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

• 背压机组 —— 排汽全部对外供热、按以热定电方式运行的热电联产主力机型。

• 汽轮机 —— 联产系统中把蒸汽热能转换为机械功、并向外抽出或排出供热蒸汽的核心设备。

• 集中供热 —— 热电联产热能的主要消纳形式，通过区域热网向成片用户输送热水或蒸汽。

• 冷源损失 —— 凝汽式电厂排入环境的低品位热量，热电联产正是要利用这部分热量。

• 分布式能源 —— 微型热电联产所处的技术类别，在用户附近就近生产与供应能源。

• 热电比 —— 供热量与供电量之比，用来衡量机组联产程度的高低。