本技术涉及一种高效利用液化天然气(LNG)冷能的多级发电系统及其运行策略,包括直接膨胀发电、超临界CO2再压缩布雷顿循环、两级朗肯循环和直接冷却四个子系统。该系统能够充分利用LNG冷能,提高能源利用效率,降低能耗。
背景技术
近年来,由于对能源供应和二氧化碳减排的需求不断增长,而天然气因其氢碳比高、碳排放系数低等特点,所以天然气是国内外使用最为广泛的能源之一。为了方便大量储存和运输天然气,提升天然气的使用效率,在开采天然气后,会对其进行除杂和液化处理,将天然气转化为LNG,液化天然气在大气压下的温度为-162°C,在再气化过程中可释放823kJ/kg的冷能,如果将这部分能量回收并用于发电,将会获得良好的经济效益和社会效益。LNG的冷量就是液化天然气变化到与环境平衡状态所能获得的能量,可采用参数㶲来评价,㶲效率是衡量冷能能量转换效率的指标。
LNG冷能发电的基本方法主要包括直接膨胀法、使用中间冷却介质的朗肯循环、布雷顿循环法、卡琳娜循环法和多级复合联合循环法。然而单级冷能发电系统存在初投资较大、系统运行不稳定、效率低的问题。
现有技术中,已有采用了LNG冷能梯级利用的手段,如专利CN106150579A,但其主要将LNG冷量应用在两级朗肯循环中,气化后的天然气温度为-38℃,并未达到燃烧或者直接接入天然气管网的要求。
专利CN117268005A,提出了一种基于LNG冷能发电的联合制冷系统,将LNG的冷能梯级利用在有机朗肯发电单元、空调制冷单元以及直接膨胀循环发电单元,虽然使得LNG的冷能得到了充分的利用,但是LNG冷能释放过程中温度跨度大,朗肯发电循环中的换热器进出口温差过大,导致系统的㶲损较大。
目前的LNG冷能发电技术虽然对LNG的冷能进行了梯级利用,但并没有对每一梯级的LNG冷能进行合理利用,换热器的进出口温差较大,最终导致系统的㶲效率较低。且不同的发电方法适应不同温度范围的冷热源,超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环子系统需要在高温条件下运行以加热介质,而两级朗肯循环系统则依赖于低温环境来实现循环介质的液化,一般朗肯循环以海水为热源,因海水温度较低,朗肯循环中的循环介质一般无法利用LNG 冷能中温度在-40℃以上的部分。
因此亟需提出一种全面的利用LNG冷能的发电系统以解决现有技术中㶲效率和热源温度不够高的问题。
实现思路