एलएनजी थंडगार ऊर्जा पुनर्प्राप्ती

जी थंडगार सतत वाया जात आहे

द्रवीभूत नैसर्गिक वायू -१६२° सेल्सिअस जवळ आयात केंद्रांवर पोहोचते. ही एक विशाल प्रमाणातील शीतन क्षमता आहे—ही थंड ऊर्जा, जी मूळतः निर्माण करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणातील संपीडन कार्याची आवश्यकता असते. तथापि, बहुतेक द्रवीभूत नैसर्गिक वायू केंद्रे समुद्राचे पाणी किंवा वातावरणातील हवा यांच्या उष्णता विनिमयकांचा वापर करून द्रवाचे वाफ होणे करतात, ज्यामुळे ती थंड ऊर्जा सीधी वातावरणात सोडली जाते. ही ऊर्जा केवळ एक अपशिष्ट म्हणून वागवली जाते, अशा सुविधांचे दृश्य अजिबात दुर्मिळ नाही, तर ती खरोखरच औद्योगिक वायू क्षेत्रातील सर्वात कमी वापरल्या गेलेल्या ऊर्जा प्रवाहांपैकी एक आहे.

संख्यांमध्ये एक कठोर वास्तव दिसून येते. वार्षिक काही दशलक्ष टन द्रवीभूत नैसर्गिक वायू प्रक्रिया करणारे एक सामान्य मोठे प्राप्ती केंद्र दस्तऐवजी शक्ती निर्मिती क्षमतेच्या दहा मेगावॉट्सच्या तुलनेत थंड ऊर्जा मुक्त करते. ही ऊर्जा स्वस्तात मिळालेली नाही—द्रवीकरणासाठी नैसर्गिक वायूच्या पुरवठ्यापैकी सुमारे ८% ते १०% वायू अप्रत्यक्ष भार म्हणून वापरला जातो. त्या थंडपणाला सोडून देणे हे उर्जा विश्लेषणाच्या दृष्टिकोनातून पैसा वाया घालवण्यासारखे आहे.

एलएनजीची थंड ऊर्जा का इतकी महत्त्वाची आहे?

क्रायोजेनिक तापमान निर्माण करणे महाग असते. हवा पृथक्करण, इथिलिन उत्पादन, थंड साठवणूक आणि डेटा केंद्रांचे शीतन यासारख्या प्रक्रियांना विविध तापमान पातळ्यांवर शीतनाची आवश्यकता असते. एलएनजीचे पुन्हा वायूरूपात रूपांतर करणे हे एक तयार-केलेले क्रायोजेनिक सिंक प्रदान करते, जे या प्रक्रियांना थेट सेवा देऊ शकते.

तापमानाचा प्रोफाइल महत्त्वाचा आहे. एलएनजी -१६२°सी पासून पर्यावरणीय तापमानापर्यंत तापले जाताना, ते विविध तापमान पट्ट्यांमध्ये अनेक क्रमिक उपयोगांना समर्थन देऊ शकते. सर्वात जास्त थंडी—-१००°सी पेक्षा कमी—ही क्रायोजेनिक हवा पृथक्करणासाठी आदर्श आहे, जिथे ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि आर्गॉन द्रव रूपात उत्पादित केले जातात. -५०°सी ते -८०°सी दरम्यानची मध्यवर्ती तापमाने विद्युत उत्पादनासाठी ऑर्गॅनिक रॅंकाइन सायकल्स चालवू शकतात किंवा थंड साठवणूक सुविधांना समर्थन देऊ शकतात. ०°सी जवळची उबदार ऊर्जा पुनर्प्राप्ती इमारतींच्या वातानुकूलनासाठी किंवा औद्योगिक प्रक्रिया शीतनासाठी वापरली जाऊ शकते.

तापमानाच्या घटत्या विस्थापनाचे रीगॅसिफिकेशन प्रक्रियेशी खालच्या टप्प्यातील अर्जाच्या उष्णता आवश्यकतांशी जुळवून घेणे हे तांत्रिक आव्हान आहे. हीट एक्सचेंजर्सना दोन-फेज प्रवाह, मोठ्या तापमानाच्या फरकांचा ताबा मिळवणे आणि वायूच्या बाजूकडून आलेल्या आर्द्रता किंवा CO₂ च्या गोठण्याची शक्यता हाताळावी लागते. ही थोडीशी सोपी अभियांत्रिकी समस्या नाहीत, परंतु योग्य डिझाइनसह त्यांचे निराकरण करणे शक्य आहे.

