أساليب استغلال الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال
ويلعب الغاز الطبيعي، باعتباره مصدرا نظيفا وفعالا للطاقة، دورا هاما في السيطرة على تلوث الغلاف الجوي في الصين. في السنوات الأخيرة، شهد استهلاك الغاز الطبيعي في الصين نموا سريعا. يتشكل الغاز الطبيعي المسال (LNG)، باعتباره الشكل السائل للغاز الطبيعي، عندما تتم تنقية الغاز الطبيعي وتبريده إلى درجة -162، مما يقلل حجمه إلى 1/600 من حجمه الأصلي. يزيد وجود الغاز الطبيعي المسال من مرونة تخزين الغاز الطبيعي ونقله واستخدامه، مما يوسع نطاق تطبيقات الغاز الطبيعي. وتستهلك المنشأة المخصصة لإنتاج طن واحد من الغاز الطبيعي المسال حوالي 850 كيلووات في الساعة من الكهرباء. أثناء تبخير الغاز الطبيعي المسال، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الباردة، تقريبًا 830-860 كيلو جول/كجم، مما يوفر نظريًا حوالي 230 كيلووات ساعة من طاقة التبريد القابلة للاستخدام لكل طن من الغاز الطبيعي المسال من خلال تبخير التبادل الحراري. ومع ذلك، في ظل الظروف العادية، غالبًا ما يتم إهدار هذه الطاقة الباردة في أجهزة تبخير الغاز الطبيعي المسال، مما يؤدي إلى هدر كبير للطاقة والتلوث البيئي. إن استعادة هذه الطاقة الباردة لا يستخدم الطاقة بشكل فعال فحسب، بل يقلل أيضًا من استهلاك الكهرباء الكبير للتبريد الميكانيكي، مما يؤدي إلى فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة. ولذلك، فإن استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال قد اجتذب اهتماما واسع النطاق من العلماء محليا ودوليا.
1. تطبيقات استغلال الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال
1.1 طرق الاستخدام الأولية للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال
يتضمن استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال بشكل عام نهجين رئيسيين: الاستخدام المباشر والاستخدام غير المباشر. يركز الاستخدام المباشر في المقام الأول على توليد الطاقة في درجات حرارة منخفضة، وفصل الهواء، وتصنيع الثلج الجاف، وفصل الهيدروكربونات الخفيفة، والتبريد في درجات حرارة منخفضة للغاية، وتحلية مياه البحر، وتكييف هواء السيارات، والتربية في درجات حرارة منخفضة، والزراعة، وما إلى ذلك. وينطوي الاستخدام غير المباشر على استخدام الغاز الطبيعي المسال البارد. الطاقة لإنتاج النيتروجين السائل أو الأكسجين السائل، والتي يتم استخدامها بعد ذلك في عمليات مختلفة مثل الطحن ذو درجة الحرارة المنخفضة، والتكنولوجيا الحيوية ذات درجة الحرارة المنخفضة، ومعالجة مياه الصرف الصحي.
1.2 آفاق استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال
ومع تزايد الطلب على استهلاك الغاز الطبيعي والاتجاه المتصاعد لواردات الغاز الطبيعي في الصين، تحتل واردات الغاز الطبيعي المسال نسبة كبيرة. ومن المتوقع أنه بحلول عام 2020، ستصل الفجوة بين العرض والطلب في سوق الغاز الطبيعي الصيني إلى 141.5 مليون طن. ولسد هذه الفجوة، من المتوقع أن تزيد واردات الصين من الغاز الطبيعي المسال بشكل أكبر، مما يخلق مستقبلًا مشرقًا لتقنيات استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال. في الوقت الحالي، تحظى تكنولوجيا استعادة الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال باهتمام واسع النطاق من الحكومات والشركات في جميع أنحاء العالم، مع تزايد عدد محطات استقبال الغاز الطبيعي المسال الكبيرة على مستوى العالم. تتصدر اليابان العالم في تكنولوجيا استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، حيث وصلت تقنيات توليد الطاقة ذات درجات الحرارة المنخفضة، وفصل الهواء، وثاني أكسيد الكربون المسال، وتصنيع الثلج الجاف، وتقنيات التخزين البارد منخفضة الحرارة إلى مستويات متقدمة دولية، محققة معدل استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال يبلغ حوالي 20%-30%. بدأت تكنولوجيا استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في الصين في وقت متأخر نسبيا، ولا يزال تطورها غير ناضج، مع عدم ارتفاع معدلات الاستخدام الإجمالية. ومع ذلك، حققت شركات مثل شركة الصين الوطنية للنفط البحري (CNOOC) تقدمًا كبيرًا في مختلف المجالات الفنية المتعلقة باستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، مما يدل على القدرة التنافسية بين نظيراتها الدولية. كما تعمل شركة البترول الوطنية الصينية (CNPC) وشركة البترول والكيماويات الصينية (سينوبيك) على تكثيف جهود البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، وتتمتعان بمزايا معينة في اللحاق بالركب. في العقود القادمة، سيكون لتطوير تكنولوجيا استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال أهمية كبيرة للاستخدام الشامل للطاقة في الصين.
