国内外热电联产的综合调研报告_乡镇综合调研报告

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1热电联产含义

1.1简单介绍

热电联产是一种既产电又产热的先进能源利用形式。一般的火力发电厂燃烧煤炭后，只产生一种产品，就是电。在发电过程巾，大量的热能被循环水带走，白白地排放到大气。

火电厂的能源利用率仅为35％左右。而热电厂则是在发电过程中将一部分热能通过热力管道输送到千家万户，因而同样燃烧同样数量、同样品质的煤炭。热电厂不仪可以提供电能，还能提供工业生产用的蒸汽和住宅暖气粥的热水。热电厂的热效率一般都在45％以上。另外，热电厂由于锅炉容量大、除伞效果好、烟囱高，还町实现炉内脱硫除硝，相比于小锅炉、火电厂，其环境效益和社会效益非常巨大。热电联产与热电分产相比具有很多优点： 1）、降低能源消耗 2）、提高空气质量 3）、补充电源 4）、节约城市用地 5）、提高供热质量 6）、便于综合利用 7）、改善城市形象 8）、减少安全事故 1.2其它热电联产形式

1>垃圾焚烧热电联产

为使城市生活垃圾 “无害化、减量化和资源化”，国外工业发达国家早已有垃圾焚烧技术，其产生的热能用于热电联产，供生产、生活使用，既有利于环境保护，又可获得较好的经济效益。我国南方沿海城市，也开始使用如深圳、珠海等城市，利用垃圾焚烧发电供热，已被越来越多的城市所采用。

2>农村秸杆、木材工业废弃物料用于热电联产

农村秸杆、木材工业废弃料，可用于热电联产，这些可燃废弃材料，均可用于燃烧发电供热，据统计我国秸杆等农村废弃物的资源量年达 亿吨标煤，资源为 亿吨标煤，可资利用。

1.3技术图表

2热电联产的优势

2．1低能耗

火电厂三大主机中，锅炉的效率最高已达到94．8％，汽轮机效率达到90％，而发电机的效率接近99％，这三大主机总效率约可达到85％。但是常规火电厂存在必不可少的“冷源损失”，因此效率最终只有41％～45％，造成了大量能源的浪费。热电联产用做了功的蒸汽对外供热，并利用发电厂的冷源损失，所以热效率可以提高到约80％。2007年，我国平均发电标煤耗332 g／(kW·h)，按热电联产发电热效率比常规火电效率提高1倍计算，热电联产的发电标煤耗约为166 g／(kW·h)。根据《2010年热电联产发展规划及2020年远景发展目标》，20lO年全国热电联产机组总容量将达1．2×105 MW。热电联产机组节煤量按年节约标煤1×103 t／Mw计算，2010年可节约标煤量为1．2×108 t。

2．2低污染物排放浓度 与石油、天然气等能源相比，煤炭在利用过程中会排放更多的有害物质，包括Soz、N0，和烟尘等。据统计，我国每年排人大气的污染物中，约80％的烟尘、87％的S0。和67％的Nq来源于煤的燃烧。由于热电联产热效率高，节约能源，在对外供应相同电能和热能时，可以减少燃煤量，从而减少了排放，减轻了大气污染。以美国为例，每年热电联产可以减少No，排放4×105 t，减少S0：排放9×105 t，以及减少C0。排放3．5×107 t。而芬兰首都赫尔辛基大规模应用热电联产，SO：的排放浓度由20世纪80年代的4 000 mg／(kW．h)下降到2004年400 mg／(kW·h)，排放量只有原来的10％。随着我国天然气工业的发展，燃气一蒸汽联合循环发电供热以及小型燃气轮机热电冷联供作为一种有效减少C0：排放的技术也在被大力推广。