थंडगार उर्जा प्रत्यक्षात कोठे कार्यरत आहे

हवेचे विभाजन हे एलएनजीच्या थंडगार उर्जा पुनर्प्राप्तीसाठी सर्वात व्यावसायिकदृष्ट्या आकर्षक अर्ज ठरले आहे. तापमानाच्या आवश्यकता अतिशय सुसंगत आहेत—क्रायोजेनिक एएसयू त्या तापमानाच्या श्रेणीत कार्यरत असतात, जिथे एलएनजी आपल्या थंडगार उर्जेचा मोठा भाग मुक्त करते. अभ्यासांमध्ये दाखवले गेले आहे की एलएनजी रीगॅसिफिकेशन ट्रेनचे क्रायोजेनिक एएसयूशी एकत्रीकरण करण्यामुळे ९०% पेक्षा जास्त सर्वोच्च एक्सर्जेटिक कार्यक्षमता मिळवता येते. अशा एकत्रित रचनांमध्ये विशिष्ट ऊर्जा वापर ०.०२२ किलोवॅट-तास प्रति किलोग्रॅम हवा प्रक्रिया केल्याचे नोंदवले गेले आहे—ही आकडा स्वतंत्र एएसयू ऑपरेशन्सशी तुलना केल्यास अधिक अनुकूल आहे.

अलीकडच्या प्रकल्पांच्या विकासात वाढत्या वाणिज्यिक रसाचे प्रतिबिंब पडले आहे. चीनच्या पूर्व भागातील एका मोठ्या प्राप्ती टर्मिनलवर एक महत्त्वाचा एलएनजी थंड-ऊर्जा हवा पृथक्करण प्रकल्प अलीकडेच सुरू झाला, ज्याची दैनंदिन द्रव उत्पादन क्षमता सुमारे ६६० टन आहे. हे संयंत्र एलएनजी व्हॅपरायझेशन प्रणालीला थेट हवा पृथक्करण थंड बॉक्सशी जोडते, ज्यामध्ये रीगॅसिफिकेशनची थंडी वापरून अतिरिक्त शीतन संपीडन न करता ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि आर्गॉन द्रवीभूत केले जातात. अशा एकत्रिकरणासाठी भांडवली गुंतवणूक ही शंभर कोटी रेन्मिन्बी (आरएमबी) पर्यंत जाते, परंतु सामान्य एएसयूंच्या तुलनेत त्याचा चालविण्याचा खर्च फार मोठा फायदा देतो.

हवा विभाजनापलीकडे, थंडगार पुनर्प्राप्तीला विद्युत उत्पादनामध्ये मान्यता मिळाली आहे. योग्य कार्यद्रव्य वापरणाऱ्या ऑर्गॅनिक रॅंकाइन सायकल प्रणालींचा वापर करून कमी दर्जाच्या थंडगाराचे विद्युतमध्ये रूपांतर करता येते. एका साखळी-उपयोग प्रकल्पाने अलीकडेच फक्त एलएनजी थंडगारापासून वार्षिक २.६ कोटी किलोवॅट-तास विद्युत उत्पादनाची घोषणा केली. याची आर्थिकता मुख्यत्वे विद्युत दरांवर आणि ओआरसी खालच्या सायकलसाठी उष्णता स्रोताच्या उपलब्धतेवर अवलंबून असते; परंतु योग्य संदर्भात, ह्या प्रणालींचे नफा-परतावा योग्य कालावधीत होतो.

कार्यातील वास्तविकता तपासणी

एलएनजी थंडगार पुनर्प्राप्तीविषयी कोणतीही निष्पक्ष चर्चा करताना व्यावहारिक मर्यादा मान्य करणे आवश्यक आहे. प्रत्येक टर्मिनल योग्य नसतो. आर्थिकता केवळ तेव्हाच कार्यरत असते, जेव्हा थंडगारासाठी सातत्यपूर्ण, आधारभूत मागणी असते—हवा विभाजन संयंत्रे एलएनजी पाठवणीच्या चढ-उतारांसह चालू-बंद होऊ शकत नाहीत. ज्या टर्मिनल्समध्ये शिखर सुविधा म्हणून कार्य केले जाते आणि ज्यांच्या रीगॅसिफिकेशन दरात मोठ्या प्रमाणात चढ-उतार असतात, त्यांच्याशी एकीकरण करणे अत्यंत आव्हानात्मक असते.

