Abordări de utilizare a energiei reci cu GNL
Gazul natural, ca sursă de energie curată și eficientă, joacă un rol semnificativ în controlul poluării atmosferice în China. În ultimii ani, consumul de gaze naturale în China a crescut rapid. Gazul natural lichefiat (GNL), ca formă lichidă a gazului natural, se formează atunci când gazul natural este purificat și răcit la -162 grade , reducându-și volumul la 1/600 din dimensiunea inițială. Prezența GNL crește flexibilitatea stocării, transportului și utilizării gazelor naturale, extinzând gama de aplicații ale gazelor naturale. Instalația de producere a unei tone de GNL consumă aproximativ 850 kWh de energie electrică. În timpul vaporizării GNL, se eliberează o cantitate semnificativă de energie rece, aproximativ 830-860 kJ/kg, furnizând, teoretic, aproximativ 230 kWh de energie de răcire utilizabilă per tonă de GNL prin vaporizare prin schimb de căldură. Cu toate acestea, în circumstanțe normale, această energie rece este adesea irosită în vaporizatoarele GNL, ceea ce duce la risipă semnificativă de energie și poluare a mediului. Recuperarea acestei energii reci nu numai că folosește în mod eficient energia, ci și reduce consumul substanțial de electricitate al refrigerarii mecanice, ceea ce duce la beneficii economice și sociale considerabile. Prin urmare, utilizarea energiei reci cu GNL a atras atenția pe scară largă din partea cercetătorilor atât pe plan intern, cât și internațional.
1. Aplicații de utilizare a energiei reci cu GNL
1.1 Metode primare de utilizare a energiei reci GNL
Utilizarea energiei reci cu GNL include, în general, două abordări principale: utilizarea directă și utilizarea indirectă. Utilizarea directă se concentrează în primul rând pe generarea de energie la temperatură joasă, separarea aerului, producția de gheață carbonică, separarea ușoară a hidrocarburilor, refrigerarea la temperatură ultra-joasă, desalinizarea apei de mare, climatizarea autovehiculelor, creșterea la temperatură scăzută, cultivarea etc. Utilizarea indirectă implică utilizarea rece a GNL energie pentru a produce azot lichid sau oxigen lichid, care sunt apoi utilizate pentru diferite procese, cum ar fi măcinarea la temperatură scăzută, biotehnologia la temperatură scăzută și tratarea apelor uzate.
1.2 Perspectivele utilizării energiei reci cu GNL
Odată cu creșterea cererii pentru consumul de gaze naturale și tendința de escaladare a importurilor de gaze naturale în China, importurile de GNL ocupă o proporție considerabilă. Se anticipează că până în 2020, decalajul dintre cerere și ofertă pe piața chineză a gazelor naturale va ajunge la 141,5 milioane de tone. Pentru a reduce acest decalaj, este previzibil că importurile de GNL ale Chinei vor crește în continuare, creând un viitor strălucit pentru tehnologiile de utilizare a energiei reci cu GNL. În prezent, tehnologia de recuperare a energiei reci GNL a primit o atenție pe scară largă din partea guvernelor și a întreprinderilor din întreaga lume, numărul de terminale mari de recepție a GNL crescând la nivel global. Japonia este lider mondial în tehnologia de utilizare a energiei reci cu GNL, cu generarea de energie la temperatură joasă, separarea aerului, dioxidul de carbon lichefiat, fabricarea de gheață carbonică și tehnologiile de depozitare la rece la temperaturi scăzute atingând niveluri internaționale avansate, atingând o rată de utilizare a energiei rece GNL de aproximativ 20%-30%. Tehnologia Chinei de utilizare a energiei reci cu GNL a început relativ târziu, iar dezvoltarea sa este încă imatură, ratele generale de utilizare nefiind ridicate. Cu toate acestea, companii precum China National Offshore Oil Corporation (CNOOC) au făcut progrese semnificative în diferite domenii tehnice legate de utilizarea energiei reci cu GNL, demonstrând competitivitate între omologii internaționali. China National Petroleum Corporation (CNPC) și China Petroleum & Chemical Corporation (Sinopec) își intensifică, de asemenea, eforturile de cercetare și dezvoltare privind tehnologia de utilizare a energiei reci cu GNL, bucurându-se de anumite avantaje în recuperarea din urmă. În următoarele decenii, dezvoltarea tehnologiei de utilizare a energiei reci cu GNL va avea o mare importanță pentru utilizarea cuprinzătoare a energiei din China.
1.3 Compararea metodelor de utilizare a energiei la rece
Tabelul 3 rezumă principalele metode de utilizare a energiei reci cu GNL și analizează avantajele, dezavantajele și cerințele de energie rece ale acestora, oferind asistență în selectarea metodelor adecvate de utilizare a energiei reci pe baza condițiilor locale.
