热电联产产品生产技术发展趋势分析

第一节 产品生产技术发展现状

1、机型和规模选择缺乏科学的、因地制宜的原则

从系统整体能源利用率的角度，热负荷达不到要求的大型供热机组无论与超超临界凝汽式火电机组比，还是与以供热为主的中小热电机组比，并不节能，反而是浪费能源。从环境保护的角度考察问题更为严重。因此，发展热电联产必须因地制宜，结合实际情况来选择热电机组规模。

有条件的地方，因地制宜地建设抽－背搭配的机组，供电煤耗可大大降低。如果1×3万千瓦背压加1×3万千瓦抽凝的装机，完全可以满足供热需要，发电量不到2×30万千瓦抽凝的十分之一，能耗完全可以下降到300克/千瓦时以下，这样发电耗煤减少90%以上，对当地环境的污染就大为减轻。

对于热电联产机组，为了节能减排，在有条件的地方应该“上大压小”。如果当地热负荷大且集中，供煤供水及灰渣处理方便，环境容量又允许，经过全系统（终端）能源利用率的比较研究结果是节能环保的就应该提倡支持。对人口密集、经济发达、当地环境容量已经为负值的地区，不采取科学的态度，不考虑大、中、小型机组比例，而机械地实施“上大压小”，可能带来诸多不良后果。

2、热电联产替代分散小锅炉推进速度缓慢

我国已出台有关文件明确要求用热电联产集中供热为主的方式替代城市燃煤小锅炉，提高热电联产在供热中的比例。但目前一些地区由于热电联产替代分散小锅沪的相关支持政策不明确，在城市建设规划中没有提前配套考虑热力规划，导致一些企业为解决自身热负荷需求而建设小锅炉。

调研中发现，除部分省市刚开始编制热电联产规划外，其他一些地区对用热企业仍没有统一规划热源，鼓励热电联产替代的政策不明确。由于执行替代小锅炉政策受到企业内外购热成本差距不大的影响，用热企业主动替代的积极性不高。受原建设地政府财政税收以及环保收费等问题的制约，政府明确替代的执行力度不够。因此，热电联产替代分散小锅炉的进展缓慢。

第二节 产品生产工艺特点或流程

1、锅炉加供热汽轮机

由于煤燃烧形成的高温烟气不能直接做功，需要经锅炉将热量传给蒸汽，由高温高压蒸汽带动汽轮发电机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热。锅炉加供热机热电联产系统适应于以煤为燃料。这也是我国的热电联产系统普遍采用的形式。这种系统的技术已非常成熟，主要设备也早已国产化。由于这种系统占地大，负荷调节能力差，发电效率低，一般在煤改气的热电联产中得以应用，新建燃气热电联产系统很少采用这种形式。

2、燃气轮机热电联产系统

分为单循环和联合循环两种形式。单循环的工作原理是：空气经压气机与燃气在燃烧室燃烧后温度达1000℃以上、压力在1－1.6MPa的范围内而进入燃气轮机推动叶轮，将燃料的热能转变为机械能，并拖动发电机发电。从燃气轮机排出的烟气温度一般为450℃～600℃，通过余热锅炉将热量回收用于供热。大型的燃气轮机效率可达30％以上，当机组负荷低于50%时，热效率下降显著。考虑到热和电两种输出的总效率一般能够保持在80％以上。燃气轮机组启停调节灵活，因而对于变动幅度较大的负荷较适应。目前工业燃气轮机的生产基本上来自西方国家，如GE,ALSTOM，SIEMENS,SOLAR,ABB等。

上述单循环中余热锅炉可以产生的参数很高的蒸汽，如果增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继续做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气－蒸汽联合循环系统。这种系统的发电效率进一步得到提高，可达到50％以上。

3、内燃机热电联产系统

当规模较小时，它的发电效率明显比燃气轮机高，一般在30％以上，因而在一些小型的燃气热电联产系统中往往采用这种内燃机形式。但是，由于内燃机的润滑油和气缸冷却放出的热量温度较低（一般不超过90℃），而且该热量份额很大，几乎与烟气回收的热量相当，因而这种采暖形式在供热温度要求高的情况下受到了限制。内燃机的生产厂家有总部这在瑞士的WARTSILANSD公司、德国的MANB&W公司以及美国的CATERPILLAR公司等。

4、燃料电池

它是把氢和氧反应生成水放出的化学能转换成电能的装置。其基本原理相当于电解反应的逆向反应。燃料（H2和CO等）及氧化剂（O2）在电池的阴极和阳极上借助氧化剂作用，电离成离子，由于离子能通过在二电极中间的电介质在电极间迁移，在阴电极、阳电极间形成电压。在电极同外部负载构成回路时就可向外供电。燃料电池种类不少，根据使用的电解质不同，主要有磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固体氧气物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。

燃料电池具有无污染、高效率、适用广、无噪声和能连续运转等优点。它的发电效率可达40％以上，热电联产的效率也达到80％以上。目前，多数燃料电池正处于开发研制种，虽然磷酸燃料电池（PAFC）等技术成熟并已经推向市场，但仍较昂贵。鉴于燃料电池的独到优点，随着该项技术商业化进程的推进，必将在未来燃气采暖行业起到越来越重要的作用。从事燃料电池研究和开发的单位主要有美国的国际燃料电池、联信、PlugPower、AnalyticPower、Onsi和西屋等公司，加拿大Ballard公司，日本的三菱、松下、三洋、东芝、宣士电机和富士电机等公司，德国MTU公司和西门子公司等。我国也有大连化物所等多家单位从事燃料电池的研究。

第三节 国内外生产技术发展趋势分析

作为热电联产的一种方式——热电冷多联产技术，是一种趋于分布式的能源供应系统，在发达国家已有20多年的发展历史，近几年开始引起国内的广泛关注，在我国还是一个刚起步的新生事物。实际上，它是传统大型热电联产系统在规模和适用范围上的进一步拓展。也就是说，热电冷联产系统正在由以往的大中型系统向中小型系统发展，由简单的热电并供向可满足用户供暖、制冷、通风、除湿等诸多要求发展，由简单的独立发电系统向具有多种能量输出的系统发展。作为分布式能源系统的主要发展方向，联产系统的具体配置和组成形式可能多种多样，因此在流程配置和设计优化过程中更加强调系统集成与综合优化。

分布式热电冷联产系统具有分布式能源系统的所有特点，同时更易于与可再生能源结合，因此对环境的负面影响将显著下降。热电冷联产系统可独立于电网运行，也可与电网构成一个电力供应联合体，二者相辅相成，将大大增强用户电力供给的安全性和可靠性。热电冷联产系统不仅应用于建筑领域，还可以应用于工业能源领域。热电冷联产系统可以认为是在热电联产的基础上进一步发展的一种新型能源集成系统，对提高能源利用效率、减少环境污染、加强能源安全、优化能源结构起到积极作用，为实现我国短期内大幅度降低能源消耗提供有效技术手段。