借助天然气能源实现燃料发电，在回收过程中产生的余热能源是天然气分布式能源，这一能源可以应用在用户供暖和制冷过程中，可以实现天然气能源的高效利用。冷热电联供方式属于解决冷、热等能源的重要方式，其主要借助安装在用户现场的能源中心，技术是利用发电废热制冷制热梯级能源技术，具有较高的利用效率，属于世界范围内先进性的能源技术手段，优势为高能效，可靠性较高，排放量较低。LNG气化站运行过程中，为满足能源需求以及环境需求，需要借助天然气分布式能源系统完成LNG气化站的冷能供应，在投入使用后获取与常规能源相同的功能，能源供应安全性得以保证，经济效益以及环保效益均可以保证。
一、天然气应用现状分析
现阶段，天然气能源的开发速度在全世界范围内均有所增长，在消费领域中，数值占据70%的天然气能源取代了煤炭和石油，以此开展第三次能源变革，在能源消费中，发达国家天然气比例相对较高，美国天然气能源消费比重数值占据为27%，仅略低于石油；俄罗斯的天然气能源消费占比为52.6%，早已超过石油以及煤炭资源，我国天然气能源消费占据比重仅有2%-2.5%，相比于世界平均水平数值依然较低[1]。天然气能源应用在火力发电以及城市燃气中，在大多数国家属于主要能源之一。
二、LNG冷能利用情况分析
液化天然气在使用过程中，其处于常压状态下，储存温度需要控制在-162摄氏度，气化阶段会产生大量的冷能，将这部分冷能进行回收可以节省能源，具有十分显著的经济效益以及社会效益。现阶段，国内外针对LNG冷能应用主要分为以下两种类型，分别是直接利用以及间接利用方式。在直接利用类型中，主要划分为冷能发电以及空气分离等，间接利用方式中主要划分为冷冻干燥以及低温干燥等，这两种利用方式中均可以划分为不同的类型，数量较多。冷能利用途径相对比较广泛，但实际使用效率数值较低，在实际液化过程中，其电能消耗比较严重，例如按吨为计算单位，每吨LNG其冷能在完全转化情况下，电能数值为240kWh，将这部分冷能应用在发电中，联合每吨发电量数值仅仅在45kWh。基于此，需将LNG冷能作为更多的冷源，应用在低温行业中，比较常见的有空气分离以及干冰制作等，避免将冷能直接用于发电[2]。其次，现阶段针对冷能的应用基本是处于孤立状态，并没有实现能源的集成化，因此需要将LNG冷能完成优化集成，以此能源利用率可有效提高。
降低燃气轮机进气温度。有效降低压气机进气温度对燃气轮机的出力增加及热耗减少都有十分明显的影响，现在通常采用蒸发式制冷、压缩式制冷、吸收式制冷、蓄冰式制冷等传统的制冷方式，虽然这些技术已十分成熟，但都需要消耗大量的能量，因而在经济性上并不理想。LNG冷能利用技术即液化天然气冷量通过气化器冷却燃气轮机的进气温度，则无需额外的制冷耗能，这样经济性优于现行的各种方法，同时被气化的天然气也可以直接为燃气轮机发电提供燃料。因此，这一技术为LNG冷能回收利用和燃气轮机进气冷却两项技术的组合创新应用。
一般情况下，LNG储存温度处于零下160摄氏度，压力数值处于0.1053MPa，在使用前需要在LNG接收站重新气化其为气体，气化过程中释放冷能，借助乙二醇溶液作为传热工质，在经过2级换热器可以将冷能传输到燃气轮机入口空气，有效降低压气机进气温度，不需要额外制冷耗能。
其次是安装空气冷却器方式，在压气口入口位置的冷却装置会增加进气阻力，造成压气损失，燃机入口压力损失一定数值，燃机以及联合循环出力有所下降，热耗上升一定数值，燃机排气温度也会由此降低，因此需降低进口压力，进气温度下降，燃气轮机的实际出力数值也会增加，但进气温度数值低于4.4摄氏度，压气机进口位置会结冰，进入冬季后大气温度较低，水滴直径数值会大于40um，进入压气机压气机内表面，造成金属表面微裂纹发展，产生表面疤痕，造成轴系振动增加。避免大直径水滴进入到压气机中，造成进口结冰，在压气机前设置除雾装置或者是空气干燥器，即使在冬季温度较低情况下也可以减少或者是停止进气冷却。例如按2台8MW燃气机组，夏天机组进气温度35℃，湿度为85%计算，进气温度冷却至15℃，空气冷却所需的换热量可视为燃气轮机节省的有用功。空气冷却后产生的密度差可视为燃气轮机效率提升量。
经研究分析，降低压气机进气温度对于燃气轮机的出力增加及热耗减少都有十分明显的影响。将进气温度从 35℃ 降到15℃可以提高燃气轮机有用功约4.92％。同时，随着进气温度降低，空气比容减小，空气质量流量增大，也将使燃气轮机的总出力增加。即在单位时间内多吸入了约 6.94％的工质进入燃气轮机，除去部分抽气过程中的损耗，在投入相应的燃料燃烧后可使燃气轮机的总出力提升6.5％左右。因此，降低压气机进气温度对有用功输出和对燃气轮机总出力叠加后可增加燃机出力约11.17％。
三、LNG冷能回收利用系统分析