2．3可靠性高

从西方国家能源安全角度来看，热电联产(主要是指分布式能源系统DER)是一种理想的能源利用方式：

(1)DER规模小，分布广泛，不易受到恐怖分子的袭击

(2)DER靠近用户，不像大型电厂那样位于城市的外围，因此可以与其所在区域的客户共享安全性

(3)减少对石油、煤等传统能源的依赖，可以依靠天然气、秸秆、城市垃圾等能源，对国家的能源安全是个有益的补充

(4)增加用户的能源可靠性，据美国热电联产协会报告，一般数据交换中心需要供能方面有99．9999％的可靠性，而电网只能提供99．99％的可靠性，因此发展DER有利于为一些特定重要用户提供可靠的能源

小型热电冷联产（cchp）（small size heat and power cogeneration and small size coolant heat and power cogeneration））

热电联产从产生到推广也是经历了理论上不断的探索，并用实践不断的检验的一个过程。

2国内外热电联产火电机组发展现状

2.1国外

英国

在1905年制造了世界上第一台热电联产汽轮发电机组，开始了供热机组的历史；至21世纪初，国外的热电联产发电比例一直维持在一个较高的水平。由2000年的5％发展到目前 的7％。美国

2008年的热电联产发电比例为8％美国对cchp做了很多在天然气、电力、暖通空调等行业的研究，提出cchp创意，cchp2020年纲领等[1] 欧盟

平均热电联产发电比例为10％，其中丹麦是世界上热电联产机组发电量占全国发电量比例最高的国家，大约为52％

2.2国内

我国的燃煤热电联产电站在50年代末60年代初已开始建设，当时主要有前苏联援建的武汉青山热电厂、洛阳热电厂、富拉尔基热电厂等。

1953—1967年，我国6 MW以上供热机组占火电机组的20％左右，在十年*阶段，我国热电联产装机容量大幅下降，为1 500 MW 仅占火电装机容量的5．8％。截至2005年，我国6 Mw以上热电联产机组总装机容量约为7×107 kw，占全国总装机容量的15％，承担了全国工业供热量的80．5％和民用采暖供热量的26％。

目前

在运行的热电厂中，规模最大的为太原第一热电厂，装机容量为1．386×106 kw。随着全国各地工业园集中供热和溴化锂集中制冷技术的兴起，以及关停小火电机组政策的落实，热电联产机组将在我国迎来一个发展的黄金时机。我国工业锅炉共计50万台、120万蒸吨／时，平均单台容量仅为2．4吨／时，平均运行热效率仅50％左右，即浪费能源、又污染环境。工业锅炉改造已开展二十多年，并没有从根本上提高热效率、改变其落后的面貌。而热电联产、集中供热的锅炉运行热效率一般在80％以上，因此，实行热电联产、集中供热刁是提高供热效率的根本出路。[2] 1997年11 月颁发的 “中华人民共和国节约能源法”中，第三十九条明文规定，国家鼓励发展热、电、冷三联产；

1998年 2月以计交能（1998）220 号文联合颁发了“关于发展热电联产的若干规定”，文中明确： “热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量，增加电能供应等综合效益，改善大气环境质量，同时对热电联产的各项指标进行了界定。”这一系列的政策对我国热电联产事业的发展有着重要的意义

第七条各类热电联产机组应符合下列指标：[3]

一、供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下列指标： 1．总热效率年平均大于45％。

总热效率=(供热量+供电量×3 600 kJ／kWh)／(燃料总消耗量×燃料单位低位热值)×lOO％ 2．热电联产的热电比：

(1)单机容量在50 MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于100％；

(2)单机容量在50 MW至200 MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于50％；

(3)单机容量在200 MW及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50％。热电比一供热量／(供电量×3600kJ／kWh)×100％。

二、燃气一蒸汽联合循环热电联产系统包括：燃气轮机+供热余热锅炉、燃气轮机+余热锅炉十供热式汽轮机。燃气一蒸汽联合循环热电联产系统应符合下列指标： 1．总热效率年平均大于55％；

2．各容量等级燃气一蒸汽联合循环热电联产的热电比年平均应大于30％。

(只有当热泵性能系数 cop等于1.875 时,才能与热电联产全厂热交率等于45% 相当[4])