1.3 مقارنة طرق استخدام الطاقة الباردة
يلخص الجدول 3 طرق الاستخدام الرئيسية للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال ويحلل مزاياها وعيوبها ومتطلباتها من الطاقة الباردة، مما يوفر المساعدة في اختيار طرق استخدام الطاقة الباردة المناسبة بناءً على الظروف المحلية.
2. التقدم البحثي في مجال استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال المحلي والدولي
سواء كان الأمر يتعلق بالاستخدام المباشر أو غير المباشر للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، فإنه ينطوي على استعادة واستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال من خلال نهج واحد، والذي، من منظور ديناميكي حراري، لا يمكنه الاستفادة الكاملة من الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة. حاليًا، يقترح العديد من خبراء الصناعة دمج طرق الاسترداد المتعددة لتحسين كفاءة استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال.
2.1 استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في تكييف هواء تخزين الثلج
تشن تشيوكسيونغ وآخرون. طورت تقنية تجمع بين الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال وأنظمة تكييف الهواء لتخزين الثلج. تقوم هذه التقنية بتخزين الطاقة الباردة المنبعثة أثناء تبخير الغاز الطبيعي المسال في شكل تخزين ثلج، والذي يتم استخدامه بعد ذلك لتوفير التبريد من خلال التبادل الحراري للمياه المتداولة في تكييف الهواء، مما يقلل بشكل فعال من ذروة الطلب على الكهرباء ويوازن أحمال الطاقة، وبالتالي توفير تكاليف الكهرباء للمستخدم بشكل كبير . اقترح Lin Yuan عملية نقل الحرارة لغاز التبريد على مرحلتين لاستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في تكييف هواء تخزين الثلج. يتم استخدام R404a ومحلول جلايكول الإيثيلين بنسبة 30% كمبردات للمرحلة الأولى والثانية، على التوالي، بكفاءة تبلغ 30.88% و43.86% للمبادلين الحراريين، على التوالي. ومن خلال التحليل يتبين أن السبب الرئيسي للخسارة هو الفرق الكبير في درجات الحرارة أثناء التبادل الحراري. قام المؤلفون أيضًا بتحسين العملية من منظور تقليل الاختلافات في درجة حرارة التبادل الحراري.
2.2 استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في فصل الهواء
شيا هونغيان وآخرون. يُقترح استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في معدات فصل الهواء، وذلك بشكل أساسي باستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال لتحل محل دورة التبريد لآلية التمدد. يتم استخدام الطاقة الباردة ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاز الطبيعي المسال لتسييل غاز النيتروجين عالي الضغط، بينما يتم توفير الطاقة الباردة ذات درجة الحرارة المحيطة لنظام مياه تبريد جلايكول الإيثيلين. توفر معدات فصل الهواء بالطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال طاقة أكثر بنسبة 50% من معدات فصل الهواء التقليدية ولها تأثيرات واضحة على توفير الطاقة وتوفير المياه على نظام مياه التبريد الدائر الداعم. وي لينروي وآخرون. اقترح مخططًا لاستخدام النيتروجين السائل كمبرد لتبريد وحدة الفصل، والحفاظ على التشغيل المستمر لوحدة فصل الهواء للغاز الطبيعي المسال، وبالتالي حل مشكلة الإغلاق المتكرر بسبب تقلب الطلب على الغاز في أوقات ومواسم مختلفة، ومقارنة وتحليل الاقتصادي مزايا استخدام النيتروجين السائل لصيانة التشغيل المستمر مقارنة بإيقاف التشغيل المباشر الذي يتبعه إعادة التشغيل.
