山東省發(fā)展LNG清潔能源應同步重視其冷能回收利用
張長峰
2023年7月25日，周乃翔省長在省政協(xié)召開的專題情況通報會《關(guān)于全省上半年經(jīng)濟形勢和下半年經(jīng)濟工作重點的專題報告》中指出我省要加快能源轉(zhuǎn)型和綠色低碳發(fā)展，要大力發(fā)展類似核電、風電、太陽能光伏等產(chǎn)業(yè)。
液化天然氣（Liquefied Natural Gas, LNG）作為天然氣的一種產(chǎn)品形態(tài)，是氣態(tài)天然氣經(jīng)過脫酸、脫水處理，通過低溫工藝冷凍液化而成的低溫（-162℃）液體混合物，同時蘊含熱能和冷能。LNG主要成分是甲烷，無色、無味、無毒且無腐蝕性，被全球公認為最干凈清潔能源之一，并可規(guī)?；渌偷浇K端，成為世界各國重要的戰(zhàn)略儲備能源。近日，山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、山東省自然資源廳、山東省交通運輸廳聯(lián)合印發(fā)《山東省高速公路服務區(qū)LNG加氣站規(guī)劃(2023-2030年)》的通知，要加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，滿足高速公路車輛LNG加氣需求，至2025年，規(guī)劃建設(shè)41座LNG加氣站。根據(jù)規(guī)劃，近期(至2025年)，規(guī)劃高速公路LNG 載貨汽車占比達11%，車用LNG量增加到4億m3，替代油量36.2 萬噸，減少各類污染物排放量39.6萬噸;規(guī)劃建設(shè)17對LNG加氣站、7座單區(qū)LNG 加氣站，共計41座，平均間距約100km，期末規(guī)劃服務車輛5.4萬輛，每站加氣服務200輛車。其中，近期規(guī)劃建成LNG加氣站41座，2023-2024年規(guī)劃建設(shè)21座，2024-2025年規(guī)劃建設(shè)20座。遠期(至2030年)規(guī)劃高速公路LNG載貨汽車占比達15%，車用LNG量增加到7.5億m3，替代油量67.34萬噸，減少各類污染物排放量73.7萬噸;規(guī)劃建設(shè)29對LNG加氣站，共計58座，平均間距約67km，期末規(guī)劃服務車輛6.8萬輛，每站加氣服務200 輛車。
LNG在提供熱能使用時，必須進行氣化操作，而重新升溫轉(zhuǎn)換為氣態(tài)過程中釋放的冷量（包括LNG氣化潛熱和氣態(tài)天然氣從存儲溫度復溫到環(huán)境溫度的顯熱），通常在天然氣氣化器中隨海水或空氣被舍棄了，造成了能源的浪費。另外，LNG在運輸、存儲等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大量蒸發(fā)氣需要放空以保證槽車上路安全。由于目前尚無安全有效的槽車放空氣回收技術(shù)，使得LNG攜帶的冷能白白地浪費掉，而且對環(huán)境造成冷污染和安全隱患。為此，通過研發(fā)回收技術(shù)利用LNG冷量，可以達到節(jié)省能源、提高經(jīng)濟效益的目的。同時，通過跨行業(yè)融合集成創(chuàng)新LNG冷能利用高新技術(shù)并產(chǎn)業(yè)化應用，對于農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流行業(yè)整體技術(shù)進步具有引領(lǐng)帶動意義。
冷鏈物流對冷能需求量大，現(xiàn)有終端能源品種中，除電力可實現(xiàn)冷能轉(zhuǎn)換外，管道天然氣、汽柴油、煤炭、生物質(zhì)燃料等只能提供熱能，太陽能、風能等新能源遠不能支撐冷鏈物流所需冷能。據(jù)了解，日本是較早開展LNG冷能利用的國家之一，利用LNG冷能發(fā)電至今已經(jīng)超過30年；在神奈川縣根岸建成LNG終端金槍魚超低溫冷庫，投產(chǎn)運行良好，為LNG冷能應用于冷庫建設(shè)提供了優(yōu)秀范例。目前，我國LNG接收站和大型水產(chǎn)冷庫基本都設(shè)在港口附近，這方便遠洋捕獲魚類的冷凍加工，同時回收LNG冷能為冷庫提供冷源也比較容易實現(xiàn)。2017年以來，國家鼓勵發(fā)展LNG罐式集裝箱多式聯(lián)運，推動建立從境內(nèi)外液源地直達終端“一罐到底”液態(tài)供應系統(tǒng)。LNG罐式集裝箱宜運宜儲，市場配置不受管網(wǎng)限制可達任何區(qū)域，在快速形成供熱能力的同時可將其蘊含冷能直供終端，從根本上消除了冷鏈物流利用LNG冷能的地理空間限制。
