冷能利用进阶指南：LNG产业链的绿色能源新机遇
前言
前言
天然气是当今世界能源消耗中的重要组成部分，与煤炭、石油并称为世界能源的三大支柱。其液态形式LNG（液化天然气）在储存和运输中需经历低温液化（-162℃）与常温气化的过程。这一过程不仅解决了天然气跨区域输送的难题，还释放出巨大的冷能资源。如何高效利用这一“低温财富”，已成为全球能源行业关注的焦点。
一、冷能的价值与基础概念
冷能的本质是温差能，即利用低温介质与常温环境之间的温度差实现能量转换。LNG在-162℃液态下储存，气化时需吸收大量热量，释放的冷能可通过热力学循环转化为电能或直接用于低温工业场景。
据统计，每吨LNG在气化过程中释放的冷能约为240kWh，能量相当可观。以240kWh/t的冷能能量计算，2023年我国8029.39万吨的LNG消费量蕴藏的冷能突破200亿kWh。预计到2029年，LNG冷能潜在市场价值量空间将接近250亿元。
二、冷能如何转化为实际应用
冷能利用的核心在于根据温度梯度和场景需求选择技术方案，将LNG气化过程中释放的低温能量转化为工业、农业或民用的实际价值，主要分为直接利用与间接利用两类。
1、空气分离：低温技术的核心场景
空气分离是目前LNG冷能应用最成熟的领域。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，氧和氮的露点极低（-170℃左右），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。
在膨胀环节，将机械能转化为空气的冷能，在主换热器中冷却液化空气，液化后的空气进入精馏塔精馏。通过膨胀做功，把空气冷却到-170℃以下，需要消耗大量的机械能增压。因此，利用LNG的优质冷能替换部分机械能，从而降低耗电量。通常的做法是在传统空分装置增加冷量回收换热器，使用空分塔塔顶抽出的高压纯N2，在回收换热器回收LNG的冷量，将冷能带入系统内，因而节约了先对空气进行增压、再膨胀制冷的增压机和膨胀机环节。
以福建莆田LNG冷能空分项目为例，该项目利用LNG冷能和少量电能使空气低温液化，生产液氮、液氧和液氩等气体产品。相较于常规生产方式，该技术节能50%、节水70%以上，日产量达600吨，成为国内首个成功实施的LNG冷能利用项目。
2、冷能发电：多路径能源转化
目前世界各地LNG接收站多半设有冷能发电系统，例如日本、比利时、韩国、德国等均建有冷能发电装置。LNG接收站通常使用海水气化LNG，经过热交换后的海水流入大海，(830~860)Χ1000 KJ/T冷能随之浪费，这些能量可以通过适当的工艺，被利用来进行发电。
冷能发电技术通过热力学循环将温差能转化为电能，主要分为四大类：直接膨胀法；蒸汽动力循环（基RANKIN循环）；燃气动力循环（基本BRAYTON循环）；联合法（包括：低温RANKINE循环、低温BRAYTON循环、复合多级循环、结合回热的联合循环）等。
日本在此领域处于领先地位，冷能发电装置（CPP）由大阪燃气开发，于1979年在全球首次商业运行，目前全世界约有10套CPP在运行（主要在日本），其中有5套在大阪燃气的接收站。
3、轻烃分离：高附加值产业链的延伸
LNG中除甲烷外，常含少量乙烷、丙烷等轻烃组分。通过低温精馏技术，这些轻烃可被分离为乙烯原料或液化石油气（LPG），显著降低石化行业能耗。在美国，从LNG中分离出 C2+轻烃已成为调节天然气热值，使之符合国家标准的重要手段。