首先在负荷中心就近位置实现能源供应，需要一次能源综合利用效率数值上升到75%以上，热电比相比于年平均数值需要完成100%需求。针对项目单机规模数值为1万千瓦以下，区域范围内项目单机规模要求数值需要处于3万千瓦以下，政策限制需要天然气分布式能源实现基本界定原则，因此利用燃气轮机单循环方式，也就是借助燃气轮机联合余热利用设备。结合相关研究数据，燃气轮机进口空气温度会影响其性能，燃气轮机实际功率数值以及效率数值会伴随温度数值增加产生下降情况，并且功率数值下降更加显著[3]。在单轴燃气轮机应用过程中，功率数值会伴随进气温度增加，产生线性下降，在进气温度数值小于30摄氏度情况下，热耗率数值也会伴随进气温度数值增加，呈现正比上升，在进气温度数值满足30摄氏度以上要求，机组产生的热耗率数值也会增加，并且速度较快。
借助LNG冷能对燃气轮机进口空气进行冷却，借助这一原理，LNG温度数值较低，其自身水特性，其中间换热介质选择水-己二醇溶液，浓度数值为50%。这一液体的使用处于零下30摄氏度可以防止溶液在换热器内部产生冻结情况，从而堵塞管路。由于LNG在气化后，转化为7摄氏度的天然气，处于这一循环系统中，水-己二醇化合物的实际工作温度处于1-12摄氏度，在空气冷却器应用后，其空气温度会高于5摄氏度，通常时间温度控制在7摄氏度[4]。
依据以上数据，设备实际消耗的LNG数值显示为3.35t/h，在初步估算后，其释放的冷能参数数值为870kJ/kg，空气中可以吸收的冷能数值为623kW，因此燃气轮机进气温度数值下降到15.2摄氏度，会生成凝结水，数量为6.17t/h。空气冷却器设备以及出水装置的运行会造成燃气轮机产生进气阻力，数值在0.34kPa。空气中释放的总热量，其空气温度数值降低后，释放的数值占比显示为52.567%，在空气中水分凝结释放的占比数值为47.433%[5]。因此在这一技术条件下，空气降温以及水分凝结部分产生的冷量数值差异性不大。燃气轮机功率数值增加，热耗率有所下降，过程中空气中的湿度数值增加，温度下降幅度会缩小，燃气轮机性能可改善的范围也会缩小。
LNG冷能在燃气轮机进气口降低的空气温度可以对发电效率进行提升，同时可以将冷能作为冷负荷进行外用。将上述机组作为例子，分布式能源站借助燃气轮机、余热设备，提高进气温度，降低发电功率，余热锅炉效率数值可达到80%，供冷效果显著，提高供冷能力。
四、LNG冷能应用未来发展趋势
（一）LNG冷能在分布式能源利用趋势分析
在分布式能源发展中，LNG冷能应用有冷冻冷藏库以及蓄冷空调等。其一为冷冻冷藏库，LNG冷能在分布式能源系统中可建设冷冻冷藏库，利用液化天然气冷能，借助冷剂可将冷能下降到一定温度，开展管道传输，在冷却盘管过程中需进行释放，提高天然制冷功能。借助液化天然气制冷过程中，需利用冷冻库以及冷藏库借助串联方式连接，将其划分为不同的温度带。结合冷冻以及冷藏不同标准准，过程中添加一定剂量制冷剂提高制冷效果，以此在一定程度上强化液化天然气冷能利用率，冷冻冷藏运行成本有效降低。其二为蓄冷空调应用，LNG冷能应用在分布式能源系统中的功能是提供燃气和城市供电，这种气化负荷伴随时间逐渐变化，在天然气需求上，通常白天以及冬季天然气需求量较大，晚上和夏季天然气需求量相对较小，造成液化天然气提供冷能产生相应变化。天然气需求量较大情况下，液化天然气可利用冷能相对较多，天然气需求量需求量较小，液化天然气可利用冷能也会逐渐减少，此种变化LNG冷能利用影响较大，因此利用蓄冷空调储存冷能，确保冷能供应稳定性。
（二）LNG冷能汽车应用
LNG可以作为汽车燃料使用，其优势是清洁性、高效性、存储过程中体积较小、携带比较方便、安全性高等，相比于其他形式的汽车燃料，具有十分广阔的发展前景。LNG储存在低温环境下，会产生冷能，冷量可以用于汽车空调以及冷藏车中，通过这一方式并不需要为汽车单独配置机械式制冷机组，减少投资成本，也可以缓解噪声污染，在城市中心的商业地带或者是噪声污染限制区域比较适用。
总结：
重视分布式能源应用，提高天然气能源的利用有效性，LNG应用需集中在用能领域中，在化工原料中的应用比例较小。LNG以及冷能的应用具有分离性，可以将LNG实现冷量回收，将其用于生产高附加值的化工产品。通过LNG汽车的发展对大气环境进行改善，实现经济可持续发展。天然气分布式能源站主要弊端为天然气原料成本高、冷热电使用负荷不均，造成投资收益率一直低下。因此，LNG蕴藏着大量的冷能，将LNG冷能用于降低燃气轮机发电系统的进气温度，充分回收利用了LNG气化所释放的冷能，并且在相同的工况条件提高了系统的处理效率。对于夏季高温和我国南方地区的天然气分布式能源站的布点及建设有着积极的推动作用。
参考文献：
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