Các phương pháp sử dụng năng lượng lạnh LNG

Khí tự nhiên, như một nguồn năng lượng sạch và hiệu quả, đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát ô nhiễm khí quyển ở Trung Quốc. Trong những năm gần đây, việc tiêu thụ khí đốt tự nhiên ở Trung Quốc đã tăng lên nhanh chóng. Khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), là dạng lỏng của khí tự nhiên, được hình thành khi khí tự nhiên được tinh chế và làm lạnh đến -162 độ, giảm thể tích của nó xuống còn 1/600 so với kích thước ban đầu. Sự hiện diện của LNG làm tăng tính linh hoạt của việc lưu trữ, vận chuyển và sử dụng khí tự nhiên, mở rộng phạm vi ứng dụng khí tự nhiên. Cơ sở sản xuất một tấn LNG tiêu thụ khoảng 850 kWh điện. Trong quá trình hóa hơi LNG, một lượng năng lượng lạnh đáng kể được giải phóng, khoảng 830-860 kJ/kg, về mặt lý thuyết cung cấp khoảng 230 kWh năng lượng làm mát có thể sử dụng cho mỗi tấn LNG thông qua quá trình hóa hơi trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, trong điều kiện bình thường, năng lượng lạnh này thường bị lãng phí trong các thiết bị hóa hơi LNG, gây lãng phí năng lượng đáng kể và gây ô nhiễm môi trường. Việc thu hồi năng lượng lạnh này không chỉ sử dụng năng lượng hiệu quả mà còn giảm lượng điện tiêu thụ đáng kể của điện lạnh cơ học, mang lại lợi ích kinh tế và xã hội đáng kể. Vì vậy, việc sử dụng năng lượng lạnh LNG đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi của các học giả trong nước và quốc tế.

1. Ứng dụng sử dụng năng lượng lạnh LNG

1.1 Các phương pháp sử dụng cơ bản năng lượng lạnh LNG

Việc sử dụng năng lượng lạnh LNG thường bao gồm hai phương pháp chính: sử dụng trực tiếp và sử dụng gián tiếp. Việc sử dụng trực tiếp chủ yếu tập trung vào sản xuất điện ở nhiệt độ thấp, tách không khí, sản xuất đá khô, tách hydrocarbon nhẹ, làm lạnh ở nhiệt độ cực thấp, khử muối trong nước biển, điều hòa không khí ô tô, chăn nuôi, trồng trọt ở nhiệt độ thấp, v.v. Việc sử dụng gián tiếp liên quan đến việc sử dụng LNG lạnh năng lượng để sản xuất nitơ lỏng hoặc oxy lỏng, sau đó được sử dụng cho nhiều quy trình khác nhau như nghiền ở nhiệt độ thấp, công nghệ sinh học ở nhiệt độ thấp và xử lý nước thải.

1.2 Triển vọng sử dụng năng lượng lạnh LNG

Với nhu cầu tiêu thụ khí đốt tự nhiên ngày càng tăng và xu hướng nhập khẩu khí đốt tự nhiên ngày càng tăng ở Trung Quốc, nhập khẩu LNG chiếm tỷ trọng đáng kể. Dự kiến đến năm 2020, chênh lệch cung cầu trên thị trường khí đốt tự nhiên Trung Quốc sẽ lên tới 141,5 triệu tấn. Để thu hẹp khoảng cách này, có thể dự đoán rằng nhập khẩu LNG của Trung Quốc sẽ tăng hơn nữa, tạo ra một tương lai tươi sáng cho các công nghệ sử dụng năng lượng lạnh LNG. Hiện nay, công nghệ thu hồi năng lượng lạnh LNG đã nhận được sự quan tâm rộng rãi của chính phủ và doanh nghiệp trên toàn thế giới, với số lượng trạm tiếp nhận LNG lớn ngày càng tăng trên toàn cầu. Nhật Bản dẫn đầu thế giới về công nghệ sử dụng năng lượng lạnh LNG, với công nghệ sản xuất điện ở nhiệt độ thấp, tách không khí, carbon dioxide hóa lỏng, sản xuất đá khô và công nghệ bảo quản lạnh nhiệt độ thấp đạt trình độ tiên tiến quốc tế, đạt tỷ lệ sử dụng năng lượng lạnh LNG ở mức khoảng 20%-30%. Công nghệ sử dụng năng lượng lạnh LNG của Trung Quốc bắt đầu tương đối muộn và quá trình phát triển của nó vẫn còn non nớt, tỷ lệ sử dụng tổng thể chưa cao. Tuy nhiên, các công ty như Tập đoàn Dầu khí Ngoài khơi Quốc gia Trung Quốc (CNOOC) đã đạt được tiến bộ đáng kể trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau liên quan đến việc sử dụng năng lượng lạnh LNG, thể hiện khả năng cạnh tranh giữa các đối tác quốc tế. Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Trung Quốc (CNPC) và Tập đoàn Dầu khí & Hóa chất Trung Quốc (Sinopec) cũng đang tăng cường nỗ lực nghiên cứu và phát triển công nghệ sử dụng năng lượng lạnh LNG, đạt được những lợi thế nhất định trong việc bắt kịp. Trong những thập kỷ tới, sự phát triển của công nghệ sử dụng năng lượng lạnh LNG sẽ có ý nghĩa to lớn đối với việc sử dụng năng lượng toàn diện của Trung Quốc.