我国的综合能源利用率要比工业发达国家低 10%左右。应从战略上采取重大举措，快速提高能源利用率，以节约能源，降低生产成本，减少环境污染，从而提高我国经济的整体竞争能力。我国能源以煤炭为主，煤炭消耗量中供发电的仅占33%，而发达国家如美国高达89.5%。我国的能源发展战略，应考虑把各种工业和民用锅炉以及居民直接消耗的煤转化为电能进行多元化热电联供。1)从能源的角度

文明用能是可持续发展用能战略的基本原则。造成能源损失与浪费的原因很多，但从本质的角度而言，原因只有一个，那就是不可逆性，即熵增和损耗的产生。因此，在技术、经济与环境的客观制约下，与不可逆性斗争减少熵增和耗损，就是文明用能的指南。所以要提高热能利用效率

2)从生产者的角度

节能历来是降低成本提高市场竞争能力获取经济效益的基本手段之一，当节能对经济效益的提高不明显时节能就失去了动力。另外，在一个高消费社会中的用户看来，他们关心的主要的倒不是经济上的花费，而是生活的方便与舒适。所以单纯从经济效益和生活质量的角度，热电联产技术不一定是最好的选择。但如果把热电联产与可持续发展的战略联系起来，把热电联产与全球性的 “环境与发展”问题联系起来就有了全然不同的涵义。可持续发展战略赋予了热电联产以全新的使命。

提高全国综合能源利用率，在很大程度上取决于发电的净热效率（供电煤耗）及热能梯级综合利用。热电联供多元化的发展是目前提高能源利用率的最佳途径，也是治理环境污染的最佳手段之一。

3我国未来热电联产机组的发展趋势

面对能源消费需求侧的多元化和能源资源结构的多元化，我国未来热电联产产业规模、能源利用技术也将相应调整。

3．1产业发展规模多元化

大容量、高参数热电联产机组是我国未来热电联产发展主流方向。目前，国内已投入运行的抽汽凝汽机组最大为：背压机组最大为50 Mw，凝汽采暖两用机组最大为300 MW，600 MW级超临界凝汽采暖两用机正在规划组建中。从我国的电力工业发展现状来看，大容量供热机组具有较高的综合热效率: 一方面可以提供大量高效稳定的工业热负荷和溴化锂制冷用汽，另一方面可提供高效、清洁、环保的供电电源，适合我国工业大发展需要大量用电和用汽的基本国情。分布式能源系统是一种新兴的、很有发展前途的发电和能源利用方式，它将大量的小型、微型热电冷系统组成一个网络，从根本上改变传统的大型火电厂、高压输电线路和多层电压网络系统构成的以及各种供热锅炉房组成的传统能源系统。分布式能源热电联产技术具有以下特点：

(1)投资规模小，分布于用户附近；

(2)满足一些客户特殊的需求，对电网、热网是非常有益的补充；(3)能源利用率高，并且可利用可再生能源；

(4)低噪音。我国目前正在大力研究分布式能源热电联产技术，广东省电力设计研究院已经完成了大学城2台78 Mw分布式能源电站的设计，并承担了国家863课题的“兆瓦级燃气轮机分布式冷电联供系统”研究。

3．2能源利用技术多元化

(1)和石油、天然气等能源相比。煤炭在燃烧时会排放出更多有害物质，但在一段时间内它仍将是我国的主要能源，所以今后要大力发展清洁燃烧技术。热电联产多采用CFB锅炉，这种锅炉的最大优势是能有效地控制NQ和S02的产生和排放，采用炉内脱硫燃烧技术，其脱硫率可达90％。

(2)整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统由两大部分组成，即煤的气化、净化和燃气一蒸汽联合循环发电。当IGCC用于热电联产时，可根据热负荷的压力、温度、容量等情况，通过调节抽气，满足用户的要求，其综合热效率约可达到80％。