上图是轻烃分离的典型流程，它充分利用了LNG冷量，设备投资和运营成本较低。常压LNG通过泵提压后分流成大小两股，分别通过换热器进一步预热，再输送到脱甲烷塔进行分离。通过脱甲烷塔分离，冷凝液体再进入分离器将气液分离。气相甲烷在预热器中与LNG换热后通过压缩机压缩，在再冷凝器中用分离的液相甲烷冷凝为液体，再加压气化外输。塔釜的液相出料主要为C2+轻烃。
4、冷冻与冷库：冷能梯级利用
利用LNG冷能作为冷源的冷库，将载冷剂冷却到一定温度后经管道进入冷冻、冷藏库，通过冷却盘管释放冷能，实现对物品的冷冻、冷藏。另外，还可按LNG不同温级，采用不同的载冷剂进行换冷后分别送人对温度要求不同的冷间，这样LNG冷能的利用率将大幅提高。
虽然冷库使LNG的冷能几乎无浪费地利用，且不用制冷机，降低了系统造价及运行费，但一般的冷库只需维持在-50～-65℃即可，而将-162℃的LNC冷能全部用于冷库制冷是不必要的。为有效利用天然气冷能，可将低温冻结库或低温冻结装置、冷冻库、冷藏库及预冷装置等按不同的温度带串联。
5、低温粉碎：资源回收与环保双赢
低温粉碎通常是利用空分的产品液氮提供低温，可在低温下破碎常温难以破碎的物质。与常温破碎相比，低温粉碎能把物质破碎成极小的微粒。
随着汽车工业的迅速发展，废旧轮胎等工业废物的处理技术也需要快速提高，否则将会占用大量的环境资源，造成环境污染。幸运的是，LNG冷能为此提供了新的解决方案。
以LNG的冷能作为冷源，以橡胶冷冻和粉碎机低温粉碎作为用冷对象，通过中间介质进行热交换，从LNG获取冷能，使废旧橡胶温度降低，并供给粉碎机所需的冷能。
福建LNG项目冷能利用的另一个项目是低温橡胶粉碎，是国内首条LNG冷能间接利用的示范生产线。该项目采用先进工艺，生产纯度高、质量优的二次橡胶绿色产品。项目一期总投资1亿元，年处理废旧轮胎2万吨，生产精细胶粉1.3万吨，副产钢丝5000吨、纤维2000吨，实现资源回收与环保双赢。
6、海水淡化：冷能驱动的淡水资源
目前海水淡化的工艺方法有：蒸馏法、冷冻法、反渗透法、电渗吸法、水合物法等，成本很高。
冷冻法分为天然冷冻法和人工冷冻法，人工冷冻法又可分为间接冷冻法和直接冷冻法。间接冷冻法是通过低温冷冻剂与海水进行间接换热使海水冷冻结冰实现海水淡化；直接冷冻法是通过冷冻剂与海水直接接触而使海水结冰实现海水淡化。LNG冷能可以通过间接利用方式，为中间冷媒提供冷量，从而节省了压缩的机械能，实现海水淡化，生产淡水。
我国上海洋山港、浙江宁波、深圳大鹏、福建莆田等地的LNG接收站均已建成日产淡水1000吨以上的净化装置，为工业和民生提供稳定的水源。
7、海水养殖：冷能生态创新
冷能在生态领域的应用正逐步拓展，其中海水养殖成为近年来的创新方向，为可持续渔业发展提供了新思路。后续文章将深入探讨冷能如何赋能“蓝色粮仓”，推动海水养殖产业升级。
2024年1月18日，大鹏LNG启动冷能利用养殖示范项目，通过冷能调节海水温度，实现高密度水产养殖，构建“陆地海洋牧场”，年产量预计可达10万斤。据测算，1立方米海水温度降低5摄氏度，需要消耗5.8千瓦的能量。养殖示范项目利用的冷能相当于每年为社会节约用电197万千瓦时、减排二氧化碳1800吨。
三、冷能利用的未来方向
从工业气体生产到冷链物流，从发电到生态养殖，冷能技术已渗透至多个产业环节。日本的经验表明，冷能利用率可达20%以上，而我国通过莆田、大鹏等项目的实践，正逐步缩小与国际领先水平的差距。未来，冷能技术将向智能化、模块化发展，结合物联网实现冷能供需动态匹配。
随着全球LNG贸易的增长，冷能利用将成为企业降本增效、践行社会责任的关键路径。如何通过技术创新与政策引导，释放这一“隐藏能源”的潜力，将是未来能源领域的重要课题。