1.3 So sánh các phương pháp sử dụng năng lượng lạnh

Bảng 3 tóm tắt các phương pháp sử dụng năng lượng lạnh LNG chính và phân tích ưu điểm, nhược điểm cũng như nhu cầu năng lượng lạnh tương ứng của chúng, hỗ trợ lựa chọn phương pháp sử dụng năng lượng lạnh phù hợp dựa trên điều kiện địa phương.

2. Tiến độ nghiên cứu sử dụng năng lượng lạnh LNG trong nước và quốc tế

Cho dù đó là sử dụng trực tiếp hay gián tiếp năng lượng lạnh LNG, nó đều liên quan đến việc thu hồi và sử dụng năng lượng lạnh LNG thông qua một phương pháp tiếp cận duy nhất, từ góc độ nhiệt động lực học, không thể sử dụng hoàn toàn năng lượng lạnh LNG, dẫn đến tổn thất đáng kể. Hiện nay, nhiều chuyên gia trong ngành đề xuất tích hợp nhiều phương pháp thu hồi để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng lạnh LNG.

2.1 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong điều hòa không khí kho lạnh

Chen Qiuxiong và cộng sự. phát triển công nghệ kết hợp năng lượng lạnh LNG với hệ thống điều hòa không khí trữ đá. Công nghệ này lưu trữ năng lượng lạnh giải phóng trong quá trình hóa hơi LNG dưới dạng trữ đá, sau đó dùng để làm mát thông qua trao đổi nhiệt với nước tuần hoàn của điều hòa không khí, giúp giảm hiệu quả nhu cầu điện cao điểm và cân bằng phụ tải điện, từ đó tiết kiệm đáng kể chi phí điện cho người dùng. . Lin Yuan đã đề xuất quy trình truyền nhiệt môi chất lạnh hai giai đoạn để sử dụng năng lượng lạnh LNG trong điều hòa không khí bảo quản đá. R404a và dung dịch ethylene glycol 30% được sử dụng làm chất làm lạnh giai đoạn một và giai đoạn hai, tương ứng với hiệu suất lần lượt là 30,88% và 43.86% cho hai bộ trao đổi nhiệt. Qua phân tích có thể thấy nguyên nhân chính gây thất thoát là do chênh lệch nhiệt độ cao trong quá trình trao đổi nhiệt. Các tác giả đã tối ưu hóa hơn nữa quy trình từ góc độ giảm chênh lệch nhiệt độ trao đổi nhiệt.

2.2 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong quá trình tách không khí

Xia Hongyan và cộng sự. đề xuất sử dụng năng lượng lạnh LNG cho thiết bị tách khí, chủ yếu sử dụng năng lượng lạnh của khí thiên nhiên hóa lỏng để thay thế chu trình làm lạnh của cơ cấu giãn nở. Năng lượng lạnh ở nhiệt độ thấp của LNG được sử dụng để hóa lỏng khí nitơ áp suất cao, trong khi năng lượng lạnh ở nhiệt độ môi trường xung quanh được cung cấp cho hệ thống nước làm mát ethylene glycol. Thiết bị tách không khí năng lượng lạnh LNG này tiết kiệm năng lượng hơn 50% so với thiết bị tách không khí thông thường và có tác dụng tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm nước rõ ràng đối với hệ thống nước làm mát tuần hoàn hỗ trợ. Wei Linrui và cộng sự. đề xuất phương án sử dụng nitơ lỏng làm chất làm lạnh để làm mát bộ phận tách, duy trì hoạt động liên tục của bộ phận tách khí LNG, từ đó giải quyết vấn đề ngừng hoạt động thường xuyên do nhu cầu khí biến động theo các thời điểm và mùa khác nhau, đồng thời so sánh và phân tích hiệu quả kinh tế. lợi ích của việc sử dụng nitơ lỏng để bảo trì vận hành liên tục so với việc tắt máy trực tiếp sau đó khởi động lại.

