Wykorzystanie egzergii kriogenicznej skroplonego gazu ziemnego do produkcji energii elektrycznej

Gaz ziemny jest paliwem kopalnym o największej dynamice wzrostu udziału w światowym miksie energetycznym. Transport gazu w postaci skroplonej (LNG, ang. liquefied natural gas) stanowi alternatywę dla tradycyjnego transportu rurociągowego. Polska dołącza do światowego rynku LNG dzięki wybudowanemu w Świnoujściu terminalowi regazyfikacyjnemu. Proces skraplania gazu jest bardzo energochłonny. Część energii wykorzystanej w tym procesie zostaje zmagazynowana w LNG jako egzergia kriogeniczna. W konwencjonalnym procesie regazyfikacji egzergia ta jest tracona poprzez uwalnianie do wody morskiej lub innego czynnika służącego jako zewnętrzne źródło ciepła. Istnieje wiele koncepcji wykorzystania egzergii kriogenicznej LNG. Wśród możliwych zastosowań jest wykorzystanie LNG do produkcji energii elektrycznej poprzez użycie go jako dolnego źródła ciepła w obiegach termodynamicznych lub bezpośrednio jako czynnika obiegowego. W ramach niniejszej pracy zamodelowano cztery układy technologiczne regazyfikacji LNG: dwa układy bez odzysku „zimnej” egzergii oraz dwa układy z odzyskiem, produkujące energię elektryczną. Podstawowe dane wejściowe do modelu (strumień masowy, ciśnienie gazu) odpowiadają rzeczywistym parametrom pracy terminalu w Świnoujściu. Wykonano symulację działania wszystkich układów dla zmiennej w skali roku temperatury otoczenia. Obliczono szereg wskaźników służących do porównania między sobą poszczególnych układów, takich jak średnioroczne zużycie paliwa, sprawność egzergetyczna i wskaźnik skumulowanego zużycia energii.

Natural gas is a fossil fuel, the share of which in the global energy mix is growing the fastest. Transportation of natural gas in liquefied form (LNG) is an alternative to traditional pipeline transport. Poland joins the global LNG market through the receiving terminal which was built in Świnoujście. The liquefaction process is very energy-consuming. Some energy utilised in this process gets stored in LNG as cryogenic exergy. In a conventional regasification process this exergy is destroyed by releasing to sea water or other fluid serving as an external heat source. There are numerous ideas to recover the cryogenic exergy of LNG. Among possible applications, the use of LNG to produce electricity by using it as a lower heat source in thermodynamic cycles or directly as a working fluid can be considered. In the present paper, an analysis of four regasification systems was carried out: two systems without cold exergy recovery and two systems that produce electricity. Main input data to the analysis (mass flow, pressure) correspond to real parameters of natural gas in the Świnoujście LNG receiving terminal. A simulation of operation of the systems for the whole year (with varying ambient temperature) was performed. In order to compare the analysed systems, a number of coefficients, such as average fuel consumption, exergetic efficiency and coefficient of cumulative energy consumption, was calculated.