Kupata Nishati ya Baridi ya LNG

Baridi ambayo bado inatumika bila faida

Methane ya asili iliyotengenezwa (LNG) inafika katika vituo vya kuingiza kwa kiasi cha takriban -162°C. Hii ni uwezo mkubwa wa kuponya—nishati ya baridi ambayo ilihitaji kazi kubwa ya kushawisha ili kuzalishwa kwanza. Lakini idadi kubwa ya vituo vya LNG vinatumia maji ya bahari au maji ya anga ya mazingira kuiyeyusha likidu, kutoa baridi hiyo moja kwa moja katika mazingira. Si jambo la kawaida kuona mashirika yasiyotumia nishati hii kama kitu cha pili tu kinachotumiwa, wakati kweli inawakilisha moja ya mikondo ya nishati inayotumika chini zaidi katika sektor nzima ya gesi za viindustri.

Nambari zinasisitiza hadithi ya kuvuruga. Mwanzo wa kujaribu LNG wa kubwa unaochakua toni milioni kadhaa kwa mwaka unatoa nishati ya baridi sawa na uwezo wa kuzalisha umeme wa megawati kadhaa. Hii nishati haikuja rahisi—kufanya LNG kuwa likizo (liquefaction) inaharibu asilimia 8 hadi 10 ya gesi ya asili kama mzigo wa kipekee (parasitic load). Kukupa baridi hii kusipatikana bila kutumika ni, kwa mtazamo wa exergy, kuchangia pesa kwenye meza.

Nini Kinachofanya Nishati ya Baridi ya LNG Kuwa Thamani Sana

Majoto ya chini sana (cryogenic temperatures) yanaharibu pesa kuzalishwa. Ukuaji wa hewa, uzalishaji wa ethylene, uhifadhi wa baridi, na hata ukarabati wa vituo vya data (data centers) vinahitaji uvunaji wa joto (refrigeration) katika viwango vya joto tofauti. Ukuaji wa gesi ya LNG (regasification) unatoa chanzo cha baridi cha chini sana (cryogenic sink) ambacho linaweza kutumika moja kwa moja katika mchakato huu.

Mkondo wa joto unategemea. Kama LNG inapoganda kutoka -162°C hadi joto la mazingira, inaweza kusaidia matumizi mengi yanayotegemea joto katika vikoa vya joto tofauti. Baridi sana—chini ya -100°C—ni bora zaidi kwa ukuaji wa hewa kwa njia ya kuchomwa kwa baridi, ambapo oksijeni, nitrojini, na argoni huundwa kama likwidi. Joto la kati kuhusu -50°C mpaka -80°C linaweza kusimamia mzunguko wa Rankine ya uorganiki kwa kuzalisha umeme au kusaidia vituo vya uhifadhi wa baridi. Upatikanaji wa joto zaidi karibu na 0°C unafanya kazi kwa mfumo wa kufurahisha hewa katika majengo au kwa kuchoma viyakula vya viwandani.

Uchangiaji wa kiutawala unapatikana katika kufanana na mkondo wa ubadilishaji wa joto wa mchakato wa kubadilisha tena kwa hali ya gesi na mahitaji ya joto ya matumizi ya baadaye. Vifaa vya kubadilisha joto vinahitaji kushughulikia mtiririko wa awamu mbili, tofauti kubwa za joto, na uwezekano wa kuchomwa kwa upepo au CO₂ kutoka upande wa hewa. Hizi si matatizo ya uhandisi yanayohusudwa tu, lakini yameeleweka vizuri na yanaweza kutatuliwa kwa kubuni bora.

Mahali ambapo Upatikanaji wa Baridi Unafanya Kazi Katika Mwanzo

Ugawanyaji wa hewa umepatikana kuwa matumizi ya kibiashara yenye faida zaidi kwa mafuta ya asili ya likizo (LNG) ya baridi. Mahitaji ya joto yanaeleweka vizuri—vituo vya ugawanyaji wa hewa vinavyotumia baridi vinafanya kazi katika kiwango cha joto ambacho LNG inatoa nishati yake ya baridi kwa wingi mkubwa. Utafiti umebainisha kwamba uunganisho wa mstari wa kufanya LNG kuwa tena kwa hali ya gesi na vituo vya ugawanyaji wa hewa vinavyotumia baridi vinaweza kufikia ufanisi wa jumla wa exergetic unaopita 90% . Matumizi ya nishati maalum katika mchanganyiko huo ya muunganisho yameorodheshwa kama takriban 0.022 kWh kwa kilogramu ya hewa iliyochunguzwa—kiwango kinacholingana vizuri na utendaji wa vituo vya ugawanyaji wa hewa bila muunganisho.

