全球LNG_冷能利用对如东的启发和借鉴研究

全球LNG 冷能利用对如东的启发
和借鉴研究
陈遐
中共如东县委党校
摘
要：随着能源需求的不断增长，我国成为全球最大液化天然气进口国之一。

据海关总署数据统计，2021
年1月~12月，中国天然气进口量12135.6万吨，与2020年同期相比增长19.9%。

其中LNG 进口量为7893万吨，占天然气进口的65%。

因管道气受地缘政治影响较大，LNG 进口规模将持续扩大，预计到2035年，全国LNG 进口量将超过1.1亿吨。

而LNG 从-162℃气化，会释放大量的冷能，据测算1公斤LNG 气化的冷能达到840千焦，也就是，如果LNG 连续均匀气化，1吨LNG 释放的冷能相当于240度电，充分利用LNG 冷能，可以产生可观的经济效益、社会效益和环境效益，在“双碳”背景下有着重要利益。

关键词：LNG 冷能利用；利用经验；LNG
冷能利用的启发
一、LNG 冷能利用的形式
LNG 冷能利用主要是依靠LNG 与周围环境（如空气、海水）之间存在的温度和压力差，将高压低温的LNG 变为常压常温的天然气时，回收储存在LNG 中的能量。

LNG 冷能利用可分为直接利用和间接利用两类。

直接利用包括：发电、低温空分、低温粉碎、冷冻仓库、轻烃分离、制造液态CO 2或干冰、海水淡化、空调和低温养殖栽培等；间接利用包括用空分后的液氮、液氧、液氩来低温破碎，冷冻干燥、低温干燥、水和污染物处理及冷冻食品等。

二、国外LNG 冷能利用经验（一）日本的LNG 冷能利用
日本是全球利用LNG 冷能最早的国家，1971年日本东京液氧公司运行了全球第一个冷能空分装置，该项目较传统空分装置电力消耗节约50%以上，冷能水消耗节约70%以上，之后日本根岸、泉北1、泉北2、袖浦、知多、东京等LNG 接收站均建设了冷能空分装置；1976年，日本位于神奈川县的根岸LNG 接收站，投产了金枪鱼超低温冷库，开始了LNG 冷能应用于冷库的历程，因为无须制冷机制冷，节约了大量设备投资和运营成本，年用电量降低约1/3。

1979年，日本大阪LNG 接收站首台1450kW 冷能发电机组投入运营，该装置装机容量较小，日本后续建设的冷能利用项目装机容量不断扩大，到2000年，单机组新上装机容量已经有8800kW，目前最大装置达到了9400kW ，整体冷能利用率超过50%。

按照目前能查到的公开数据，截至2010年，日本共有26台独立的冷能
利用装置，其中7台冷能空分装置，产能均在1万~2万标方/小时之间；3台制干冰装置，日产能均在100吨左右；1台深冷冰库，容量3万吨；15台冷能发电装置，装机容量在400kW~9400kW 之间。

其中东京湾LNG 接收站区域已实现冷能梯次综合利用，冷能发电、冷能空分、冷库、食品加工、干冰生产等项目集中布局，按照LNG 冷能温区进行高效利用，冷能利用率达到了43%。

（二）其他国家的LNG 冷能利用
韩国的LNG 冷能利用主要体现在空分装置上，整体冷能利用率约20%。

平泽LNG 接收站是韩国首个冷能空分装置，具备每小时生产1.5万方液氧、6500方液氧、440方液氩的生产能力。

印度的LNG 冷能利用主要是配套燃气电厂，由美国安然公司投资建设的达波尔电厂所用燃料为进口LNG，结合LNG 气化释放的冷能，冷却燃气轮机入口空气，当入口空气从30℃降低到5℃时，燃气轮机输出电功率可增加约20%，效率相对提高约5%，经济价值极高。

此外，美国、澳大利亚、法国等国家以及中国台湾在冷能利用上有较长时间的研究，掌握较多专利，冷能利用项目也有小规模运营，其中冷能空分是布局数量最多的项目。

三、我国的LNG 冷能利用
到目前为止，全国共有22座LNG 接收站投入运营，大部分接收站在建设规划期都计划布局冷能利用项目，但实际投入运营的数量较少。

（一）已经建设的冷能利用项目
1.唐山LNG接收站冷能利用项目
2007年，中石油唐山LNG接收站结合自身特点和周边环境，由华南理工大学和中国石油规划总院编制了《唐山LNG接收站冷能综合利用专题研究报告》，报告认为建设LNG冷能空分项目技术上相对成熟，是利用冷能最为稳妥的方案，而冷能发电虽然在国外有一定的应用，但大多数是自备电厂，电力自发自用，这与国内发电并网政策不同，导致在国内建设冷能发电项目运营成本较高，经济性还需要论证和实践，其他诸如轻烃回收、橡胶粉碎、冷藏冷冻等需要有一定的应用场景才能稳定运行。

