LNG冷能利用技术简介
时间：2026-05-07 20:35:12
LNG 是超低温液态天然气（-162 摄氏度），蕴含着大量高品位冷能。数据显示，2022 年全国LNG 进口量超过6000 万吨，携带的冷能约150亿千瓦时，相当于1000万人口城市1年的居民用电量。这些冷能可以通过发电、工业制冷、冷链物流等方式，替代制冷所需的大量电能，具有突出的节能及环保效益。
LNG冷能利用主要依靠LNG气化过程中对相变吸热和膨胀对外界做功，并将其回收。按照利用方式分类，可将LNG冷能利用分为直接利用和间接利用两种方式：直接利用方式包括冷能发电、液化空气分离、液态二氧化碳或干冰制备、低温冷库、海水淡化、数据中心供冷等；间接利用主要有低温破碎和轻烃分离两种方式。以上不同工艺适用于不同的温度范围，而LNG温度为-162 ℃，并且需要吸热升温至5 ℃以上才能供应给下游用户。因此LNG冷能释放过程中温度跨度大，需适配多个工艺满足需求。表1统计了LNG气化过程中冷能可利用的工艺。
如表1所示,LNG有五种不同的使用方式,可以在-162～-60 ℃的温度下发电。
2023年12月，采用自主技术建设的世界最大规模冷能发电装置——中国海油宁波“绿能港”5兆瓦级冷能发电装置完成主体施工，标志着我国LNG冷能发电自主装备技术应用取得重大进展。LNG冷能发电技术与装备长期被国外垄断，气电集团牵头在国内率先完成关键装备技术攻关，目前核心设备透平膨胀机各项关键指标测试满足国际通用标准要求，推动了LNG冷能发电领域核心装备从无到有的重大突破。
蒸汽动力循环即朗肯循环，冷凝器采用冷却水作为冷源，循环的最低温度限制为环境温度。将气化 LNG的海水用作冷凝器的冷却水，既可降低冷凝器的冷凝温度，又可提高ORV海水的入口温度，从而利用了LNG的冷能。
如今冷却介质已经由海水换成了效率更高的丙烷或其他冷媒，台湾永安LNG电厂就是用丙烷作为换热介质回收 LNG冷能并通过透平发电。
利用LNG冷能改善燃气动力循环发电，可以通过冷却燃气轮机的排气、或者降低燃气轮机进口空气温度两种方式。前者虽容易实现，但因温差范围太大，冷能利用率很低，对功率、效率的提高程度贡献不足1%。
目前比较成熟有效的是利用 LNG 冷却燃气轮机的入口空气。燃气轮机的进气温度对燃气机组的运行效率有很大影响，进而影响发电功率。进口空气温度越低，燃气轮机的效率越高。从图五可看出，面积1234就是1kg空气在燃气轮机中完成一次循环后输出的功，显然这个面积越大输出功越多。图五显示了当降低进气温度(T1)时的温熵图，当T1降低时输出功增加。根据经验数据，当入口空气温度从30℃降低到5℃时，输出功率可增加大约 20%，效率相对提高5%左右。
LNG 冷能用于燃气轮机发电机组的进气冷却，可提高机组发电能力15％～20％。由于燃气轮机进气温度愈低，燃气机组发电容量愈高；进气温度变化愈小，发电容量愈稳定；燃气轮机进气冷却后的温度不易过低，否则压气机进口将会结冰而导致燃气轮机不能正常运转。合理设计燃气机组的进气温度对燃气轮机性能非常关键，一般采取4.4~5.5℃，此温度既可以取得燃气机组的高效发电能力，又可以保证压气机的安全稳定运行。
根据 LNG 的存储状态，使用低温泵对 LNG 加压，然后利用海水或工业余热使之受热气化，然后进入膨胀机直接膨胀做功，带动发电机组发电。膨胀后再根据要求调整天然气的温度和压力，送至用户。这种方法原理简单但效率不高，发电功率较小，冷能回收效率仅为24％，1吨LNG 的发电量约为20 kWh左右。因此，这种方法一般与其它方法联合使用。
低温条件下工作的 Rankine 循环，是采用有机工质为工作介质，来代替水和蒸汽，组成闭式的低温蒸气动力循环，它可以利用LNG的优质低温冷能，以及普遍存在的低品位能（海水或空气、地热能、太阳能、工业余热等）。循环工质采用丙烷、乙烯的居多，也可采用混合工质，以尽量保证传热温差的稳定。