2.3 الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال المستخدمة في التخزين البارد
يانغ تشون وآخرون. اقترح جهاز استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال (LNG) للتخزين البارد وزلاجات مياه التبريد، ويتكون من ثلاثة أنظمة: نظام تبخير الغاز الطبيعي المسال، ونظام تدوير غاز التبريد، ونظام إنتاج الماء البارد. يقوم الغاز الطبيعي المسال بنقل طاقته الباردة إلى مادة التبريد من خلال نظام التبخير، ثم يستخدم مادة التبريد الطاقة الباردة للتخزين البارد ويزودها بالمياه الباردة من خلال نظام مياه التبريد. يعالج المبرد الطبيعة غير المتزامنة لتغويز الغاز الطبيعي المسال وتطبيقه من حيث الزمان والمكان. شياو فانغ وآخرون. تحسين عملية استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في تكنولوجيا التبريد للتخزين البارد، ومعالجة مشكلة عدم كفاية إمدادات الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال وعدم كفاية قدرة التبريد على التبريد عندما يكون طلب مستخدمي الغاز الطبيعي منخفضًا. وقاموا بمقارنة تكنولوجيا التبريد بالطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال مع تكنولوجيا التبريد بالضغط الكهربائي التقليدية للتخزين البارد، وخلصوا إلى أن الأولى أكثر فعالية من حيث التكلفة، ولديها كفاءة عملية أعلى، وفترة استرداد استثمار أقصر، وتكاليف تشغيل أقل. درس لاروكا منشأة صناعية تستخدم الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال لتجميد المنتجات الزراعية في محلات السوبر ماركت ويمكنها ضبط الهواء، مما يوفر تصميمًا مفاهيميًا وتحليلًا ديناميكيًا حراريًا وتحليلًا اقتصاديًا لجدوى ذلك وإمكانية تطبيقه وربحيته، مما يوفر نهجًا جديدًا للاستخدام الفعال من الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال.
2.4 الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال المستخدمة في سفن الوقود
طبقت Du Lingguang الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال على تبريد الشحنات البحرية، حيث جمعت بين تكنولوجيا التخزين البارد وتكنولوجيا تبريد البضائع المجمدة، مما أدى إلى تقليل الاستثمار الأولي لأنظمة تبريد السفن، واستعادة الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، وتقليل استهلاك الطاقة.
تكلفة التبريد البحري. تيان كون وآخرون. تصميم وتطوير مخطط استخدام شامل للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال على أساس مبدأ "مطابقة درجة الحرارة، والاستخدام المتتالي"، باستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال للتخزين البارد وتكييف الهواء بالماء البارد، واختيار طريقة التكثيف أو طريقة الإخراج المباشر لـ BOG تعتمد المعالجة على حالة فتح المولدات ومحركات الاحتراق الداخلي. يستخدم هذا المخطط الطاقة الباردة الناتجة عن تغويز الغاز الطبيعي المسال بشكل كامل ويقلل الوقود المطلوب للتبريد على متن السفن، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل معدات التبريد بالضغط.
2.5 استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في توليد الطاقة
تشن لى تشيونج وآخرون. لخص ستة تقنيات لتوليد الطاقة بالطاقة الباردة تم تطبيقها، بما في ذلك التوسع المباشر، والوسائط الثانوية، وتوليد الطاقة المجمعة والمختلطة، ودورة برايتون، واستخدام توربينات الغاز. وأشاروا إلى أن توليد الطاقة بدورة برايتون يتمتع بأعلى كفاءة تصل إلى 55%، إلا أنه يتطلب متطلبات درجة حرارة التبريد. هو لي وآخرون. اقترحت عملية تجمع بين الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، وتوليد الطاقة بدورة رانكين مع تبريد تكييف الهواء، واستخدام طاقة باردة عالية الجودة لتوليد الطاقة وطاقة باردة منخفضة الجودة لتبريد تكييف الهواء من خلال الاسترداد المجزأ، وتحقيق الاستخدام المتتالي للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال وتحسين التبريد بشكل فعال. كفاءة استخدام الطاقة.