因此，按照该研究报告，唐山LNG接收站建设了冷能空分项目，并于2015年投产。

2.莆田LNG接收站冷能利用项目
中海油莆田LNG接收站是我国首个投产LNG冷能利用项目的接收站，也是目前LNG冷能利用项目最多的接收站。

2010年，中海油和美国空气化工产品公司在福建莆田LNG接收站建成了全国首个冷能空分装置，日产液氮300吨、液氧300吨、液氩10吨。

2012年，LNG冷能低温橡胶粉碎项目开工，2014年投产，年处理废旧轮胎2万吨，年产精细胶粉1.3万吨，但该项目在莆田当地无法获得足量的废旧轮胎资源，下游亦没有足够的轮胎市场，建成后一直处于停产状态，目前，该装置已拆除并出售给“中国轮胎之都”山东东营广饶县。

2019年，莆田LNG接收站冰雪小镇开工建设，用地545亩，计划建设包括滑雪馆综合体、大道速滑馆、雪上运动训练馆、冰上运动训练馆、冰雪小镇商业步行街、水上乐园、SNOW＆ICE酒店、运动员公寓等。

3.大鹏湾LNG接收站冷能利用项目
广东大鹏湾有大鹏LNG、中海油、中石油、深圳燃气4座LNG接收站，2013年，《大鹏半岛LNG冷能及新能源利用可行性研究》结题，计划利用8年时间，分三期推进冷能利用项目，总投资约20亿元，建设包括冰雪世界、海水淡化/制冰、空分等项目，计划打造全国LNG接收站冷能综合利用率最高，建设项目最多的示范型接收站。

2019年，该接收站换冷站项目投产，2021年，围绕该换冷站建设的主题乐园开始对外开放，利用零下35℃的氯化钙溶液进行换冷，首先用于冰雪乐园的制冰造雪，氯化钙溶液温度升至零下21℃时，在通过板换转化为水，由0℃~5℃冷冻水转化为7℃~12℃，与传统空调系统接驳，是国内首个大型冷能利用项目，预计年节约用电2000万℃，减少二氧化碳排放1万吨。

4.其他冷能利用项目
其他已经投入运营的LNG冷能利用项目包括2014年投产的中石油江苏如东LNG接收站冷能空分装置。

2015年投产的中海油浙江宁波LNG接收站，以及2018年投产的中海油广东珠海LNG接收站的冷能利用项目，这些项目在国产化上也不断得到提高。

2021年，上海LNG接收站冷能发电项目开工建设，项目由上海电建一公司承建，是国内首台套冷能发电项目，项目额定LNG气化能力205.2吨/小时，以海水为热源，丙烷为介质，将海水中的热量转移到丙烷中，再用来气化LNG，年发电量2400万千瓦时。

由此可见，国内已成功运营的冷能利用项目主要是冷能空分，因为冷能空分产品较传统空分产品成本优势显著，可以很快占领区域市场，因此投资方建设积极性较高。

（二）规划中的冷能利用项目
国内也有部分已经投产的LNG接收站正在实质性推动冷能利用项目。

2013年，大连保税区与唐钢气体有限公司签订LNG冷能空分项目投资协议，利用大连LNG接收站的冷能建设空分装置。

2020年，中石化天津LNG接收站与中圣科技（江苏）有限公司签订了《冷能综合利用合作意向协议》，计划建设冷能空气分离、冷能发电、轻烃分离等设施。

其中轻烃处理能力200万吨/年。

2022年，广东粤东LNG接收站冷能利用项目环评、安评等专项报告开始委托，包括四个子项目，即冷能利用示范项目、冷能空分项目、冷能互联网数据中心项目以及换冷站项目。

其他正在审批或正在开展前期工作的LNG接收站基本都规划有冷能利用项目，如2021年六横LNG接收站冷能综合利用项目签约，项目包括中圣LNG冷能综合利用项目、华东能源LNG冷能空分项目、LNG冷能发电项目等。

四、对如东LNG冷能利用的启发
（一）合理确定可供利用的冷能量
未来，随着天然气将作为我国现代清洁能源体系主体能源之一的加快发展，预计到2035年，全国天然气消费量将达到4.1亿吨~4.5亿吨，而国产气供应量约为2.1亿吨，而管道气进口量受资源谈判、地缘政治等因素影响不确定性较大，进口LNG将进一步成为进口天然气的主要渠道，预计2035年进口LNG需求量1.1亿吨。

而根据对沿海各省已建、在建和规划LNG接收站情况的统计，预计到2030年，全国LNG接卸能力将达到2.6亿吨，届时全国LNG接收站平均负荷率仅为42%。

按照规划，如东洋口港将建设4座LNG接收站，以每个接收站650万吨设计接卸能力，年可接卸LNG2600万吨，虽然2021年，中石油江苏如东LNG接收站接卸LNG718万吨，已超过650万吨的设计接卸量，
但在其他
沿海接收站陆续投产的形势下，不可能始终维持这种高负荷。