2.3 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong kho lạnh

Yang Chun và cộng sự. đề xuất một thiết bị sử dụng năng lượng lạnh khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) cho xe trượt nước làm lạnh và kho lạnh, bao gồm ba hệ thống: hệ thống hóa hơi LNG, hệ thống tuần hoàn môi chất lạnh và hệ thống sản xuất nước lạnh. LNG truyền năng lượng lạnh của nó sang chất làm lạnh thông qua hệ thống hóa hơi, sau đó chất làm lạnh sử dụng năng lượng lạnh để bảo quản lạnh và cung cấp năng lượng lạnh cho nước lạnh thông qua hệ thống nước làm lạnh. Chất làm lạnh giải quyết tính chất không đồng bộ của quá trình khí hóa và ứng dụng LNG về mặt thời gian và không gian. Tiểu Phương và cộng sự. cải tiến quy trình sử dụng năng lượng lạnh LNG cho công nghệ làm lạnh kho lạnh, giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng lạnh LNG không đủ và công suất làm lạnh môi chất lạnh không đủ khi nhu cầu sử dụng khí tự nhiên thấp. Họ so sánh công nghệ làm lạnh năng lượng lạnh LNG với công nghệ làm lạnh nén điện kho lạnh truyền thống, kết luận rằng công nghệ làm lạnh nén điện truyền thống tiết kiệm chi phí hơn, hiệu quả xử lý cao hơn, thời gian hoàn vốn đầu tư ngắn hơn và chi phí vận hành thấp hơn. La Rocca đã nghiên cứu một cơ sở công nghiệp sử dụng năng lượng lạnh LNG để đông lạnh sâu các sản phẩm nông nghiệp trong siêu thị và có thể điều chỉnh không khí, đưa ra thiết kế ý tưởng, phân tích nhiệt động lực học và phân tích kinh tế về tính khả thi, khả năng ứng dụng và lợi nhuận của nó, đồng thời đưa ra cách tiếp cận mới để sử dụng hiệu quả năng lượng lạnh LNG.

2.4 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong tàu nhiên liệu

Du Lingguang đã ứng dụng năng lượng lạnh LNG vào làm lạnh hàng hóa đường biển, kết hợp công nghệ kho lạnh với công nghệ làm lạnh hàng hóa đông lạnh, giảm chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống làm lạnh tàu, thu hồi năng lượng lạnh LNG và giảm chi phí

chi phí vận chuyển hàng hóa lạnh bằng đường biển. Thiên Kun và cộng sự. đã thiết kế và phát triển kế hoạch sử dụng toàn diện năng lượng lạnh LNG của tàu dựa trên nguyên tắc "phù hợp nhiệt độ, sử dụng theo tầng", sử dụng năng lượng lạnh LNG cho kho lạnh và điều hòa không khí nước lạnh, đồng thời lựa chọn phương pháp ngưng tụ hoặc phương pháp đầu ra trực tiếp cho BOG xử lý dựa trên trạng thái mở của máy phát điện và động cơ đốt trong. Sơ đồ này tận dụng tối đa năng lượng lạnh do quá trình khí hóa LNG tạo ra và giảm nhiên liệu cần thiết để làm lạnh trên tàu, giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng điện cần thiết để thiết bị làm lạnh nén hoạt động.

2.5 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong sản xuất điện

Chen Liqiong và cộng sự. đã tóm tắt sáu công nghệ sản xuất năng lượng lạnh đã được áp dụng, bao gồm mở rộng trực tiếp, phương tiện thứ cấp, phát điện kết hợp, phương tiện hỗn hợp, chu trình Brayton và sử dụng tuabin khí. Họ chỉ ra rằng việc phát điện theo chu trình Brayton có hiệu suất cao nhất, đạt 55%, nhưng nó đòi hỏi yêu cầu về nhiệt độ làm mát. He Lei và cộng sự. đề xuất quy trình kết hợp sản xuất điện chu trình Rankine năng lượng lạnh LNG với làm lạnh điều hòa không khí, sử dụng năng lượng lạnh cấp cao để phát điện và năng lượng lạnh cấp thấp để làm lạnh điều hòa không khí thông qua thu hồi phân đoạn, đạt được mức sử dụng năng lượng lạnh LNG theo tầng và cải thiện hiệu quả độ lạnh hiệu suất sử dụng năng lượng.

