热电联产
定义
热电联产指用同一台汽轮发电机组或其他动力设备,同时向用户输出电能和热能的生产过程,热能一般以蒸汽或热水为载体[4]。与之相对的是热电分产:电能由凝汽式电厂单独生产,热能由单独的锅炉房供给,两者互不衔接[3]。
判断是否属于热电联产,关键不在于装机容量大小,而在于供热是否利用了热变功过程中本会损失的冷源热量[5]。以此为标准,锅炉蒸汽先经背压机组或抽凝式汽轮机发电、再对外供热的运行方式才构成联产;由电厂锅炉直接抽汽供热、发电与供热相互独立的情形仍属分产[5]。装有背压式或抽凝式汽轮机、既发电又供热的电厂称为热电厂[5]。
在以燃料燃烧为热源的基础上,若再通过吸收式制冷机利用中温热量对外供冷,则称为热电冷三联产,英文缩写 CCHP[1]。
原理
热电联产依据的是能量品位匹配的思路:高品位热能先用于做功发电,做功后温度、压力降低的乏汽或抽汽仍带有大量热量,正好满足采暖与工艺用热的需要[6]。传统凝汽式机组为追求循环效率,把乏汽压力降到 3.4~5 kPa,对应温度仅 26~33 ℃,这部分凝结潜热数量虽大却难以利用,通常由冷却水带走[6]。
把排汽压力适当提高,乏汽就有了使用价值:压力升至 0.12 MPa 左右时饱和温度约 104.8 ℃,可供采暖和生活热水;提高到 0.6~1.3 MPa 时饱和温度可达 159~192 ℃,可满足化工、食品、制药、纺织等行业的工艺用汽需求[6]。相应地,机组分为背压式和抽汽式两类:前者排汽全部外供,后者从汽轮机中间级抽取部分蒸汽供热、其余继续膨胀作功[4]。
衡量联产程度的常用指标是热电比,其计算式为 $\text{热电比}=\dfrac{Q}{P\times 3600\,\mathrm{kJ/(kW\cdot h)}}\times 100\%$,其中 $Q$ 为供热量,$P$ 为供电量;对抽凝机组而言,热电比越高,说明凝汽发电部分越少、冷端损失越小[5]。理论上联产循环的总热量利用率可接近 100%,实际运行中一般在 70% 左右[6]。
flowchart LR
A[燃料] --> B[锅炉产生蒸汽]
B --> C[汽轮机做功]
C --> D[发电机输出电能]
C --> E[抽汽或排汽]
E --> F[换热站/热网]
F --> G[采暖与工业用热]
C -.常规机组.-> H[凝汽器冷源损失]
发展历程
中国热电联产起步于 20 世纪 50 年代,早期热电厂以工业用蒸汽为主要负荷。1989 年 8 月 9 日,国家计委发布关于鼓励发展小型热电联产、限制凝汽式小火电的规定,提出联产项目须坚持“以热定电”,按供热范围内的热负荷确定机组规模,并优先采用背压式或抽汽背压式机组[7]。
20 世纪 80 年代以后,随着节约与开发并重的能源方针推行,热电联产集中供热得到鼓励,2006 年以来城市和工业园区热力需求增长带动行业稳步扩张。2003 年《节能中长期专项规划》把区域热电联产列入节能重点工程,2007 年出台热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定,要求项目以集中供热为前提并优先安排背压型机组[8]。
2013 年 6 月 28 日,企业投资燃煤背压热电项目的核准权限下放至省级投资主管部门[9]。2016 年,国家发展改革委等部门联合印发《热电联产管理办法》,对供热范围、调峰锅炉配置、蓄热装置安装和环保准入等作出规定[10]。据行业统计,截至 2013 年底中国 6 兆瓦及以上热电联产装机达 25182 万千瓦,占全国发电机组总容量的 20.3%[5]。
2025 年 3 月,国家发展改革委、国家能源局印发《新一代煤电升级专项行动实施方案(2025—2027 年)》,从清洁降碳、安全可靠、高效调节、智能运行四个方面提出技术指标,对承担供热的煤电机组提出更严格的调节能力要求[11]。
应用
最常见的用途是城市集中供热。热电厂通过区域热网向居民区、医院、酒店、游泳馆等建筑供热,管网供水温度通常在 80~130 ℃ 之间,这种形式被称为热电联产区域供热[1]。在芬兰,约 75% 的区域供热由热电联产提供[2]。
工业领域是另一类主要用途。食品、造纸、化工、养殖等行业需要中等温度的蒸汽,热电厂可先发电再用抽汽或排汽供汽,替代企业自建的低效小锅炉[1]。住房和城乡建设部统计年鉴数据显示,2024 年中国企业热源结构中燃煤热电联产占 60.2%,燃气热电联产占 5.7%[11]。
规模较小的形式称为微型热电联产,装机多小于 5 千瓦电功率,安装在住宅或小型商业建筑内,属于分布式能源的一种[1]。此外,吸收式制冷机可利用 100~180 ℃ 的联产余热制取冷量,实现供电、供热与供冷同时进行[1]。
局限
联产的经济性依赖热负荷,热量必须就近消纳。热输送距离一长,就需要造价高、保温要求严的管道,总效率随之下降,而电能的输送距离可以远得多[1]。因此相关规划通常限定供热半径:以热水为介质的机组一般按 20 公里考虑,以蒸汽为介质的机组一般按 10 公里考虑。
“以热定电”的运行动则使发电出力受制于供热需求。背压机组的发电量完全取决于外供热量,热负荷低时汽轮机效率下降、经济效益变差[12]。在冬季用电高峰,机组若满供热能力运行则发电出力难以调节,若压低出力参与调峰则供热能力随之下降,电与热的矛盾在风电、光伏高比例接入的地区更为突出[13]。
传统热电机组的灵活调节范围多集中在 40%~70% 额定负荷,变负荷速率约每分钟 1%~1.5% 额定功率,难以完全匹配深度调峰需求[11]。可行的缓解手段包括加装储热罐、电锅炉以及采用吸收式热泵回收循环水余热,其中储热罐可在低电价时段蓄热、在高峰时段放热,使机组在较优热电比下运行[13]。不过储热罐容量有限,只能部分承担调峰任务[14]。
参见
参考资料
- [科普中国]-热电联产 - 版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们 [引用日期2026-10-29]
- 能源资讯园地 [引用日期2026-10-29]
- 热电分产 [引用日期2026-10-29]
- 热电联产 [引用日期2026-10-29]
- 中国储能网 -零碳园区与微电网 [引用日期2026-10-29]
- [科普中国]-热电联产循环 [引用日期2026-10-29]
- 关于鼓励发展小型热电联产和严格限制凝汽式小火电建设的若干规定---国家能源局 - 您当前位置:首页 > 正文 [引用日期2026-10-29]
- 2021年中国热电联产市场分析报告-行业规模现状与发展潜力评估-河南省电工行业协会[官网] [引用日期2026-10-29]
- 我国热电事业迎来拐点之年 政策支撑发展迅猛 [引用日期2026-10-29]
- 2020年中国热电市场现状及发展前景预测分析 [引用日期2026-10-29]
- 中国储能网 -国内新闻 - 新型电力系统下热电发展现状、痛点与破局路径 } [引用日期2026-10-29]
- 背压机组 [引用日期2026-10-29]
- 但在热电联产机组“以热定电”的运行模式下,尤其是在冬季用电高峰时期,电、热矛盾愈发凸显 [引用日期2026-10-29]
- ttbz.org.cn 上的 PDF 文件 [引用日期2026-10-29]