液化天然气（LNG）的冷能利用在当前的能源行业中占据了举足轻重的地位，其利用方式及特点体现了资源的高效与环保双重价值。LNG的使用方式大致可划分为直接利用与间接利用两大类别，每种方式都有其独特的原理和优缺点。

随着全球环境问题的日益严峻，我国能源消费结构正经历着深刻的变化。液化天然气（LNG）作为一种清洁、环保的能源，已逐步成为国家战略储备的重要组成部分。在工业生产过程中，通过消耗大量电能将天然气液化至-162°C的低温状态，这一过程中积累了大量的冷能。当LNG气化时，这些冷能便会释放出来，能量值巨大，相当于约231千瓦时的电能。然而，传统的加热方法，如使用海水汽化器或燃气加热器来升温LNG以进入城市燃气管网，往往导致了这些宝贵冷能的极大浪费。

面对这一现状，我国LNG工业正不断发展，并吸引了众多企业和研究单位关注冷能的再利用问题。LNG冷能的利用，不仅有助于节约能源、保护环境，还能带来可观的经济效益和社会效益。目前，国内外已开发出多种LNG冷能利用技术，这些技术大致可以分为两类：直接利用和间接利用。

直接利用方式指的是将LNG的冷能以传热的形式直接应用于各类场合，如低温冷藏、深冷粉碎废旧橡胶、制取液态二氧化碳或干冰等。这种方式能够直接利用冷能，无需进行能量转换，因此具有较高的冷能利用率。然而，其局限性在于不便于远距离传输。

间接利用方式则主要通过将冷能转化为电能或其他形式的能源加以利用。其中，冷能发电技术是最常见的间接利用方式之一。这种方式能够将冷能转化为便于传输和使用的电能，具有广泛的应用前景。然而，其转化过程涉及能量转换，可能会带来一定的能量损失。

二、LNG冷能利用的主要途径

1.LNG冷能的间接利用

LNG冷能间接利用的最主要的途径即“冷能发电”。冷能发电是以电能的形式回收LNG冷能，主要利用LNG的低温冷量使工质液化，然后工质经加热气化后在汽轮机中膨胀做功带动发动机发电。目前，主要发电方式有直接膨胀法、采用中间媒介的Rankine循环法、Brayton循环法和燃气轮机的近气冷却等。

图1 LNG冷能间接利用基本原理图

LNG冷能的间接利用方法多种多样，这些方法通过不同的循环过程和技术手段，将LNG中蕴含的低温冷能转化为电能或其他形式的能量。以下是这些方法的详细阐述：

1.直接膨胀法：

原理：首先将LNG压缩为高压液体，然后通过海水等热源将其加热至常温状态，再利用透平膨胀机使其膨胀做功。

优点：循环过程简单，设备需求少。

不足：由于LNG的低温冷量没有得到充分利用，做功效率相对较低，冷能回收效率约为24%。对于需要较高外输压力的场合，该方法可能不太适用。

2.Rankine循环法（采用中间媒介）：

原理：利用LNG作为冷凝液，将冷量传递给中间媒介（如甲烷、乙烷、丙烷或其混合物），然后利用这些媒介的蒸汽动力循环来对外做功。

优点：相比直接膨胀法，其对LNG冷能的利用效率更高。

不足：由于只利用了部分LNG的低温冷能，冷能回收效率仍然有限。

3.Brayton循环法：

原理：通过压缩氮气等气体，使其先被LNG冷却，再经过热交换器升温，最后通过透平膨胀机做功产生电能。

特点：在相同增加比的情况下，低温气体耗功更低，因此具有较高的能量转换效率。

4.联合法：

原理：结合了直接膨胀法和Rankine循环法，LNG首先通过冷凝器将冷能传递给中间媒介进行Rankine循环，同时LNG本身也进行膨胀做功。

优点：相比单一方法，联合法能更全面地利用LNG的冷能，冷能回收率更高，每吨LNG回收的电量可达到40~45千瓦时。

5.LNG与燃气轮机联合流程：

原理：综合了Rankine循环法、直接膨胀法以及燃气轮机发电技术。LNG先与中间媒介换热，再通过直接膨胀法做功，同时利用LNG冷却燃气轮机入口空气以提高其效率。

特点：该流程能够充分利用LNG的冷能，并且结合燃气轮机发电，提高了整体能源利用效率。

2.LNG冷能的直接利用

LNG冷能的直接利用是通过传热的方式，将冷能应用于需要制冷的行业或者空间、设备等，中间不存在内能向其他类型能量转化的过程。LNG冷能可以直接应用于冷库、滑雪场等低温场所，也可以为住宅制冷，工业中也可用于空气液化、橡胶粉碎等。

图2LNG冷能直接利用基本原理图

LNG冷能的直接利用方式多样，它主要通过热交换过程将自身携带的低温能量传递给需要制冷的领域或设备，而无需经过复杂的能量转换步骤。以下是LNG冷能直接利用的一些常见场景和方式的重新表述：

空间降温应用：

冷库冷却：在港口附近的LNG基地，大型冷库可以方便地利用LNG的冷能进行降温。LNG通过热交换器与制冷剂进行热交换，制冷剂再进入冷库的制冷系统，有效降低冷藏物品的温度。这种应用显著降低了机械制冷的成本。

建筑降温：办公楼和住宅等建筑物内的空调系统可以利用LNG冷能来维持室内舒适温度。但考虑到LNG运输的限制，这种应用通常仅限于LNG基地附近的建筑。

空气液化：

空气液化过程是一个高能耗的过程，但利用LNG冷能可以显著减少能源消耗。LNG通过换热器冷却空气，进而实现空气的液化。这种方法不仅降低了电能和水耗，还提高了生产效率。

CO₂液化与干冰制取：

利用LNG冷能来液化二氧化碳或制取干冰是一种高效且节能的方法。这种技术相比传统工艺大幅降低了电能消耗，并且提高了产品的纯度。

废旧橡胶的粉碎：

废旧轮胎的处理一直是一个环保问题。利用LNG冷能来粉碎废旧橡胶是一个创新的方法。通过间接制冷媒介（如空气），LNG冷能被传递到橡胶上，使其冷却至玻璃化温度后进行机械粉碎。这种方法不仅提高了废旧橡胶的回收利用率，还减少了环境污染。

四、结论

(1)LNG冷能利用的主要方式可以分为直接利用与间接利用。其中直接利用是通过传热的方式将冷能供给需要制冷的行业或装置、设备;间接利用则是将冷能转化为电能。

(2)LNG冷能直接利用的对象有限，并且不适合远距离输送;间接利用对流程、设备要求高，会使能量利用率·降低，但转化后的电能应用范围广，适合远距离传输。

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