Maendeleo ya miradi ya hivi karibuni yanaonyesha ongezeko la maslahi ya kibiashara. Mradi mkuu wa ugawanyaji wa hewa kwa kutumia nishati ya baridi ya LNG ulianza kufanya kazi hivi karibuni katika kituo kikubwa cha kupokea LNG katika eneo la mashariki ya China, na uwezo wa kuzalisha liquid kwa siku ya takriban 660 toni moshi huu unajumuisha mfumo wa kuvunja LNG moja kwa moja na sanduku la baridi ya kugawanya hewa, ukitumia baridi ya kuvunja kufanya oksijeni, nitrojeni, na argoni ziwe za kiaki. Uinvestisheni wa mali kwa ujumla wa uunganisho huu unafikia milioni kadhaa za RMB, lakini faida ya gharama za uendeshaji dhidi ya ASU za kawaida ni kubwa sana.

Pembele ya kugawanya hewa, upatikanaji wa baridi umepata uzito katika utengenezaji wa umeme. Mifumo ya mzunguko wa Rankine ya kimahususi inayotumia vifungu vya kazi vinavyofaa yanaweza kubadilisha baridi ya chini ya daraja kuwa umeme. Mradi wa kutumia baridi kwa mpangilio wa hatua moja kwa moja ulitangaza hivi karibuni umeme wa mwaka uliozalishwa wa 26 milioni ya kWh kutoka kwa nishati ya baridi ya LNG pekee. Uchumi wa mfumo huu unategemea sana bei ya umeme na upatikanaji wa chanzo cha joto kwa mzunguko wa ORC wa chini, lakini katika mazingira sahihi, mfumo huu unarudi kwa muda unaofaa.

Uchunguzi wa Ukali wa Uendeshaji

Yoyote ya kweli ya kurekodi baridi ya LNG inahitaji kuthibitisha vizingiti vya kufanya kazi. Si kila kituo kinaweza kutumika. Uchumi unafanya kazi tu pale kuna mahitaji ya baridi ya mara kwa mara na ya kudumu—mashine za kugawanya hewa hazinawezi kuanza na kusimama kwa mabadiliko ya uhamisho wa LNG. Vituo vilivyotengenezwa kwa ajili ya kuzidisha nguvu (peaking facilities), ambavyo kina mabadiliko makubwa ya kiwango cha kubadilisha LNG kuwa gesi, vinatoa changamoto kubwa za kujumuisha mfumo.

Pia kuna mipaka ya teknolojia ya kiasi cha baridi kinachoweza kurekodi kwa urahisi. Uzalishaji wa udongo katika maburudisho ya joto, hasa upande wa hewa ambapo maji yanaweza kuzungukwa, inahitaji udhibiti wa kuvutia kwa uangalifu. Upungufu wa shinikizo kupitia mfululizo wa kurekodi baridi unazidisha kazi ya mafumbe ya LNG. Na kujumuisha mfumo huo mwenyewe hungeuza uendeshaji wa kituo kuwa na ufanisi mkubwa—kitu ambacho wafanyikazi wanakaribia kwa uangalifu.

Jedwali hapo juu linarekodi mabadiliko ya msingi. Uunganishaji unatoa faida halisi za gharama za uendeshaji lakini kwa gharama ya uwezekano wa kufanya mpangilio wa vituo na uhuru wa uendeshaji. Kwa vituo vilivyopatikana kwa ustawi na mpangilio wa kutumia kwa kawaida—mara nyingi ni yale inayohudumia wateja wa viwanda vikubwa au wateja wa umma wenye matumizi ya kudumu—hilo ni la kushangaza. Kwa vituo vya kuchukua wakati wa ukamilifu, si hivyo.

Kesi ya eneo inayotarajwa kuchunguzwa

Mradi katika Asia ya Kusini-Mashariki unawakilisha wote ubunifu na vikwazo. Terminali iliyozungumziwa ilikuwa na uhamisho wa kawaida wa takriban milioni 30 ya futa za kawaida kwa siku, ikihudhumiwa kikundi cha wateja wa viwanda. Timu ya mradi ilichunguza njia mbalimbali za kupata baridi na hatimaye ilichagua mbinu ya majengo mawili: baridi kali sana kwa ASU ya karibu kwa uzalishaji wa oksijeni na nitrojeni za kiaki, na baridi ya kati kwa mfumo wa kukaribia baridi wa eneo linalohudhumiwa na majengo ya biashara ya karibu.

