LNG冷能利用新趋势将如何重塑产业格局？

摘要： LNG在气化过程中会释放出大量的冷能（约830 kJ/kg），这部分能量品位高、量大，如果直接通过海水或空气气化，会造成巨大的能源浪费和热污染，LNG冷能的高效利用一直是能源领域的...

LNG在气化过程中会释放出大量的冷能（约830 kJ/kg），这部分能量品位高、量大，如果直接通过海水或空气气化，会造成巨大的能源浪费和热污染，LNG冷能的高效利用一直是能源领域的重要课题。

当前,LNG冷能利用正从单一、低附加值的利用模式，向耦合、高附加值、智能化、网络化的综合利用生态系统演进，以下是几个核心的新发展趋势：

从“单一利用”到“多级梯级利用”与“能源孤岛”模式

这是最核心、最基础的发展趋势，LNG冷能的利用效率取决于其“品位”，直接用于空调或冷冻是最简单的方式，但效率最低，未来的趋势是根据不同用户对冷能品位的需求，进行多级、梯级利用，实现“冷尽其用”。

传统梯级利用的深化与优化：

• 经典路径： LNG冷能 → 空气分离（深冷分离制取液氮、液氧） → 低温粉碎/冷库 → 冷水空调/海水淡化。
• 新深化：
  • 耦合CO₂捕集与利用： 在空分或低温粉碎环节，利用LNG冷能来冷却和液化燃烧后产生的CO₂，实现低成本碳捕集，捕集的液态CO₂可用于食品、饮料、油田驱油或化工原料，形成“LNG冷能-CCUS”耦合系统。
  • 耦合低温发电： 将LNG冷能用于朗肯循环或卡林纳循环的低温侧，与海水、地热、工业余热等中低品位热源结合，进行低温发电，进一步提高能源总效率。

打造“能源孤岛”或“综合能源系统”：

• 概念： 在LNG接收站周边，构建一个集成了LNG冷能、电力、蒸汽、冷水、压缩空气等多种能源产品的综合供应网络。
• 模式： LNG接收站作为能源枢纽，不仅供应天然气，还通过冷能利用系统，为周边的工业园区、数据中心、大型商业综合体、港口物流等用户提供定制化的能源解决方案。
• 优势： 极大提高了能源的综合利用效率，降低了用户的能源成本和碳排放，增强了区域能源系统的韧性和稳定性。

与“绿氢”产业链深度融合

绿氢（通过可再生能源电解水制取）是实现碳中和的关键，但其核心痛点之一是高昂的液化成本，LNG冷能为此提供了绝佳的解决方案。

LNG冷能用于绿氢液化：

• 技术核心： 氢气液化需要将温度降至-253℃，能耗极高（约占液化成本的30-40%），利用LNG气化时释放的-162℃的冷能，可以为氢气液化提供强大的冷源，替代传统复杂的制冷循环，可大幅降低绿氢的液化成本（预计可降低20%-40%）。
• 产业模式： 在LNG接收站附近建设“绿氢-液化-储运”一体化基地，接收进口的LNG，同时利用其周边的太阳能、风能等可再生能源制取绿氢，再用LNG冷能液化绿氢，通过氢-LNG混合运输或专用氢能船舶进行运输。
• 战略意义： 这解决了绿氢远距离运输的瓶颈，是连接“可再生能源-氢能-传统天然气基础设施”的关键桥梁，加速了能源转型。

氢能-天然气（H₂-NG）混合利用：

• 技术路径： 将氢气以一定比例（如5%-20%）混入现有天然气管网中，利用现有的LNG接收站、储罐和管网基础设施进行输送和利用。
• 冷能角色： 在LNG接收站，混氢的天然气在气化时，冷能利用系统可以更灵活地适应组分变化，为下游的梯级利用系统提供稳定的冷源。

面向数据中心和高耗冷产业

随着数字经济的发展,数据中心的能耗问题日益突出，其巨大的散热需求与LNG冷能的供给特性高度匹配。

为数据中心提供高效冷却：

• 直接冷却： 利用LNG冷能产生的-5℃至5℃的低温冷水，通过热管或液冷技术，直接为数据中心的IT设备进行冷却，替代传统空调系统，节能效果可达50%以上。
• 间接冷却： 利用冷能生产冰浆，利用相变潜热进行冷却，蓄冷能力更强，能应对LNG气化量波动的挑战。
• 优势： 数据中心是24/7不间断运行的稳定用户，为LNG冷能利用提供了可靠的负荷，实现了能源与信息基础设施的深度耦合。

服务于高耗冷工业：

• 目标产业： 低温生物制药、食品深加工（如速冻）、新材料（如碳纤维生产）、低温粉碎等。
• 模式： 在LNG接收站周边规划高耗冷产业园区，由专门的冷能供应公司负责建设和运营冷能管网，为园区内企业提供“冷能即服务”（Cold-as-a-Service），降低这些企业的固定资产投资和运营成本。

技术路径的创新与集成

新的应用场景催生了新的技术需求,推动了技术的创新。

混合工质制冷循环的应用：

• 问题： 纯质制冷剂（如氮气、甲烷）在利用LNG冷能时，热力学效率有限。
• 解决方案： 采用混合工质（如氮气-甲烷-乙烷等），可以根据不同温度区间的冷负荷需求，精确匹配制冷循环，显著提升整个梯级利用系统的效率。

数字化与智能化运维：

• 技术手段： 利用物联网传感器、数字孪生、大数据分析和人工智能算法。
• 应用场景：
  • 负荷预测： 预测LNG船到港计划、下游用户（如电厂、化工厂）的用气负荷、天气变化等，动态优化冷能利用系统的运行策略。
  • 能效优化： 实时监控各设备运行参数，通过AI算法寻找全局最优的运行参数组合，实现系统能效最大化。
  • 故障预警与诊断： 对设备进行健康状态评估，提前预警潜在故障，减少非计划停机。

模块化与标准化设计：

• 优势： 缩短建设周期，降低初始投资，便于根据项目需求进行灵活扩展和复制。
• 应用： 将冷能利用系统（如空分、冷水机组）设计成标准的模块，在LNG接收站或工业园区进行快速部署。

政策驱动与商业模式创新

技术的发展离不开政策和商业模式的支撑。

政策驱动：

• 碳定价与碳交易： 将冷能利用带来的碳减排量（如避免了传统电力制冷的碳排放）纳入碳交易市场，为项目创造额外收益。
• 绿色能源补贴： 对利用LNG冷能制氢、为数据中心供冷等绿色低碳项目提供补贴或税收优惠。
• 强制性能效标准： 对新建LNG接收站或高耗能企业设定最低的冷能利用率要求。

商业模式创新：

• 合同能源管理： 由专业的节能服务公司投资、建设和运营冷能利用系统，通过分享节能效益的方式收回投资并获得利润。
• 能源采购协议： 用户与冷能供应商签订长期购冷协议，锁定能源成本，规避价格波动风险。
• “绿证”与“绿电”联动： 为使用LNG冷能供冷的数据中心所节省的电力，配套绿色电力证书，提升其ESG（环境、社会和治理）表现。

LNG冷能利用的未来,已经远远超出了“变废为宝”的初级阶段，它正成为一个战略性的能源枢纽节点，通过多级梯级利用、与绿氢和数字经济的深度融合，以及智能化的运营管理，构建起一个高效、低碳、灵活的综合能源生态系统，这不仅是对能源本身的优化，更是推动能源结构转型、实现“双碳”目标的关键一环，具有巨大的经济价值和社会价值。