2. Progresul cercetării privind utilizarea energiei reci cu GNL intern și internațional
Fie că este vorba de utilizarea directă sau indirectă a energiei reci GNL, aceasta implică recuperarea și utilizarea energiei rece GNL printr-o singură abordare, care, din perspectivă termodinamică, nu poate utiliza pe deplin energia rece GNL, rezultând pierderi semnificative. În prezent, mulți experți din industrie sugerează integrarea mai multor metode de recuperare pentru a îmbunătăți eficiența utilizării energiei reci cu GNL.
2.1 Energie rece GNL utilizată în aerul condiționat pentru depozitarea gheții
Chen Qiuxiong și colab. a dezvoltat o tehnologie care combină energia rece GNL cu sistemele de aer condiționat de stocare a gheții. Această tehnologie stochează energia rece eliberată în timpul vaporizării GNL sub formă de stocare a gheții, care este apoi folosită pentru a asigura răcirea prin schimb de căldură către apa care circulă aerul condiționat, reducând în mod eficient cererea de energie electrică de vârf și echilibrând sarcinile de putere, economisind astfel semnificativ costurile de electricitate ale utilizatorului. . Lin Yuan a propus un proces de transfer de căldură a agentului frigorific în două etape pentru utilizarea energiei reci cu GNL în aerul condiționat de depozitare a gheții. R404a și o soluție de etilenglicol 30% sunt utilizate ca agenți frigorifici din prima și, respectiv, a doua etapă, cu eficiențe de 30,88% și, respectiv, 43,86% pentru cele două schimbătoare de căldură. Prin analiză, este evident că principalul motiv al pierderii este diferența mare de temperatură în timpul schimbului de căldură. Autorii au optimizat în continuare procesul din perspectiva reducerii diferențelor de temperatură a schimbului de căldură.
2.2 Energie rece GNL utilizată în separarea aerului
Xia Hongyan și colab. a propus utilizarea energiei rece GNL pentru echipamentele de separare a aerului, în principal prin utilizarea energiei rece a gazului natural lichefiat pentru a înlocui ciclul de refrigerare al mecanismului de expansiune. Energia rece la temperatură joasă a GNL este utilizată pentru a lichefia azotul gazos de înaltă presiune, în timp ce energia rece la temperatura ambiantă este furnizată sistemului de apă de răcire cu etilenglicol. Acest echipament de separare a aerului cu energie rece LNG economisește cu 50% mai multă energie decât echipamentele convenționale de separare a aerului și are efecte evidente de economisire a energiei și a apei asupra sistemului de apă de răcire în circulație. Wei Linrui et al. a propus o schemă care folosește azot lichid ca agent frigorific pentru răcirea unității de separare, menținând funcționarea continuă a unității de separare a aerului GNL, rezolvând astfel problema opririlor frecvente din cauza fluctuației cererii de gaz la diferite momente și anotimpuri și comparând și analizând situația economică. avantajele utilizării azotului lichid pentru întreținerea funcționării continue în comparație cu opririle directe urmate de reporniri.
2.3 Energie rece GNL utilizată în depozitele frigorifice
Yang Chun și colab. a propus un dispozitiv de utilizare a energiei rece a gazelor naturale lichefiate (GNL) pentru stocarea la rece și săniile de apă frigorifică, cuprinzând trei sisteme: sistem de vaporizare GNL, sistem de circulație a agentului frigorific și sistem de producere a apei rece. GNL își transferă energia rece agentului frigorific prin sistemul de vaporizare, iar agentul frigorific utilizează apoi energia rece pentru depozitarea la rece și o furnizează apă rece prin sistemul de apă de refrigerare. Agentul frigorific abordează natura asincronă a gazificării GNL și a aplicării în termeni de timp și spațiu. Xiao Fang și colab. a îmbunătățit procesul de utilizare a energiei reci cu GNL pentru tehnologia de refrigerare cu depozitare la rece, abordând problema aprovizionării insuficiente cu energie rece cu GNL și a capacității insuficiente de răcire a agentului frigorific atunci când cererea utilizatorilor de gaze naturale este scăzută. Ei au comparat tehnologia de refrigerare cu energie rece cu GNL cu tehnologia tradițională de refrigerare prin compresie electrică cu depozitare la rece, concluzionand că prima este mai rentabilă, are o eficiență mai mare a procesului, o perioadă mai scurtă de amortizare a investiției și costuri de operare mai mici. La Rocca a studiat o instalație industrială care utilizează energie rece GNL pentru a îngheța produsele agricole în supermarketuri și poate regla aerul, oferind un design conceptual, analiză termodinamică și analiză economică a fezabilității, aplicabilității și rentabilității sale, oferind o nouă abordare pentru o utilizare eficientă. de energie rece GNL.