2.6 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong khử mặn nước biển

Huang Meibin và cộng sự. kết hợp năng lượng lạnh LNG với quá trình khử mặn nước biển đóng băng và đề xuất hai phương án xử lý để xác định liệu chất làm lạnh có trải qua quá trình thay đổi pha hay không: thay đổi không pha và thay đổi pha. Kết quả cho thấy quá trình thay đổi không pha đơn giản và dễ điều khiển hơn nhưng có tốc độ dòng chất làm lạnh lớn hơn. Quá trình thay đổi pha có tốc độ dòng chất làm lạnh nhỏ hơn nhưng có quy trình, thiết bị và điều khiển phức tạp hơn, với tốc độ dòng khí lớn hơn đòi hỏi đường kính đường ống dẫn khí lớn hơn và kích thước bộ trao đổi nhiệt lớn hơn tương ứng. Jiang Kezhong và cộng sự. đã phân tích toàn diện ba công nghệ khử mặn nước biển chính hiện nay: màng lọc, chưng cất và đông lạnh. Họ đề xuất sử dụng quy trình khử muối kết hợp, cụ thể là kết hợp đóng băng năng lượng lạnh LNG với màng chưng cất ở nhiệt độ thấp hoặc các quy trình màng khác, làm hướng mới cho việc sử dụng năng lượng lạnh LNG trong khử mặn nước biển. CAO đã nghiên cứu quy trình khử mặn nước biển đông lạnh tiếp xúc gián tiếp sử dụng năng lượng lạnh LNG, lựa chọn tác nhân làm mát trung gian phù hợp để truyền nhiệt và đưa ra nhiệt độ kết tinh nước biển phù hợp nhất. Kết quả cho thấy 1 kg năng lượng lạnh LNG có thể tạo ra 2 kg đá tan, hầu như không tiêu hao năng lượng trong quá trình trộn LNG và nước biển.

2.7 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong cao su butyl

Han Junshi đã phân tích tính khả thi của việc sử dụng năng lượng lạnh LNG trong ngành cao su butyl, đề xuất hai phương án: làm lạnh thứ cấp sử dụng LNG và propylene và làm lạnh trực tiếp sử dụng LNG. Sau khi so sánh và phân tích các phương án với phương án làm lạnh kết hợp ethylene và propylene thông thường, người ta nhận thấy sử dụng LNG kết hợp làm lạnh bằng propylene có thể tiết kiệm 1100 kWh điện/tấn cao su, giảm 10% chi phí đầu tư-20 %; sử dụng làm lạnh trực tiếp bằng LNG sẽ tiết kiệm năng lượng hơn, tiết kiệm tới 2000 kWh điện/tấn cao su. Chen Maochun và cộng sự. so sánh, phân tích hai phương án làm lạnh kết hợp LNG, ethylene, propylene và làm lạnh kết hợp LNG và propylene cho một nhà máy cao su butyl thông thường với sản lượng hàng năm là 50.000 tấn, kết luận rằng phương án sau có ưu điểm như áp suất hóa hơi LNG thấp, áp suất thiết kế thấp cho thiết bị làm lạnh và diện tích nhỏ cho nhà máy. So với các quy trình làm lạnh truyền thống, nó đơn giản hóa đáng kể quy trình làm lạnh, với ít thiết bị xử lý hơn và đầu tư thấp hơn, giảm tiêu thụ kỹ thuật công cộng và các lợi thế khác.