Ufunguzaji wa ASU ulifanya kazi kama ilivyopangwa, ukutoa bidhaa za likidu zenye ubora unaofaa kwa vipengele vya viwanda. Sehemu ya kuponya eneo hilo, hata hivyo, ilikumbwa na matatizo. Ubeba wa joto la LNG uliotengenezwa upya haikuwepo kwa usawa wa kujitoa kwa uwanja wa baridi kama vile vilivyotarajwa katika michoro ya awali. Mradi ulahitaji uhifadhi wa kubadilisha zaidi na mzunguko wa chumvi ya pili ya kuponya ili kufanya kazi kwa usawa kwenye tofauti hizo. Kwa kweli, somo lilikuwa rahisi: kupata baridi inaonekana nzuri sana kwenye rasmia ya usawazisho wa joto, lakini changamoto iko katika kufanya usawazisho wa dinamiki wa usambazaji na hitaji.

Jahi lililoenda

Mazingira ya utawala inabadilika kwa faida ya kupata baridi. Mbinu za kuweka bei ya kaboni na amri za kuboresha ufanisi wa nishati zimefanya upatikanaji wa baridi kutoka kwa maji yaliyotumika na joto kubwa kuwa bora zaidi kwa sababu ya kufuata sheria. Watafiti wa Agence ya Nishati ya Kimataifa wameonyesha jukumu la vitendo vya kuboresha ufanisi katika mchakato wote wa LNG ili kupunguza uwingi wa uvutaji wa gesi za kaboni. Upatikanaji wa baridi hauondoa moja kwa moja uvutaji wa CO₂ katika kipara cha moto, lakini unapunguza matumizi ya umeme ambayo kwa kawaida yangekuja kutoka kwenye mtandao—na katika mikoa mingi, umeme huo bado unatokana na viwanda vya mafuta ya petroli.

Wazalishaji wa vifaa wamejibu kwa kutoa bidhaa zinazotolewa kwa namna ya kawaida zaidi. Vifaa vya kupata baridi vinavyotolewa pamoja na vifaa vya kuchanganya joto na mfumo wa udhibiti vimekuwa yanapatikana zaidi, kuhakikisha kuwa wafanyabiashara wa vifaa vya kuingiza huwa na kazi ya uhandisi chini. Teknolojia hii inakwenda kutoka kwa suluhisho zinazotengenezwa kwa kila mahitaji hadi kwa muundo unaofanana na unaweza kutumiwa mara kwa mara.

Eneo moja linalofaa kuzingatiwa ni uunganisho wa uponyaji wa baridi na uvunaji wa kaboni. Mapendekezo ya hivi karibuni yameunganisha matumizi ya nishati ya baridi ya LNG na mzunguko wa Allam—prosesi ya kuvuta moto kwa kutumia oksijeni tu ambayo huuzia mtiririko wa CO₂ safi unaoweza kuhifadhiwa. baridi kutoka kwa mabadiliko ya LNG kuwa tena katika hali ya gesi inaweza kusaidia kugawanya hewa kwa ajili ya uzalishaji wa oksijeni pia kusaidia kufanya CO₂ iwe ya likweli kwa ajili ya usafirishaji. Ufunguo wa faida unaojitokeza ni halisi, ingawa mistari hiyo ni yanayotarajia kazi nzito na yenye gharama kubwa za mawasiliano.

Kwa wafanyikazi wanaoathiriya uponyaji wa baridi, hatua ya kuanza inapaswa kuwa tathmini ya wazi ya mfumo wa kutuma nishati, soko la nishati ya eneo hilo, na upatikanaji wa watumiaji wa kutosha wa baridi. Hakuna kituo cha kila mahali kinachofaa. Lakini kwa vya kufaa, faida za gharama za uendeshaji na manufaa ya mazingira yana nguvu kubwa.

Kampuni kama ya GreenFir zimejenga rekodi ya kufikisha vifaa vya usanidi wa mchakato wa baridi sana ambavyo husaidia strategia hizi za uunganishaji. Kwa uthibitisho wa ASME na CE na mfumo wa miradi ya kimataifa unaosambazwa katika kontinenti nyingi, uwezo wa uzalishaji na mfumo wa udhibiti wa ubora umekuwa tayari kusaidia wave la pili la uwekaji wa vifaa vya kupata baridi. ujuzi wa uhandisi umekuwa tayari; swali ni kama uchumi wa miradi na shinikizo la sheria litakuingiliana ili kusaidia kutumika kwa upana zaidi.