थंडगार उस्मा पुनर्प्राप्त करण्याच्या प्रॅक्टिकल मर्यादा देखील आहेत. हीट एक्सचेंजरवरील गंदगी, विशेषत: वायूच्या बाजूस, जिथे आर्द्रता घनाभूत होऊ शकते, यामुळे सावधगिरीने प्रक्रिया नियंत्रण करणे आवश्यक आहे. थंडगार पुनर्प्राप्तीच्या प्रक्रियेतील दाबाचे कमी होणे एलएनजी पंपच्या कार्याला वाढवते. आणि स्वतःची एकत्रित करण्याची प्रक्रिया टर्मिनल ऑपरेशन्समध्ये जटिलता निर्माण करते— हे काही ऑपरेटर्स समजून घेतलेले आहे.

वरील कोष्टकात मूलभूत व्यापार-ऑफ दर्शविला आहे. एकत्रीकरणामुळे खरोखरच्या ऑपरेटिंग खर्चात फायदा होतो, परंतु त्याची किंमत साइटिंगच्या लवचिकतेवर आणि ऑपरेशनल स्वायत्ततेवर द्यावी लागते. स्थिर, अपेक्षित पाठवणी प्रोफाइल असलेल्या टर्मिनल्ससाठी—जे सामान्यतः मोठ्या औद्योगिक किंवा युटिलिटी बेसलोड ग्राहकांना सेवा पुरवतात—हा प्रस्ताव आकर्षक आहे. पीकिंग टर्मिनल्ससाठी, कमी आहे.

तपासण्याजोगा एक वास्तविक प्रकरण

आशियाच्या दक्षिणपूर्व भागातील एक प्रकल्प या दोन्ही गोष्टींचे उदाहरण देतो: आशा आणि अडथळे. या प्रकरणातील टर्मिनलमध्ये दररोज सुमारे ३० दशलक्ष स्टँडर्ड क्यूबिक फूट इतकी स्थिर पाठवणी होती, जी औद्योगिक ग्राहकांच्या गटाला सेवा पुरवत होती. प्रकल्प संघाने अनेक कोल्ड रिकव्हरी पद्धतींचे मूल्यांकन केले आणि शेवटी दोन-टप्प्यांच्या दृष्टिकोनावर निर्णय घेतला: जवळच्या एएसयूमध्ये द्रवीत ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन उत्पादनासाठी खोल कोल्ड, आणि जवळच्या व्यावसायिक इमारतींना सेवा पुरवण्यासाठी जिल्हा कूलिंग प्रणालीसाठी मध्यम कोल्ड.

एएसयू एकीकरण डिझाइनप्रमाणे कार्यरत झाला, ज्यामुळे औद्योगिक मानकांना अनुरूप शुद्धतेच्या वैशिष्ट्यांसह द्रव पदार्थ तयार झाले. तथापि, जिल्हा शीतलन भागात समस्या निर्माण झाली. एलएनजी पुनर्वायुकरणाचा तापमान ग्लाइड शीतलन भार प्रोफाइलशी इतका जुळला नाही, जितका प्रारंभिक मॉडेल्सनी अंदाजित केला होता. प्रकल्पाला अतिरिक्त बफर स्टोरेज आणि दुय्यम शीतक लूपची आवश्यकता होती, ज्यामुळे असंतुलनांचे नियंत्रण करता येऊ शकले. शिकवण स्पष्ट होती: उष्णता संतुलन आरेखावर थंडगार पुनर्प्राप्ती अत्यंत आकर्षक दिसते, परंतु पुरवठा आणि मागणीच्या गतिमान जुळणीतच खरी अडचण असते.