我们从LNG冷能利用装置稳定运行的角度，以2030年全国接收站平均42%的负荷率保守计算，届时如东LNG接收站实际年接卸量估计在1100万吨左右。

而且，接收站气化负荷取决于下游的用气需求，下游调峰发电、商业燃料、民用燃气等主要用户昼夜、夏冬的需求气量变化很大。

而大部分冷能用户（如空分）都是连续、稳定的工艺过程，用冷负荷基本上是昼夜均衡的。

因此，并不是所有冷能均能够全部利用，按照世界上最先进的日韩等国冷能实际利用率20%计算，洋口港实际利用的冷能约220万吨LNG蕴含的冷量，即相当于5.28亿度电。

（二）科学涉及冷能利用系统
如东的LNG接收站集中布局在洋口港阳光岛。

从用地角度看，阳光岛总面积3平方公里，系围填形成，土地成本极高，且大部分土地性质为危化品仓储用地，因此，考虑到建设成本和安全性，阳光岛上不具备建设冷库、冰雪世界等大用地、商业性项目的可能性，而冷能空分、冷能发电项目占地面积较小，且必须要靠近接收站就近利用LNG深冷，经济效益相对较高，可以在阳光岛上布局。

因此，如东LNG冷能利用需要分为两部分，岛上为深冷利用，并建设换冷站，以冷媒介质将中浅冷传输到12公里以外的岸上，建设其他中浅冷利用项目，导致LNG 冷能利用在空间上跨度极大。

而且，从管道设计看，充分利用阳光岛上四个接收站的冷能，每个接收站均需要建设管道将LNG或冷媒引出，再从换冷站到岸上，岸上冷媒回输，再加上蒸发气、氮气等辅助管道，管道布置量可能要十几条，在拥挤的阳光岛上，在没有任何工程经验可以参考的情况下，设计难度较大，需要长时间论证研究，科学设计。

（三）优先发展深冷利用项目
深冷利用主要是指冷能空分和冷能发电两块。

冷能空分方面，随着钢铁、化工等产业的发展，南通区域内对空分产品的需求量正在持续扩大，冷能空分项目凭借着低于传统空分项目的成本，市场前景广阔，可以考虑扩大现有空分项目的规模。

冷能发电方面，虽然技术上已经成熟，但政策上对这种小众发电方式并没有相关扶持和补贴，因此，投资冷能发电的经济性存在很大的不确定性，在项目推进上可以先争取上级对冷能发电自发自用、隔墙售电等政策支持，减少运营成本，在经济上确保项目上马后可以稳定运营。

（四）合理规划中浅冷利用项目
中浅冷利用受限于下游应用市场。

如冷库和制冰方面，如东是海洋渔业大县，对冷库和制冰有巨大需求，但目前冷库和制冰厂散布在全县，而LNG冷能利用要求集中布局，将全县冷库和制冰厂集中在洋口港布局成本较大，而且给以个体户为主的使用群体造成极大不便，且洋口港临港园区以工业用地为主，仓储物流用地有限，附近有化工园区和危化品物流基地，不宜布置食品类项目。

低温粉碎方面，主要是将物料冷却到玻璃化温度或玻璃化温度以下，再施以粉碎操作，以获得细微粉末的过程，低温粉碎实际上是先将LNG应用于空分，然后采用空分生产的液氮作为低温粉碎的冷媒来源，间接利用LNG冷能，主要可以应用于工业废弃物、退役风电、城市废弃物、食品医药、合成树脂等领域，目前洋口港南通天洋新材料有限公司已经使用杭氧空分制备的液氮对橡胶进行粉碎，但使用量较少，鉴于如东是新能源大县，10年后，沿海大量风机叶片面临退役，需要处理，可以利用液氮对其进行破碎，但这种项目需要大量堆场，土地使用率不高。

冰雪大世界是否能够盈利受制于区域内潜在冰雪爱好者和观光客的数量。

利用黄海高含量的海水进行淡化的成本远高于目前取用长江水。

总体而言，在如东充分利用LNG中浅冷有众多限制因素，如果要大力发展，需要在全县的层面系统规划，围绕经济性建立数模，精确测算，合理规划。

（五）可以考虑轻烃利用
如东是全江苏省保留的14家化工园区之一，但石化项目较少，石化原料生产项目审批困难，限制了石化产业规模化、链条化发展。

天然气按照轻烃含量的不同，可分为干气和湿气，湿气中含有10%以上碳二、碳三、碳四烃类。

在大部分LNG液化厂通过深冷换热脱除较重的烃类，而不能脱出乙烷，所以获取的LNG是湿气。

由于轻烃含量高，LNG湿气的热值要高于干气，因此，我国进口LNG汽化后的热值要高于“西气东输”天然气热值，不利于热值统一。

通过LNG冷能轻烃分离技术，可以以较低的成本将湿气中轻烃资源分离出来，有助于乙烯工业获得大量优质原料，据测算，利用轻烃代替石油作为乙烯原料，乙烯装置投资成本可降低30%，能耗降低30%~40%，综合成本降低10%。

建设冷能轻烃分离装置，可以使洋口港获得大量轻烃原料，有助于以乙烯为源头的石化产业在洋口港实现发展。

参考文献：
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