目前，我國冷鏈物流利用LNG冷能現(xiàn)處在探索發(fā)展階段，對LNG冷能利用認知度較低，主要存在以下問題：
一是冷能利用效率低。由于我國在LNG冷能利用方面起步較晚的客觀原因，目前在該領(lǐng)域仍然未有過多的成熟先進技術(shù)，即使有少數(shù)投入實際生產(chǎn)的單元冷能利用工藝，仍存在冷能利用效率低，?損大的現(xiàn)象，致使LNG所攜帶的大部分冷能沒有得到合理利用。梯級冷能利用工藝雖然已經(jīng)被提出，但由于沒有對其進行深入理論分析與合理的工藝設(shè)計，其仍然未能夠從根本上解決LNG冷能利用效率不高等問題。盡管目前利用技術(shù)研發(fā)有一定成果，但在LNG冷量采集方式與采集地點、熱交換方式與裝備最優(yōu)設(shè)計、制冷劑與載冷劑優(yōu)化選配、LNG冷能利用與冷庫設(shè)備對接、以及試驗測試條件等方面，亟待形成有利于產(chǎn)業(yè)化應用的技術(shù)路線和標準規(guī)范。
二是經(jīng)濟效益前景不明確。經(jīng)濟上有帳可算是利用LNG冷能的市場推廣基礎(chǔ)。LNG冷能利用成本與電力制冷成本比對是否具有優(yōu)勢，冷能利用設(shè)備及改造投入回收期是否經(jīng)濟合理，冷能利用替代量的經(jīng)濟平衡點是多少等，目前這些經(jīng)濟性方面的問題尚無確定性說法。冷鏈物流企業(yè)更多看重冷能利用的裝備投入承受力和實際經(jīng)濟效益，如果無法取得與電力制冷的成本比較優(yōu)勢，LNG冷能利用將難以產(chǎn)業(yè)化推進。
三是資源整合度不高。目前，我國LNG冷能利用項目大部分是接收站以外的其它公司投資建設(shè)，與LNG接收站投資主體不同，導致接收站運行和冷能利用項目運行不銜接、不協(xié)調(diào)的問題。同時，國內(nèi)由于目前電和天然氣的定價機制：LNG氣化后的售價是按成本加利潤上報國家發(fā)改委審批而定，接收站不用冷能不影響其經(jīng)濟效益。所以LNG接收站業(yè)主把注意力集中在保障上百億投資項目的穩(wěn)定和安全運行上，擔心冷能利用“副業(yè)”對主業(yè)（氣化供應）有干擾。這極大地限制了大部分LNG冷能的利用。
四是存在一定的安全風險。LNG屬于2.1類危險品，許多制冷劑也是危險源，LNG冷能利用的安全性是重中之重。盡管石化行業(yè)和制冷行業(yè)具有豐富可靠的安全措施與經(jīng)驗，但兩種危險源疊加在一起仍將增大安全運行難度。在國家加強安全生產(chǎn)監(jiān)管大背景下，如何確保冷能利用技術(shù)裝備及運行管理的安全性，關(guān)系到能否成功推進產(chǎn)業(yè)化應用。
為突破冷鏈物流利用LNG冷能瓶頸，通過大力開發(fā)LNG冷能產(chǎn)業(yè)化利用技術(shù)，為農(nóng)產(chǎn)品加工和“產(chǎn)地冷鏈”等提供區(qū)域性、系統(tǒng)性、低成本綜合用能解決方案，建議：
一、充分研討論證，制定行業(yè)發(fā)展政策
擴大冷能供給，降低能源成本，是冷鏈物流發(fā)展新舊動能轉(zhuǎn)換的重要舉措。LNG冷能利用技術(shù)性強，涉及方面多，安全性要求高，作為新冷源供給模式能否成功建立面臨許多不確定因素。建議我省相關(guān)部門開展可行性論證，如邀請專家學者專題研討、召開不同類型專題論證會、開展相關(guān)軟課題研究等，對技術(shù)性、經(jīng)濟性、安全性等難點問題形成解決方案，作為行業(yè)共同行動的決策依據(jù)。在各方面達成可行性共識基礎(chǔ)上，啟動推進工作，營造推進氛圍，形成上下游推進合力，及時向相關(guān)政府部門匯報，研究制定相關(guān)鼓勵扶持政策。
二、搭建創(chuàng)新平臺