उद्योग कोठे जात आहे

नियामक वातावरण हे थंडगार पुनर्प्राप्तीला समर्थन देणाऱ्या दिशेने बदलत आहे. कार्बन दराचे यांत्रिकी आणि ऊर्जा कार्यक्षमता आदेश यामुळे उष्णता आणि थंडगार पुनर्प्राप्ती ही अधिक आकर्षक बनली आहे, विशेषत: अनुपालनाच्या दृष्टिकोनातून. आंतरराष्ट्रीय ऊर्जा एजन्सीने एलएनजी मूल्य साखळीतील कार्यक्षमता उपायांच्या भूमिकेवर प्रकाश टाकला आहे, ज्यामुळे एकूण उत्सर्जन तीव्रता कमी होते. थंडगार पुनर्प्राप्ती दहन चिमणीवरील सीओ₂ उत्सर्जनाला साक्षात् कमी करत नाही, परंतु ती विद्युत वापराचे स्थान घेते जो इतरथा जाळ्यातून मिळाला असता — आणि अनेक प्रदेशांमध्ये ती जाळी अजूनही जीवाश्म इंधनावर आधारित आहे.

उपकरण निर्मात्यांनी अधिक मानकीकृत उत्पादनांसह प्रतिसाद दिला आहे. आधीच अभियांत्रिकी केलेल्या उष्णता विनिमयक रेल्वे आणि नियंत्रण प्रणालींसह स्किड-माउंटेड थंडगार पुनर्प्राप्ती एकके वाढत्या प्रमाणात उपलब्ध आहेत, ज्यामुळे टर्मिनल ऑपरेटर्सवरील अभियांत्रिकी भार कमी होतो. ही तंत्रज्ञान वैयक्तिकरित अभियांत्रिकी उपायांपासून मॉड्युलर, पुनरावृत्तीय डिझाइनकडे हलत आहे.

एक लक्षात घेण्याजोगी गोष्ट म्हणजे कोल्ड रिकव्हरीचे कार्बन कॅप्चरशी एकत्रीकरण. काही नुकत्याच दिलेल्या प्रस्तावांमध्ये एलएनजी कोल्ड एनर्जीचा वापर आलम सायकलसोबत जोडला गेला आहे—हा ऑक्सी-फ्युएल कंबशन प्रक्रिया आहे जो शुद्ध CO₂ स्ट्रीम उत्पन्न करतो जो सीक्वेस्ट्रेशनसाठी योग्य आहे. एलएनजी रीगॅसिफिकेशनपासून मिळणारी थंडी ही ऑक्सिजन उत्पादनासाठी वायू पृथक्करणाला साहाय्य करू शकते आणि CO₂ लिक्विफिकेशनला वाहतूकीसाठी साहाय्य करू शकते. ही सिनर्जी खरी आहे, परंतु प्रणाली जटिल आहेत आणि भांडवली खर्चिक आहेत.

कोल्ड रिकव्हरीचे मूल्यांकन करणाऱ्या ऑपरेटर्ससाठी सुरुवातीचा टप्पा म्हणजे एक ईमानदार मूल्यांकन करणे की प्रेषण प्रोफाइल काय आहे, स्थानिक ऊर्जा बाजार कसा आहे आणि थंडीसाठी योग्य ऑफ-टेकर्सची उपलब्धता कशी आहे. प्रत्येक साइट योग्य नसेल. परंतु ज्या साइट्स योग्य आहेत त्यांसाठी ऑपरेटिंग कॉस्टचे फायदे आणि पर्यावरणीय फायदे हे मजबूत कारण देतात.

हिरव्या फर या कंपन्यांनी या एकत्रीकरण रणनीतींना समर्थन देणाऱ्या क्रायोजेनिक प्रक्रिया उपकरणांची वितरणाची नोंद निर्माण केली आहे. एएसएमई आणि सीई प्रमाणपत्रे आणि अनेक महाद्वीपांवर फैलावलेल्या जागतिक प्रकल्पांच्या यादीसह, थंड पुनर्प्राप्तीच्या पुढच्या लाटेसाठी समर्थन देण्यासाठी उत्पादन क्षमता आणि गुणवत्ता नियंत्रण प्रणाली उपलब्ध आहेत. अभियांत्रिकीचे ज्ञान उपलब्ध आहे; प्रश्न असा आहे की प्रकल्पाची आर्थिकता आणि नियामक दबाव यांचे एकत्रित होऊन व्यापक स्वीकृतीसाठी प्रोत्साहन निर्माण होईल का.