热电（冷）联产系统

一．什么是热电(冷)联产系统

通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品味的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。

热电（冷）联产系统在能源转换效率方面所具有的突出优势，使得其在世界各国的能源领域大都具有显著地位。欧洲委员会在"大气改变对策的能源框架"中，将热电联产放在非常重要的位置。被认为是对实现排放目标贡献最大的一项技术，其减少C02排放量的潜力为210Mt，占总目标的四分之一。为了促进热电联产事业的发展，欧洲委员会在财政、税收、科研、政策等方面作出了大量工作。1977年，成立了专门的咨询机构，对如何提高供热效率、加快热电联产的发展进行探讨。1988年出台了有关条文协调热电联产业主与电力部门之间的关系，要求电力部门必须以合理的价格购买热电联产厂多余的电，减少热电联产厂家的后顾之忧。在技术开发与研究方面，欧盟国家在1991年就开始实施旨在提高能源效率的"SAVE计划"，许多热电联产与区域供热的研发示范项目得到了该计划的资助。另外在1978年开始实施

二．热电（冷）联产的主要形式

2.1热电联产系统

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。

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。

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WARTSILA NSD公司、德国的MANB&W公司以及美国的CATERPILLAR公司等。

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、Plug Power、Analytic Power、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。

2.2 热电冷联供系统

由上述各种热电联产装置与制冷机及其他部件（如热网、蓄冷器等）的组合，可形成多种热电冷联产系统形式。小型热电（冷）联产装置可设置在一个建筑物内，发电直接供建筑物的用电负荷，所产生的热（冷）量由建筑物内管网输送至各房间。大型热电（冷）联产系统，即以热电厂为热源的区域供热（DH）或区域冷热联供（DHC）系统，发电一般直接输送至电网，而热（冷）量则通过热网输送给各建筑物用户。如果根据热网输送介质的不同来划分，大型热电冷联产系统的形式主要有三种，即热水输送、冷水直供和蒸汽输送。