2.6 استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في تحلية مياه البحر
هوانغ ميبين وآخرون. تم الجمع بين الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال وتحلية مياه البحر المتجمدة واقترح خيارين للعملية لمعرفة ما إذا كان المبرد يخضع لتغيير الطور: التغيير غير الطور وتغيير الطور. أظهرت النتائج أن عملية التغيير غير الطورية هي أبسط وأسهل للتحكم ولكن لديها معدل تدفق كتلة أكبر من مادة التبريد. تحتوي عملية تغيير الطور على معدل تدفق كتلة أصغر من مادة التبريد ولكنها تحتوي على عمليات ومعدات وضوابط أكثر تعقيدًا، مع معدلات تدفق أكبر في الطور الغازي تتطلب أقطار أكبر لأنابيب الغاز وأحجام أكبر للمبادلات الحرارية. جيانغ كيزونغ وآخرون. تم تحليل ثلاث تقنيات رئيسية لتحلية مياه البحر حاليًا بشكل شامل: الغشاء والتقطير والتجميد. واقترحوا استخدام عملية تحلية مياه هجينة، أي الجمع بين تجميد الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال وأغشية التقطير ذات درجة الحرارة المنخفضة أو عمليات الأغشية الأخرى، كاتجاه جديد لاستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في تحلية مياه البحر. قام CAO بدراسة عملية تحلية مياه البحر بالتجميد بالتلامس غير المباشر باستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، واختيار عوامل تبريد وسيطة مناسبة لنقل الحرارة، وتوفير درجة الحرارة الأكثر ملاءمة لبلورة مياه البحر. وأظهرت النتائج أن 1 كجم من الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال يمكن أن تنتج 2 كجم من الجليد الذائب، مع عدم استهلاك الطاقة تقريبًا أثناء عملية خلط الغاز الطبيعي المسال ومياه البحر.
2.7 استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في مطاط البوتيل
قام هان جونشي بتحليل جدوى استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في صناعة مطاط البوتيل، واقترح خطتين: التبريد الثانوي باستخدام الغاز الطبيعي المسال والبروبيلين والتبريد المباشر باستخدام الغاز الطبيعي المسال. بعد مقارنة وتحليل المخططات مع الاستخدام التقليدي للتبريد المشترك للإيثيلين والبروبيلين، وجد أن استخدام الغاز الطبيعي المسال مع التبريد بالبروبيلين يمكن أن يوفر 1100 كيلووات ساعة من الكهرباء لكل طن من المطاط، مما يقلل تكاليف الاستثمار بنسبة 10%-20 %; يعد استخدام التبريد المباشر للغاز الطبيعي المسال أكثر توفيرًا للطاقة، حيث يوفر ما يصل إلى 2000 كيلووات ساعة من الكهرباء لكل طن من المطاط. تشن ماوتشون وآخرون. مقارنة وتحليل مخططين للتبريد المشترك للغاز الطبيعي المسال والإيثيلين والبروبيلين والتبريد المشترك للغاز الطبيعي المسال والبروبيلين لمصنع مطاط البوتيل التقليدي بإنتاج سنوي يبلغ 50000 طن، وخلص إلى أن الأخير له مزايا مثل انخفاض ضغط تبخير الغاز الطبيعي المسال، وانخفاض ضغط التصميم لمعدات التبريد، ومساحة صغيرة للمصنع. بالمقارنة مع عمليات التبريد التقليدية، فإنه يبسط عملية التبريد إلى حد كبير، مع عدد أقل من معدات المعالجة وانخفاض الاستثمار، مما يقلل من استهلاك الهندسة العامة وغيرها من المزايا.
