1、n 热电冷联产就是既发电、又供热、制冷。热电联产同热电分产比较,有很大的优越性。热电分产,工业锅炉房供热,效率低、污染大、机械化程度不高、劳动强度较大,发电厂供电、采用冷凝式机组排出余汽,还有很多热量,效率也不高。而热电联产,使热电结合起来,效率大大提高,可达80%以上。热电联产,以汽定电,发电受到用汽负荷的制约,冬季用汽量大,发电就多;夏季用汽量小,发电就少。冬夏季用汽不均衡,发电不能稳发满发。热电冷联产,汽轮机排汽,由热网供热,冬季采暖负荷高,夏季不用采暖用于制冷,热冷联产,可使冬夏季负荷较为均衡,汽轮发电机组,发挥更大效益,而且用电消耗大大减少。国务院关于进一步加强节约用电的若干规定中把
2、吸收式制冷列为重点推广的节电措施之一。热电冷联产特点冷热电联产不仅提高了低品位热能的利用率,而且提高了能源的综合利用率。在常规的集中供电方式中能量形式相对单一。当用户不仅需要电力,而且需要其它能量形式,如冷能和热能的供应时,仅通过电力来满足上述需要时难以实现能量的综合梯级利用,而热电冷联产的方式由于其规模小,灵活性强,便于管理等特点,通过不同循环的有机整合可以在满足用户需求的同时均衡生产。发电、供热、制冷的三联供系统,其能源综合利用率可达70%。(1)有利于实行热电联产:溴化锂吸收式制冷机是以热能为动力的制冷设备,夏季供空调冷能系统降温,而制冷设备运行需要的热负荷与冬季采暖热负荷相当,这样就可
3、以提高设备供热负荷。(2)热力系数大,节约蒸汽:采用溴化锂吸收式制冷机,制造同样冷量,可节约一半的蒸汽。(3)节约电能:与压缩式制冷相比,可减少用电负荷。(4)环境效益好:溴化锂吸收式制冷,无毒无臭,噪声低,运行费用低。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
4、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
5、域供热的研发示范项目得到了该计划的资助。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
6、燃烧后温度达1000以上、压力在11.6MPa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450600，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
7、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
8、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
9、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
10、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。三热电（冷）联产的发展现状十九世纪七十年代末期，在欧洲一些人口密集的城区，开始出现了由往复式蒸汽机带动的发电机，并对蒸汽机的乏汽加以利用，这是早期的热电联产系统。在本世纪早期，由于纯发电开始产生显著的规模效益，热电联产系统没能得到发展。二战后，区域供热在北欧、苏联以及一些东欧
11、社会主义国家得到普遍应用，并带动了热电联产的发展。而在欧洲其他国家，由于燃料丰富、廉价，热电联产发展缓慢。在经历了1973/1974年和1979/1980年两次石油危机后，以热电联产形式为主的区域供热、区域供冷开始受到西方国家的重视。美国将区域供热列入其政府节能计划，英国国会则评价区域供热为减少国家能耗的重要手段，而法国更是以立法的形式推动热电联产的发展。美国近年来热电联产发展迅速，热电联产装机容量在19801995年的15年间由12000MW增加至45000MW。目前，热电联产装机容量已占美国总装机容量的约7。在日本能源供应领域中，主要以热电联产系统为热源的区域供热（冷）系统是仅次于燃气、电