2.4 Energie rece GNL utilizată în navele de combustibil
Du Lingguang a aplicat energie rece GNL la refrigerarea transportului maritim, combinând tehnologia de depozitare la rece cu tehnologia de refrigerare a mărfurilor congelate, reducând investiția inițială a sistemelor de refrigerare a navelor, recuperând energia rece GNL și reducând
costul de refrigerare a mărfurilor maritime. Tian Kun şi colab. a proiectat și dezvoltat o schemă cuprinzătoare de utilizare a energiei reci cu GNL pentru nave, bazată pe principiul „potrivirii temperaturii, utilizarea în cascadă”, folosind energia rece GNL pentru depozitarea la rece și pentru climatizarea cu apă rece și selectarea unei metode de condensare sau a unei metode de ieșire directă pentru BOG tratarea bazată pe starea de deschidere a generatoarelor și a motoarelor cu ardere internă. Această schemă utilizează pe deplin energia rece generată de gazeificarea GNL și reduce combustibilul necesar pentru refrigerarea pe nave, reducând semnificativ consumul de energie electrică necesar pentru funcționarea echipamentelor frigorifice prin compresie.
2.5 Energie rece GNL utilizată în producerea de energie
Chen Liqiong și colab. a rezumat șase tehnologii de generare a energiei la rece care au fost aplicate, inclusiv expansiune directă, mediu secundar, generare de energie combinată, mixte, ciclu Brayton și utilizarea turbinelor cu gaz. Aceștia au subliniat că generarea de energie în ciclul Brayton are cea mai mare eficiență, ajungând la 55%, dar necesită cerințe de temperatură de răcire. He Lei și colab. a propus un proces care combină energia rece GNL generarea de energie în ciclul Rankine cu refrigerarea aerului condiționat, folosind energie rece de calitate superioară pentru generarea de energie și energie rece de calitate scăzută pentru refrigerarea aerului condiționat prin recuperare segmentată, realizând utilizarea în cascadă a energiei reci cu GNL și îmbunătățirea efectivă a frigului eficienta utilizarii energiei.
2.6 Energie rece GNL utilizată în desalinizarea apei de mare
Huang Meibin și colab. a combinat energia rece GNL cu desalinizarea apei de mare înghețate și a propus două opțiuni de proces pentru a stabili dacă agentul frigorific suferă o schimbare de fază: fără schimbare de fază și schimbare de fază. Rezultatele au arătat că procesul fără schimbare de fază este mai simplu și mai ușor de controlat, dar are un debit mai mare de agent frigorific. Procesul de schimbare a fazei are un debit masic mai mic de agent frigorific, dar are procese, echipamente și controale mai complexe, cu debite mai mari în fază gazoasă care necesită diametre mai mari ale conductelor de gaz și dimensiuni în mod corespunzător mai mari ale schimbătorului de căldură. Jiang Kezhong și colab. a analizat cuprinzător trei tehnologii principale de desalinizare a apei de mare în prezent: membrană, distilare și congelare. Ei au propus utilizarea unui proces hibrid de desalinizare, și anume, combinarea înghețarii energiei rece a GNL cu membrane de distilare la temperatură joasă sau alte procese membranare, ca nouă direcție pentru utilizarea energiei reci GNL în desalinizarea apei de mare. CAO a studiat procesul de desalinizare a apei de mare prin înghețare prin contact indirect folosind energie rece GNL, a selectat agenți de răcire intermediari adecvați pentru a transfera căldura și a furnizat cea mai potrivită temperatură de cristalizare a apei de mare. Rezultatele au arătat că 1 kg de energie rece a GNL ar putea produce 2 kg de gheață topită, aproape fără consum de energie în timpul procesului de amestecare a GNL cu apa de mare.
2.7 Energie rece GNL utilizată în cauciucul butilic
Han Junshi a analizat fezabilitatea utilizării energiei reci cu GNL în industria cauciucului butilic, propunând două scheme: refrigerarea secundară folosind GNL și propilenă și refrigerarea directă folosind GNL. După compararea și analizarea schemelor cu utilizarea convențională a răcirii combinate cu etilenă și propilenă, s-a constatat că utilizarea GNL în combinație cu refrigerarea propilenă ar putea economisi 1100 kWh de energie electrică pe tonă de cauciuc, reducând costurile de investiție cu 10%-20 %; utilizarea refrigerarii directe cu GNL economisește mai mult energie, economisind până la 2000 kWh de electricitate per tonă de cauciuc. Chen Maochun și colab. a comparat și analizat două scheme de refrigerare combinată cu GNL, etilenă și propilenă și refrigerare combinată cu GNL și propilenă pentru o fabrică convențională de cauciuc butilic cu o producție anuală de 50.000 de tone, ajungând la concluzia că aceasta din urmă are avantaje precum presiunea scăzută de vaporizare a GNL, presiunea de proiectare scăzută. pentru echipamente frigorifice și o amprentă mică pentru uzină. În comparație cu procesele tradiționale de refrigerare, simplifică foarte mult procesul de refrigerare, cu mai puține echipamente de proces și investiții mai mici, reducând consumul de inginerie publică și alte avantaje.