(3)随着我国天然气工业的发展，北京、武汉等地将开始建立燃气一蒸汽联合循环热电厂。以天然气为燃料，燃气轮机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成热力循环系统发电，其最高发电效率可达到58．5％，供热时综合热效率最高可到85％以上。这种小型的动力系统符合能源多级利用、能质匹配的原则，不但能源利用率高，而且造价低，能抵御突发事件或自然灾害导致的电网大规模停电带来的危害。

(4)生物质能发电技术主要是指利用可燃烧的固体(秸秆、生活垃圾)、液体(酒精、燃油)和气体(沼气)等方式进行发电和供热。从目前发展方向来看，生物质能发电主要是先使固体生物质气化，再使生成的可燃气进入燃气轮机燃烧发电，大规模应用的话，类似于IGCC技术，国外称之为BIGCC。因此，BIGCC具有分布式能源系统的优势，将是今后生物质热电联产的主流。在丹麦、芬兰等国，燃气轮机广泛应用在30 kW和70 kw的小型分布式能源站里，发电效率最高可达到48％，联合循环热效率可达到85％以上。因此大规模发展生物质气化发电技术对于我国节能环保具有很重要的意义。

(5)高温气冷堆是一种用低浓度铀(2％～5％IJ235)或高浓度铀加钍的涂敷颗粒做核燃料。用石墨做中子慢化剂和堆芯结构材料，高温氦气作为冷却剂的先进核反应堆，具有高温、高效率、高转化比、高安全性、低污染以及综合利用广的特点[5]。

和平与发展是世界面临的两大主题。要发展就只能走可持续发展的道路。能源、水源和环境，是可持续发展战略性的三大问题。热电联产是解决这三大问题的关键技术之一，因而在实施可持续发展战略中有其特殊的重要性。热电联产事业的发展有着重要的意义，但是还必须从如下方面加强： 1.热电比调节技术。

我国的热电联产机组，由于设计的热电比不准或缺乏在运行中进行调节的能力，影响了联产机组的经济性。2.热用户计量问题。

用热分户计量在市场经济国家早已解决。我国在计划体制下形成的按面积收费并由所属单位支付的办法，造成了很大的浪费，必须改变。

3.“小火电” 曾为我国的电力发展做出过贡献，目前已列为清理整顿对象。不能只用单一的行政手段解决这一问题，应该结合经济手段加以整治。如税收政策、实施发电排放的环保折价标准。以零排放为基准，由政府规定排放污染物的折价方法，扣除折价资金用于对热网投资的政策补贴。

4.修改《电力法》，补充有关支持发展热电联产的内容，以法制促进热电联产，最终达到人口、资源、环境三者协调发展的目的。

5.积极研制并推广小型分散型热电联产的多元化联供技术，同时产生电、热、冷、功，以减少大型电厂远距离输电和大型热电厂管道的昂贵投资，降低能耗，并将单一电力商品向能源产品多元化的方向发展。

6．发展热电联产应处理好的关系

1）与电力体制改革之间的关系。2）与煤炭产业的关系。

3）与企业形象和社会责任的关系。4）热价与电价的关系。

7.热电联产应注重节能发展

1）抓紧研究制定热电联产装机方案导则。2）改进运行管理方式。3）进行机组结构调整。4）进行机组改造。

5）通过锅炉更替，实现节能发展。6）主动采用辅机系统应用新技术。[6]