2.8 Năng lượng lạnh LNG được sử dụng trong điều hòa không khí cho xe tải hạng nặng

Wang Fang và cộng sự. đã thiết kế một thiết bị kết hợp để sử dụng năng lượng lạnh LNG trong hệ thống điều hòa không khí xe tải hạng nặng, bao gồm bình chứa LNG, máy hóa hơi, máy điều hòa không khí, tủ lạnh, động cơ và bộ điều khiển. LNG trải qua quá trình trao đổi nhiệt ngược dòng với chất làm lạnh trong thiết bị hóa hơi, giải phóng năng lượng lạnh, sau đó trở thành nhiên liệu ở nhiệt độ môi trường xung quanh hóa hơi vào động cơ để sử dụng cho xe tải hạng nặng. Sau khi môi chất lạnh nhận được năng lượng lạnh do LNG giải phóng, nhiệt độ của nó giảm xuống, tích tụ năng lượng lạnh. Chất làm lạnh nhiệt độ thấp thoát ra khỏi máy hóa hơi được điều áp bằng máy bơm và đi vào thiết bị bay hơi của điều hòa không khí, tại đây năng lượng lạnh được truyền vào cabin thông qua quạt để điều chỉnh nhiệt độ phòng. Trong quá trình này, chất làm lạnh chỉ trải qua những thay đổi về nhiệt độ mà không thay đổi pha. Thiết bị mẫu tiện ích này tiết kiệm nhiên liệu để dẫn động máy nén, thu hồi năng lượng lạnh thoát ra trong quá trình hóa hơi LNG, tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu hao, có quy trình đơn giản nên dễ dàng quảng bá và sử dụng.

3. Triển vọng

Cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng lạnh LNG là rất quan trọng để sử dụng năng lượng toàn diện, giảm bớt áp lực thiếu hụt năng lượng, đáp ứng lời kêu gọi bảo tồn năng lượng và giảm phát thải, đồng thời tăng lợi ích kinh tế và xã hội. Tuy nhiên, hiện nay, hiệu suất sử dụng năng lượng lạnh LNG nhìn chung còn thấp, chỉ sử dụng một phương pháp, tiến độ dự án chậm và độ trễ triển khai nghiêm trọng. Vì vậy, những đề xuất sau đây được đề xuất:

(1) Lựa chọn hợp lý các dự án sử dụng năng lượng lạnh căn cứ vào quy mô trạm tiếp nhận LNG, điều kiện kinh tế địa phương và nhu cầu thị trường.

(2) Phát triển các công nghệ xử lý cụ thể để sử dụng theo tầng năng lượng lạnh LNG nhằm cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng lạnh LNG từ cả góc độ sử dụng hiệu quả đơn lẻ và sử dụng theo tầng toàn diện.

(3) Phát triển các thiết bị tích tụ và lưu trữ năng lượng lạnh để tách biệt các quá trình thu hồi và sử dụng năng lượng lạnh bằng chất làm lạnh, đồng thời cung cấp năng lượng lạnh cho các đối tượng sử dụng năng lượng lạnh khác nhau thông qua đường ống làm lạnh để thực hành nguyên tắc “phù hợp nhiệt độ, sử dụng theo tầng”.

(4) Tăng cường nghiên cứu và phát triển phương tiện lưu trữ lạnh. Hiện nay, trên thị trường có rất ít chất làm lạnh không trải qua quá trình chuyển pha trong quá trình trao đổi nhiệt với LNG. Vì vậy, việc đẩy nhanh việc nghiên cứu và phát triển chất làm lạnh không thay đổi pha là vô cùng quan trọng.

Ngoài những điều trên, việc tích cực tìm hiểu các phương pháp sử dụng năng lượng lạnh mới vẫn là một hướng đi cần nỗ lực. Tóm lại, trong quá trình sử dụng năng lượng lạnh LNG, cần triển khai khái niệm kinh tế tuần hoàn, tích cực tìm hiểu các công nghệ sử dụng năng lượng lạnh LNG, tận dụng triệt để năng lượng lạnh LNG và hình thành hệ thống mạng công nghiệp lành mạnh.

Tuyên bố từ chối trách nhiệm:
1. Một số thông tin đồ họa và văn bản có nguồn gốc từ internet và các tài khoản chính thức của WeChat, với mục đích chia sẻ thêm thông tin.
2. Thông tin được cung cấp chỉ nhằm mục đích học tập và tham khảo và không ngụ ý sự chứng thực cho các quan điểm được bày tỏ. Không có đảm bảo nào được thực hiện về tính chính xác, độ tin cậy hoặc tính đầy đủ của thông tin.
3. Nếu có thắc mắc liên quan đến nội dung, bản quyền hoặc các vấn đề khác, vui lòng liên hệ với chúng tôi trong vòng 30 ngày để xóa bỏ.