随着科技进步及社会工业化水平的不断提高，对能源的需求日益增长。实际上，随着全球能源危机的加剧和环境保护意识的提高，天然气已成为唯一种需求仍在增长的化石燃料。英国石油（BP.US）发布的《世界能源统计年鉴》中表明：201年全球天然气需求增长5.3%，恢复至疫情前2019年的水平之上，贸易量首次突破4万亿立方米。根据政策设想，到2050年天然气需求预计将增长2%（基于20年）。因此，天然气被视为连接当前化石燃料和未来可再生能源的桥梁。

天然气的低温液态形式被称为液化天然气（LNG），是将常压下气态的天然气冷却至-162℃凝结成液体而成。具有无毒、无味、无色、安全、无腐蚀性的特点，是最清洁的天然气形式。在燃烧过程中，LNG几乎没有二氧化硫排放，氮排放量非常低。由于这些优点，LNG被认为是运输领域的清洁燃料。此外，LNG的密度在40~50kg/m3之间，较为轻量化，而且由于LNG在气液两种形式之间的体积缩小，即1立方米LNG约等于620立方米天然气，使得LNG在运输和储存方面比天然气更经济可行。

由于液化天然气生产和使用的增加，以及国际海事组织（IMO）对船舶排放的要求越来越高，“净零排放”目标对国际海运减排提出了更高要求，“减硫”和“降碳”已成为海运业当下正面临的严峻挑战。为推动航运业尽快实现减排目标，国际海事组织发布了“国际航运碳强度规则”，形成了包括现有船舶能耗数据收集、船舶能效指数（EDI）、年度营运碳强度指标（CI）评级以及船舶能效管理计划（SEMP）的温室气体减排短期措施，旨在从技术和营运两方面同时提高船舶能效，并于2023年1月1日已经开始实施。

对于LNG冷能的利用，学者们提出了大量冷能回收的方法，冷能发电、空气分离、轻氢分离、低温储能、低温二氧化碳捕获、海水淡化、空调制冷和冷藏。

LNG冷能发电技术

LNG冷能发电技术自投入使用以来，一直备受青睐。LNG冷能不仅可以提供额外的发电功率，也可以提高LNG再气化循环的整体效率。到目前为止，Rankie循环、气体循环和直接膨胀循环是LNG冷能发电最常见的循环。LNG直接膨胀的目的不同于蒸汽和燃气轮机循环。在LNG直接膨胀过程中，LNG从低温低压状态下膨胀到大气压力下，产生冷量。这种冷量可以用于提供船舶的空调和制冷系统，减少船舶的能耗和燃料消耗。Rankie循环和气体循环等技术可以提高LNG直接膨胀的效率和性能。例如，连接液化天然气汽化器可以将LNG从液态状态转化为气态状态，提高LNG直接膨胀的效率。Rankie循环和气体循环可以利用LNG直接膨胀产生的冷量，提高船舶的能效和性能。直接膨胀法利用了物理㶲的机械（压力）分量，而不能利用利用热（㶲）分量。但是，采用多级直接展开法可以增加所产生的功，利用热（㶲）分量。

冷能用于制冷藏

LNG燃料本身蕴含了大量高品质低温冷能，如果能够实现为冷库和空调系统供冷，则能有效降低运营成本，促进节能减排。

研究表明，LNG冷能冷库组合工艺的实施时间投资回报率较低，对于冷能源而言，投资回报率不到5年。LNG冷能在冷库领域的应用可以提高冷库的能效和性能，减少能源的浪费和燃料消耗。同时，LNG冷能还可以提高冷库的安全性，减少冷媒的泄漏和对环境的污染。回收的LNG冷能也可以作为冷库和空调的能量来源，这种方式可以节省投资后续的维护资金，达到节能减排的效果。

冷能用于海水淡化

海水淡化是另一个需要大量能量的过程而LNG冷能源具有高效、环保、安全等优点，因此被广泛应用于海水淡化领域。

LNG（液化天然气）在储存与运输过程中一直处在-160℃左右超低温的状态，在使用时需要经过气化，使其温度升至接近大气温度，这中间有着巨大的温差。为了使LNG气化，在LNG气化站都设置有巨大的空温气化器，利用空气来气化和升温LNG。某些气化站因气化量巨大，冬天空温气化器效率低，甚至需要配置水浴式的气化器，通过天然气锅炉供热或电热来气化LNG。

采用空温气化器的形式气化LNG通常会产生大量雾气，特别在沿海温度高的地方，多个气化器工作造成的雾气可使能见度下降至不足1米，真正的“伸手不见五指”，影响了气站的运行安全，当气站建在市政道路旁边时，外溢的雾气甚至会影响到交通安全。

而采用水浴式气化器来气化LNG时，又会消耗燃料或者电能，增加运行的成本，不但不能利用LNG的冷能，还额外消耗了热能。

在环保越来越被重视的当下，高效利用LNG气化过程中的巨大冷能——使其不产生雾气，更不额外消耗热能——成为节能减排的一个新的技术。

每吨LNG在气化过程中经历了相变和升温过程，温度从-160℃升至-20℃以上，释放相当于300度电的冷能，可用于制冰，办公空调，冷干蔬果，冷库降温等。其典型的工艺流程图如图一所示：

图1 LNG冷能利用的工艺流程图

从上图可知，LNG冷能利用在气化站内只需要改动少量的管，从储罐出来的LNG先流入一次换热器进行换热气化升温，再流入空温气化器。由于主要的升温过程已经在一次换热器中完成，后续的空温气化器只起到复热的作用，因而可以选小型的气化器，减少了气化的投资，同时也不会产生雾气。此外，采用特别设计的一次换热器，占地面积小，冷能最终利用在站外的非防爆区，选用安全的冷媒，符合相关国家规范的要求。

随着国家的碳达峰，碳中和政策以及“碳排放权”的全面铺开。LNG的冷能利用不仅具有环保效益，也将会具有经济效益，更有政策效益。

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