4.热电联产的成本和费用

热电联产企业在生产过程中,必然要发生各种耗费和支出,如机器设备等生产工具的耗费和劳动力的耗费等。费用是指在企业的生产过程中所发生的各项耗费。成本是转移到一定产出物的耗费。企业为生产一定种类和数量的产品所发生的各项费用的总和称为产品成本。成本和费用都是生产资料的消耗。费用与生产经营的一定时期相联系,成本与一定的产出物相联系,成本是对象化了的费用,即生产特定产品时所发生的各项费用。成本作为生产中的各项支出,是商品生产的“投入”。在商品生产的各个阶段均有投入,即均会发生成本,借助成本可以反映热电联产企业经济活动各阶段中 “投入” 和 “产出”的关系。热电联产是一个复杂的系统,简单来说主要包括了四大流程：燃料煤的流程、空气及燃气流程、水及蒸汽流程和电气系统流程。根据热电联产的工作流程,热电联产企业的生产成本主要包括：燃料成本（煤）、水费、电费（发电部分提供）、设备折旧费、财务费用、管理费用、运行维护费（包括职工工资、福利费、材料费、修理费等）,前三项为变动费用,后四项为固定费用。由于热电联产企业在生产过程中会对环境造成一定的污染（排放二氧化硫和粉尘等）,成本项目中还需要考虑环保因素。

1、变动费用

（1）燃料成本（煤）：

指热电联产企业直接用于生产电力、热力产品所耗用燃料的费用。（2）水费：

指热电联产企业为生产电量和热量而向外支付的水费。包括外水费、水资源费等。（3）电费：

指热电联产企业为了自身生产和销售活动而从其他企业购入有功电量所需支付的费用。

2、固定费用

（1）设备折旧费：

指热电联产企业按规定计提的生产、管理部门和福利部门的固定资产折旧费,是根据应计提折旧的固定资产原值和规定折旧率计提的资产折旧费。（2）财务费用： 指热电联产企业为筹集资金而发生的各项费用。包括住房公积金、失业保险费、劳动保险费、土地使用费、技术转让费、广告费、无形资产摊销、坏帐损失等。（3）管理费用：

指热电联产企业的行政管理部门为组织管理生产经营活动而发生的各项费用。包括办公费、水电费、差旅费、低值易耗品费、劳动保护费、工会经费、职业教育经费、业务费、保险费、租赁费、税金、实验研究开发费、外部劳务费、物业管理费、运输费、绿化费、燃、材料盘亏和毁损、取暖费、排污费等。（4）运行维护费：

包括职工工资、福利费、材料费、修理费等。

3、其它费用：

指不属于以上各项而应计入生产成本的各种费用。上述成本和费用,组成了热电联产企业日常运营的基本支出,热电联产企业应在不影响生产经营的情况下,尽量降低上述各种费用的支出,以提高本企业的收益。对于热电联产企业未来参与电力市场竞价上网,除了细分上述成本外,还应将这些成本与费用进一步分配为发电成本与供热成本,这样才能尽可能准确的表示出企业的各项收入和支出。[7]

5.家用热电联产技术

1.简介

家用热电联产(Domestic-CHP)，又称微型热电联产(Micro-CHP)，是一种针对家庭用户的热电联产装置，它的主要市场目标是取代现有的家用热水炉。家用CHP利用小型发动机驱动一个迷你发电机，产生家庭所需的大部分电力；发动机通常以天然气为燃料，发动机的尾气余热进入家庭热水系统，代替原先燃气热水炉燃烧的燃料。一般来讲，家用CHP能把70%~80%(基于高热值)的燃料能源转换为热能，10%~15%转换为电，如果采用冷凝式设计，则总效率可达90%；一般新热水炉的效率约在70%~80%(基于高热值)。因此，家用CHP与其它形式的CHP一样，能显著地节约能源。

应用家用CHP的条件是：有天然气供应、有一定的热水需求、开放的电网。

2.原理图说明：

①→②等温膨胀——高压工质从热腔通过加热器吸收热，并等温膨胀，这样就在作功活塞上作功。

②→③等容置换——置换活塞把所有的工质通过回热器等容地转移到冷腔。这时回热器是从工质吸收热，使工质的温度降低为冷腔的温度。当温度降低后，工质的压力迅速下降。

③→④等温压缩——作功活塞在工质上作功，并在冷腔温度上等温压缩，同时在冷腔上除热(通过冷却器)，因为工质处于低压，压缩所需的功比工质膨胀得到的功少。于是循环就有净功输出。

