷藏及空調、輕烴分離、空調制冷、蓄冷、建造人工滑雪場等。[間接使用方式]利用LNG的冷能產生的液氮和液氧，如低溫破碎、污水處理、冷凍食品、低溫醫療等。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℃），空調制冷系統（-5-10℃）；淺冷部分主要用于海水淡化、發電等，從而建立起LNG冷能綜合梯級利用的集成模型，實現冷能供求雙方的合理分配、LNG冷能利用效率的最優化。

3經濟效益分析

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，車間一年運行天數為350天。兩個設計方案：一是按照常規的空調系統為車間內硫酸提供冷量：二是利用LNG的冷能回收系統為車間內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

本文對兩種系統進行初投資計算，因本文所研究的系統是整個工廠制冷系統的一部分（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。常規空調制冷系統的主要設備有：風冷模塊機組2臺，冷凍泵4臺（2用2備），管道閥門系統等。LNG冷能回收系統的主要設備：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。常規空調系統的配置如表1所示，初投資約為37.6萬元，LNG冷能回收系統的配置如表2所示，初投資約為124.66萬元。

3.2LNG冷能回收的經濟效益計算

常規空調系統每天24小時運行，每個小時的耗電量按式（1）計算：

Q常規耗電=Q主機+Q泵（1）

式中：Q常規耗電一常規空調系統的運行的耗電量，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。

根據表1的設備參數，帶人數據，可得常規空調每小時的耗電量：

O常規耗電=88.4kW·h

LNG冷能回收系統每天運行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。

根據表2中設備參數，帶人數據，可得常規空調每小時的耗電量，QLNG耗電=10.8kW·h

采用LNG冷能回收系統，每天的節約額按式（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-常規空調系統和LNG冷能回收系統的耗電量之差，kW·h帶人數據，可得：v節約額=1558.55元厭每天節省的電量按式（4）計算：

△q耗電=24△Q

（4）

式中：△q耗電-常規空調系統與LNG冷能回收系統24小時運行的電量差，kW·h帶人數據，可得：△q耗電=1862.4kW·h

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

一年的節約額為：Y節約額=350≈y節約額/10000≈54.55萬元

3.3LNG冷能回收系統的投資回收期計算

常規空調系統的初投資費用為37.6萬元，LNG冷能回收系統的初投資費用為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/節約額=1.6年。

4結論

中國的LNG冷能利用產業，在充分吸取國外成熟技術的基礎上，開拓創新，已經擁有了多個自主專利技術。經過多方面的共同努力，一定會在規劃、管理、市場運作方面不斷獲得新的突破，為我們創建循環經濟和節約型社會做出應有的貢獻。endprint