12、力的第三大公益事业，到1996年共有132个区域供热（冷）系统。燃气轮机热电（冷）联产和汽轮机驱动压缩式制冷设备是日本热电（冷）联产的主要形式。在欧洲，欧共体的热电联产发电量已占其总发电量的9（其中丹麦、芬兰和荷兰已达到30以上），并计划到2010年达到18，这将减少二氧化碳排放1.5亿吨。区域供冷没有区域供热应用的如此广泛，但由于其在经济上的吸引力也正在世界范围内慢慢被提倡和应用。1962年美国在Harford city,Connecticut建成世界上最早的区域供冷系统，并可同时供应蒸汽。目前美国已有超过60个区域供冷系统。日本的区域供冷发展最快，而欧洲也已有多个热电冷联产系统投入运行。我
13、国早在建国初期，学习苏联经验，重视发展热电联产建设。在供热机组占全部火电设备总容量中，从1952年的2增加到1957年的17，仅低于苏联，居世界第二位。在经历了七十年代的发展低潮后，随着改革开放和经济的发展，我国热电联产又取得了很大进展。到1999年底，我国单机容量6000千瓦以上的热电机组装机容量达2815.9万千瓦，占同期同容量火电机组的13.30。这些机组主要以煤为燃料，即热电厂是由燃煤锅炉和抽凝（或背压）汽轮机组构成。在供冷方面，热电冷联产形式的区域供冷在我国刚刚起步，但发展迅速。全国多个城市拥有在燃煤热电厂基础上建立的热电冷联产系统，如济南热电冷联产系统的供冷总容量近几年已从无发展到
14、49.6MW，杭州两个正在建设的热电冷联产系统供冷总容量将超过120MW。在燃气轮机或内燃机基础上建立的燃气热电冷联产系统也已出现，如上海黄浦区中心医院和浦东国际机场热电冷联产系统，北京的燃气集团大楼和清华大学校园热电冷联供系统等。四热电（冷）联产的研究现状以及方向虽然热电（冷）联产系统在西方国 家已得到较为广泛的应用，而且构成热电（冷）联产系统的各主要设备的产品已经非常成熟和完善，但是由于我国在能源结构、价格、管理体制以及冷、热、电负荷等外部条件与国外存在差异，这就造成了热电冷联供系统在我国大中城市的推广应用，仍需要研究一些技术方面的重要课题。4.2.1热电冷联供系统评价体系的研究建立一套以
15、城市能源系统为中心的热电冷联供系统评价体系，从经济能源环境等各种角度全方位对热电冷联供系统进行评价，并与其它城市供热、供冷和供电形式进行比较，为热电冷联供系统的推广应用奠定基础。对于具体的工程项目，根据外部环境的不同，通过该评价模型，可以确定最佳的热电冷联供系统形式和运行模式。4.2.2热电（冷）联产系统的优化研究热电冷联供系统优化配置的研究 这包括：组成热电冷联供系统的各主要部件的模型，例如热电机组、制冷机组、热泵机组以及蓄能装置等；整体系统最佳配置的建模和算法；不同外部环境下系统最佳配置选择等。热电冷联供系统优化运行的研究 针对全年变化的热电冷负荷，在上述热电冷联供系统最佳配置的基础上，提
16、出合理的运行模式和运行方案，是一个十分复杂的研究课题。热电冷联供系统协调控制研究 由于一天中不同时段的电价以及电力、热（冷）负荷的变化，实现合理的热电联产系统的运行方式以达到最佳的经济效益，不对系统进行优化控制是不行的。为此，需要研究开发出一套将热电联产系统和供热（冷）系统作为一个整体的优化协调热电（冷）联产控制系统。4.2.3重点装置的研发与应用小型楼宇热电冷联产系统的研发：由于楼宇具有独立的热、电、冷负荷以及系统规模小等特点，热电冷联供系统的配置和运行问题尤为重要。需要研究热电机组容量、型式，制冷机、余热锅炉的搭配，蓄能装置的利用，热电冷装置与电网的接入与协调等诸多问题。因此，应在上述研究
17、的基础上，进一步专门加以研究和分析。蓄能系统的研究：为了协调冷热负荷与电负荷的关系，往往需要在热电冷联供系统中设置蓄热蓄冷系统。在热电冷联产系统中应用蓄热蓄冷系统在我国尚没有经验。因此，对蓄热蓄冷装置的型式、结构以及在整个热电冷联供系统中的运行策略研究是必不可少的。燃料电池的研究:燃料电池的发电效率可达40以上，热电联产的效率也达到80以上。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，必将在未来热电（冷）联产系统中占据重要的地位。因此，燃料电池本身及在热电（冷）联产中的应用研究是非常有意义的。除湿系统的研究:除湿系统所利用的热量品位往往比吸收式制冷机更低，且能源利用效率更高。因此，除湿系统与热电联产的结合往往是更为先进的热电冷联产系统，国外一些研究机构也对此开展了研究工作。因而除湿系统及其在热电冷联产中的应用研究是一个新的方向。