④→①等容置换——置换活塞把所有的工质通过回热器等容地转移到热腔。当工质通过回热器时热传递给工质，使工质的温度提高到热腔的温度。当温度上升后，工质的压力迅速增加，系统回到了它的初始工况。

斯特林发动机的结构型式繁多，根据气缸和活塞位置的不同配置，可分为α型、β型和γ型三个基本类型。双作用式斯特林发动机(图 3)被认为最有发展前途。

3.基于斯特林发动机的家用CHP的优势

斯特林发动机是外部加热把热传给发动机内部的工质，因此它具有以下特点：

1）燃料多样化

发动机部分无需针对满足燃料特别设计，理论上可以利用各种燃气，甚至薪柴、桔杆、余热和太阳能等低能级能源。

2）环境污染小

用燃气作燃料时，可在常压下连续燃烧，易实施燃烧自动控制，可在低成本下使排气中的有害物质大幅下降至排放标准以下。

3）转换效率高

由于在加热器和冷却器中间设有蓄热回热器，理论上可实现热效率最高的卡诺循环。

4）运转平稳，噪音小

由于循环系统没有阀门，工质的压力变化平稳，循环压力比小，故没有内燃机般的进排气噪音和燃烧冲击噪音，噪声一般在75 dB左右(内燃机为100、105 dB)，经处理后可降低到50 dB以下。

5）维修保养容易

由于它的内部机构是封闭的，不用润滑油，不产生积炭和污垢，故维护简单，易操作管理。

4家用热电联产技术的一些挑战： 1）燃烧技术

为了提高效率，一般需要预热助燃空气来利用燃烧产物的余热。微型CHP的空气预热器必须在结构上与燃烧系统集合成一个整体，且能保证燃烧器在使用高温燃烧空气时不出现结焦、回火和腐蚀等现象。尽管在一般工业应用上这不是问题，但制造一个长寿命、并且运行可靠的燃烧器和预热器的微型联合组件仍然是一个挑战。

2）热交换器技术 作为微型CHP，需要由一个紧凑的热交换器把热从燃烧产物传到工质。这就面临一个加热器的设计技术的瓶颈：为了使斯特林发动机输出功率和效率最大化，需要尽可能小的内部容积；然而，为了使进入发动机的热流最大化，加热器的表面积又需要尽可能的大。在发动机的其它热交换器上也出现同样的问题。

3）密封技术

对于高性能斯特林发动机而言，由于工质通常为氢气和氦气，而且平均循环压力都在15 MPa左右，因此，活塞环和活塞杆密封就成了直接影响斯特林发动机性能和可靠性的关键所在。[8]

6.结 语

热电联产机组具有节能环保、安全可靠等优势。今后将成为我国火力发电的重要模式。结合我国国情及热电联产发展趋势，笔者认为在产业规模上我国将以适合高需求密度的大容量、高参数的热电联产项目和适合分散用户的分布式能源项目为能源发展的主要模式，应用CFB锅炉技术、lGCC和燃气一蒸汽联合循环将成为主要的技术手段。由于生物质的供应具有波动性，生物质热电联产发电技术可作为城市非工业用电供热及电力系统调峰应用。高温气冷核反应堆技术作为有前景的热电联产技术，是我国今后研发的方向。

References:

[1].美国冷热电联产纲领及启示.[2].关于我国热电联产政策的思考.[3].关于发展热电联产的规定.[4].谭艺辉, 电力市场化条件下热电联产企业的对策与出路.科技进步与对策, 2002.19(7): 第3页.[5].龙惟定, 分布式能源热电联产“以热定电”的新理解.暖通空调, 2011(2): 第18-22页.[6].秦江彬, 化解节点

发展热电联产.中国电力企业管理, 2010: 第154-156页.[7].关于热电联产成本及分摊方法的探讨.[8].厉戌吟与冯良, 家用热电联产技术.上海煤气, 2004(6): 第33-37页.