2.8 استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في تكييف هواء الشاحنات الثقيلة
وانغ فانغ وآخرون. صمم جهازًا مشتركًا لاستخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال في أنظمة تكييف الهواء للشاحنات الثقيلة، بما في ذلك أسطوانات الغاز الطبيعي المسال، وأجهزة التبخير، ومكيفات الهواء، والثلاجات، والمحركات، وأجهزة التحكم. يخضع الغاز الطبيعي المسال لتبادل حراري بتدفق معاكس مع مادة التبريد الموجودة في جهاز التبخير، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة باردة، ثم يصبح وقودًا بدرجة الحرارة المحيطة يتم تبخيره في المحرك لاستخدامه في الشاحنات الثقيلة. بعد أن يتلقى المبرد الطاقة الباردة الصادرة عن الغاز الطبيعي المسال، تنخفض درجة حرارته، مما يؤدي إلى تراكم الطاقة الباردة. يتم ضغط مادة التبريد ذات درجة الحرارة المنخفضة الخارجة من المرذاذ بواسطة مضخة ويدخل إلى مبخر تكييف الهواء، حيث يتم نقل الطاقة الباردة إلى المقصورة من خلال مروحة لضبط درجة حرارة الغرفة. خلال هذه العملية، يخضع المبرد فقط لتغيرات في درجة الحرارة دون تغيرات في الطور. هذا الجهاز النموذجي المنفعي يوفر الوقود لتشغيل الضاغط، ويستعيد الطاقة الباردة المنبعثة أثناء تبخير LNG، ويوفر الطاقة ويقلل الاستهلاك، وله عملية بسيطة، مما يجعل من السهل الترويج والاستخدام.
3. التوقعات
يعد تحسين معدل استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال أمرًا بالغ الأهمية للاستخدام الشامل للطاقة، وتخفيف ضغط نقص الطاقة، والاستجابة للدعوة إلى الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات، وزيادة الفوائد الاقتصادية والاجتماعية. ومع ذلك، في الوقت الحالي، فإن كفاءة استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال منخفضة بشكل عام، مع طريقة استخدام واحدة، وبطء تقدم المشروع، وتأخر خطير في التنفيذ. ولذلك، يتم اقتراح الاقتراحات التالية:
(1) اختيار مشاريع استخدام الطاقة الباردة بشكل معقول بناءً على حجم محطات استقبال الغاز الطبيعي المسال، والظروف الاقتصادية المحلية، وطلب السوق.
(2) تطوير تقنيات عملية محددة للاستخدام المتتالي للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال لتحسين معدلات استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال من منظور الاستخدام الفردي الفعال ومنظور الاستخدام المتتالي الشامل.
(3) تطوير أجهزة لتجميع وتخزين الطاقة الباردة لفصل عمليات استعادة الطاقة الباردة واستخدامها باستخدام المبردات، وتوفير الطاقة الباردة لمختلف مستخدمي الطاقة الباردة من خلال خطوط أنابيب التبريد لممارسة مبدأ "مطابقة درجة الحرارة، والاستخدام المتتالي".
(4) زيادة البحث والتطوير في وسائط التخزين البارد. يوجد حاليًا عدد قليل من المبردات في السوق التي لا تخضع لتغيرات الطور أثناء التبادل الحراري مع الغاز الطبيعي المسال. ولذلك، فإن تسريع البحث والتطوير لمبردات غير متغيرة الطور أمر في غاية الأهمية.
بالإضافة إلى ما سبق، فإن الاستكشاف النشط لطرق جديدة لاستخدام الطاقة الباردة لا يزال اتجاهًا يتطلب جهدًا. باختصار، في عملية استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، يجب تنفيذ مفهوم الاقتصاد الدائري، والاستكشاف النشط لتقنيات استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، وتحقيق الاستخدام الكامل للطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال، وتشكيل نظام شبكة صناعية صحية.
تنصل:
1. يتم الحصول على بعض المعلومات الرسومية والنصية من الإنترنت وحسابات WeChat الرسمية، بهدف مشاركة المزيد من المعلومات.
2. المعلومات المقدمة هي لأغراض التعلم والمرجعية فقط ولا تعني تأييدًا للآراء المعبر عنها. ولا يتم تقديم أي ضمانات فيما يتعلق بدقة أو موثوقية أو اكتمال المعلومات.
3. إذا كانت هناك مخاوف تتعلق بالمحتوى أو حقوق الطبع والنشر أو مشكلات أخرى، فيرجى الاتصال بنا في غضون 30 يومًا للإزالة.