2.8 Energie rece GNL utilizată în aerul condiționat pentru camioanele grele
Wang Fang şi colab. a proiectat un dispozitiv combinat pentru utilizarea energiei reci cu GNL în sistemele de aer condiționat pentru camioane grele, inclusiv butelii GNL, vaporizatoare, aparate de aer condiționat, frigidere, motoare și controlere. GNL suferă un schimb de căldură în contracurent cu agentul frigorific din vaporizator, eliberând energie rece, apoi devine combustibil la temperatura ambiantă vaporizat în motor pentru utilizarea camioanelor grele. După ce agentul frigorific primește energia rece eliberată de GNL, temperatura acestuia scade, acumulând energie rece. Refrigerantul la temperatură joasă care iese din vaporizator este presurizat de o pompă și intră în evaporatorul de aer condiționat, unde energia rece este transferată în cabină printr-un ventilator pentru a regla temperatura camerei. În timpul acestui proces, agentul frigorific suferă doar schimbări de temperatură fără schimbări de fază. Acest dispozitiv model utilitar economisește combustibil pentru acționarea compresorului, recuperează energia rece eliberată în timpul vaporizării GNL, economisește energie și reduce consumul și are un proces simplu, făcându-l ușor de promovat și utilizat.
3. Outlook
Îmbunătățirea ratei de utilizare a energiei reci cu GNL este crucială pentru utilizarea cuprinzătoare a energiei, atenuarea presiunii deficitului de energie, răspunsul la apelul pentru conservarea energiei și reducerea emisiilor și creșterea beneficiilor economice și sociale. Cu toate acestea, în prezent, eficiența utilizării energiei reci GNL este în general scăzută, cu o singură metodă de utilizare, progres lent al proiectului și întârziere serioasă de implementare. Prin urmare, se propun următoarele sugestii:
(1) Selectați în mod rezonabil proiectele de utilizare a energiei reci pe baza dimensiunii stațiilor de recepție a GNL, a condițiilor economice locale și a cererii pieței.
(2) Dezvoltați tehnologii de proces specifice pentru utilizarea în cascadă a energiei reci GNL pentru a îmbunătăți ratele de utilizare a energiei reci GNL atât din perspectiva utilizării eficiente unice, cât și din perspectiva utilizării în cascadă cuprinzătoare.
(3) Dezvoltați dispozitive pentru acumularea și stocarea energiei reci pentru a separa procesele de recuperare și utilizare a energiei reci care utilizează agenți frigorifici și furnizați energie rece diverșilor utilizatori de energie rece prin conducte de agent frigorific pentru a practica principiul „potrivirii temperaturii, utilizării în cascadă”.
(4) Creșterea cercetării și dezvoltării mediilor de depozitare la rece. În prezent, pe piață există puțini agenți frigorifici care nu suferă schimbări de fază în timpul schimbului de căldură cu GNL. Prin urmare, accelerarea cercetării și dezvoltării agenților frigorifici fără schimbare de fază este de cea mai mare importanță.
Pe lângă cele de mai sus, explorarea activă a noilor metode de utilizare a energiei reci este încă o direcție care necesită efort. În rezumat, în procesul de utilizare a energiei reci cu GNL, ar trebui implementat conceptul de economie circulară, explorând în mod activ tehnologiile de utilizare a energiei reci cu GNL, realizând utilizarea deplină a energiei reci cu GNL și formând un sistem de rețea industrială sănătos.
Declinarea responsabilității:
1. Unele informații grafice și textuale provin de pe internet și din conturile oficiale WeChat, cu intenția de a partaja mai multe informații.
2. Informațiile furnizate sunt doar în scop de învățare și de referință și nu implică aprobarea opiniilor exprimate. Nu se oferă nicio garanție cu privire la acuratețea, fiabilitatea sau caracterul complet al informațiilor.
3. Dacă există preocupări legate de conținut, drepturi de autor sau alte probleme, vă rugăm să ne contactați în termen de 30 de zile pentru eliminare.