目前相關(guān)研發(fā)資源分散，上下游銜接不暢，建議在充分利用省內(nèi)外相關(guān)單位已建立資源平臺、研究系統(tǒng)和科研團隊的同時，搭建產(chǎn)學研跨行業(yè)集成創(chuàng)新平臺，聚焦冷鏈物流應用研發(fā)，加強科技信息共享，促進學科交叉融合，合理配置和高效利用研發(fā)資源。建議由研究機構(gòu)牽頭，組織天然氣與制冷行業(yè)的相關(guān)技術(shù)裝備研發(fā)單位，組成冷能利用技術(shù)集成創(chuàng)新聯(lián)合體，盡早在技術(shù)路線和相關(guān)規(guī)范標準方面實現(xiàn)突破，在資源方面形成冷能利用保障機制，組織農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流利用LNG冷能軟課題研究。
三、加強技術(shù)攻關(guān)
建議我省高度重視LNG冷能回收利用問題，特別是加大這方面的技術(shù)與配套裝備的研發(fā)應用工作。例如，可以將中小型LNG釋放氣體時所產(chǎn)生的廢冷應用于冷鏈物流領(lǐng)域，無論是對于冷鏈物流的發(fā)展，還是節(jié)能減排都有著十分重要的意義。筆者所在的團隊正在開展基于LNG冷回收的陸海聯(lián)運綠色保鮮設(shè)備及品質(zhì)控制技術(shù)，研制節(jié)能環(huán)保、智能高效的LNG冷回收的快速凍結(jié)、冷藏裝置，配套水產(chǎn)品保鮮工藝；研制基于LNG冷回收蓄冷密度大、流通性好的流態(tài)制冰設(shè)備，并開展規(guī)模化示范應用；研究基于LNG氣化站的高效蓄冷、釋冷技術(shù)及配套裝備，建立單元式移動式能源站，針對不同的冷鏈模式及用途，開展多溫區(qū)高效蓄冷技術(shù)研究與應用；針對現(xiàn)有食品凍干設(shè)備造價高、利用率低、時間長等問題，充分利用LNG釋放的高品位冷能優(yōu)勢，開發(fā)LNG冷回收食品凍干設(shè)備等。
四、選點試驗示范
未來可選擇的試點示范場景包括：一是冷熱源同時需要的冷鏈企業(yè)；二是冷鏈企業(yè)需要冷源，周邊企業(yè)需要熱源；三是與燃氣企業(yè)合作，為冷鏈企業(yè)提供冷源，LNG氣化后輸入燃氣管道；四是在燃氣企業(yè)氣化站完成冷量采集蓄冷，供應冷鏈企業(yè)需要等。實現(xiàn)冷鏈物流利用LNG冷能產(chǎn)業(yè)化，是一個比較長期的過程，不可能一蹴而就。當前無論采用何種冷能利用技術(shù)，都要面對LNG供冷相對不連續(xù)客觀現(xiàn)實。因此在冷鏈物流冷能供給體系中，LNG冷能利用應當定位在補充冷源，即電力供冷之外的“第二冷源”。面向現(xiàn)有單體冷庫和冷庫集群，屠宰、加工、冷藏等冷鏈業(yè)務集中地，以及現(xiàn)有LNG接收站和氣化站，提供電力制冷與LNG冷能利用雙冷源供給、LNG熱電冷三聯(lián)供分布式能源、以及采集LNG冷量蓄冷等技術(shù)與裝備解決方案，促進冷鏈企業(yè)通過高新技術(shù)應用和技術(shù)改造降低能源成本。
張長峰，1976年8月出生，湖北五峰人，土家族；博士、教授、國務院特殊津貼專家、山東省政府特殊津貼專家；山東省政協(xié)委員、民盟山東省委委員。國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心（山東省商業(yè)集團有限公司）科技研發(fā)部部長、重點實驗室（山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院）主任。科技部、山東省科技廳入庫專家，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“科創(chuàng)中國”果蔬貯藏物流產(chǎn)業(yè)服務團副團長，全國物流標準化技術(shù)委員會第三屆冷鏈物流分技術(shù)委員會副主任委員，山東省人民政協(xié)理論研究會第四屆理事會理事。
國家“十二五”以來，連續(xù)承擔國家重點研發(fā)計劃項目課題8項；作為首位發(fā)明人獲發(fā)明專利15項；以第一或通訊作者發(fā)表SCI和EI收錄文章27篇；制定國家標準12項；出版專著4部；獲教育部科技進步一等獎、二等獎各1項、省政府科技進步二等獎1項等。立足本職工作，50余件建言被全國政協(xié)、中央統(tǒng)戰(zhàn)部、民盟中央和省委辦公廳采納，以及獲得省委省政府主要領(lǐng)導批示。多次獲民盟中央、民盟省委建言獻策突出貢獻獎； 2024年度山東省政協(xié)“履職優(yōu)秀委員”；2020年獲“省直機關(guān)最美職工”榮譽稱號。