实际工业利用中还采用结合回热的技术，冷能回收率较高，一般可保持在50%左右。日本投入实际使用的大多就是这种方式，一般装机容量在 400~9400kW 之间。
燃气轮机做功的基本原理是Brayton 循环。利用 LNG 冷能的低温Brayton 循环，在低温工作条件下以N2为介质，由于压缩机入口 N2可以降到很低（可达-130℃），大大提高了循环效率，一般在 50%以上。由于工作介质没有相变过程，与Rankine循环不同的是，LNG蒸发压力在超临界条件下，提高换热效率。
图九左边是低温工作条件下N2的Brayton循环，右边是 LNG直接膨胀。
Brayton循环的冷能回收率在50％左右，综合造价较低，有利于环境保护，每吨LNG的发电量约为45 kWh左右，其发电的稳定性很好，20多年来，全世界已经投入运行的机组还未发生过因故障导致的停电事故。
目前工业应用最为广泛的是低温空气分离技术。低温空气分离技术是利用空气中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将空气液化，通过对冷却液化后的空气进行精馏和分离获得液氧和液氮，因氧和氮的露点极低（-170℃左右），所以要将空气液化需要大量的低温冷能。低温空气分离装置由以下几部分组成：空气压缩、膨胀制冷；空气中水分、杂质去除；空气冷却、液化；空气精馏、分离；低温产品的冷量回收及压缩。目前常规的做法是用高压空气或高压氮气冷却到一定温度后进入增压透平膨胀制冷，来提供液化空气的冷能。这是一个电能转化为机械能，进而转化为冷能的过程，耗电量很大，冷却水消耗量也很大。因此，如果能够利用 LNG 的低温位冷能，将可以节省一大部分机械能，降低电能消耗。
液态空气储能适用温度为-160～-80 ℃左右,分为释储能两部分。释能阶段是对液态空气做功,将储能阶段储存的电能等释放出来进行生活生产的过程。储能阶段主要用来调峰和应急响应等情况下使用。对剩余风能、光能和电能产生的电进行利用,通过压缩周围空气,对空气进行液化降温,从而转化成以电能和热能的形式保存能量。其具有较大的机载容量和较长的存储周期、系统效率高、规模经济效应明显等优点。它通常可以在40～50年内储存和释放数万倍的能量,与水力发电一样,是最有希望的大规模储能技术之一。液态空气储能工艺示意图见图2。
2023年12月29日，我国内陆首个基于LNG冷源的冷水养殖示范项目在大鹏LNG正式投运，在推动国内冷能综合利用项目发展上具有里程碑意义。LNG接收站冷排海水溶氧量越高，低温养殖鱼类病害少，被附近鱼类养殖户称为“钻石水”。该示范项目中，利用LNG冷源来控制养殖水温，以满足季节性经济鱼类市场的供应需求，为反季节近海陆基水产养殖提供了新的可能，显著提升了养殖效益，实现了LNG接收站与养殖业的促进发展，打造了能源企业与生态环境融合发展的成功范例。
冷能利用是气电集团完善LNG冷能产业链，践行绿色低碳高质量发展的新路径。
作为信息资源集散的数据中心正在发展成一个具有战略意义的新兴产业。制冷系统是数据中心的耗能大户，数据中心能耗的30%～45%被制冷系统使用。以LNG的冷能作为数据中心的冷源，替代现有制冷系统，将大幅度降低数据中心电耗，提高经济效益。数据中心的安全、可靠性要求较高，采用中间介质作为冷媒、完成冷能传递的方案可行性较高。
海水淡化技术主要有膜法、蒸馏法、冷冻法，方法的耗能决定其成本。LNG冷能海水淡化采用冷冻法的技术路线，利用LNG再气化过程释放的冷能替代传统的制冷机，在没有其他能耗的基础上，额外提供低品位冷量用于预冷和控温。理论测算每吨LNG能够产出超过2t的淡水。
从冷能剩余利用量考虑，冷能空分配套集中冷库、干冰制造具备资源利用可行性，可以提高资源配置效率，具备技术先进性。丁基橡胶项目占地面积小、具备市场需求，将获得可观的经济效益，数据中心方案具备冷能资源的可行性。冷能发电项目的技术成熟，对下游市场依赖度低，已具备工程化推广经验，是具备开发前景的冷能利用项目。返回搜狐，查看更多