王永慶，張宏，蘇耕，強(qiáng)文，黃偉鋼，郭新偉

（1.陜西電力科學(xué)研究院，陜西西安 710054；2.陜西省電力公司，陜西西安 710048）

熱電聯(lián)產(chǎn)具有改善人民生活水平、合理利用和節(jié)約一次能源、減少污染物排放等優(yōu)點[1]。國家先后發(fā)布《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》、《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》等多項政策，旨在提高能源綜合利用水平，推動電力工業(yè)節(jié)能減排工作[2]。

近年來，我國熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展迅速，單機(jī)容量和在火力發(fā)電裝機(jī)中比重大幅度提高。300 MW、600 MW等級抽汽凝汽機(jī)組逐漸成為主要熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，對發(fā)電計劃、發(fā)電調(diào)度影響很大。

熱電廠建設(shè)熱網(wǎng)、發(fā)展用戶工作滯后，供熱負(fù)荷普遍偏低，多數(shù)機(jī)組達(dá)不到《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》的熱電比等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。部分小火電機(jī)組以熱電聯(lián)產(chǎn)的名義繼續(xù)發(fā)電，有悖于國家發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的精神。

國家政策要求按照“以熱定電”的原則安排熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電功率?！耙詿岫姟笔潜硥菏狡啓C(jī)的熱力特性，對于目前主流的抽汽凝汽式汽輪機(jī)，“以熱定電”理解差異很大，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)一直存在爭議，嚴(yán)重影響國家政策的有效落實。

1 政策分析

1.1 國家相關(guān)政策

國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、國家環(huán)保總局、建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》（急計基礎(chǔ)[2000]1268號）規(guī)定，“供熱式汽輪發(fā)電機(jī)組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)，應(yīng)符合下列指標(biāo)：1）總熱效率年平均大于45%。2）熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比：①單機(jī)容量在50 MW以下的熱電機(jī)組，其熱電比年平均應(yīng)大于100%；②單機(jī)容量在50 MW至200 MW以下的熱電機(jī)組，其熱電比年平均應(yīng)大于50%；③單機(jī)容量200 MW及以上抽汽凝汽兩用供熱機(jī)組，采暖期熱電比應(yīng)大于50%。”

國家發(fā)展改革委、國家環(huán)境保護(hù)總局、國家電力監(jiān)管委員會、國家能源領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室聯(lián)合制定的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》（國辦發(fā)[2007]53號）規(guī)定“燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組按照‘以熱定電’的原則安排發(fā)電負(fù)荷。超過供熱所需的發(fā)電負(fù)荷部分，按冷凝式機(jī)組安排?！?/p>

此外，《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法實施細(xì)則（試行）》（發(fā)改能源[2007]3523號）、《熱電聯(lián)產(chǎn)和煤矸石綜合利用發(fā)電項目建設(shè)管理暫行規(guī)定》（發(fā)改能源[2007]141號）以及《關(guān)于加快關(guān)停小火電機(jī)組若干意見》（國發(fā)[2007]2號）等文件和《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》規(guī)定相類似，均提出按照“以熱定電”的原則管理熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。

1.2 政策分析

《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》發(fā)布較早，主要從熱電聯(lián)產(chǎn)項目規(guī)劃、審批、定價等方面提出指導(dǎo)意見。技術(shù)層面對熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱能利用水平評價的核心指標(biāo)是熱電比。熱電比指熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組同時供熱量和發(fā)電量的比值。熱電比評價指標(biāo)的優(yōu)點在于這一指標(biāo)容易測量、計算，能粗略反映熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱能利用水平。熱電比指標(biāo)是按照當(dāng)時全國燃煤發(fā)電機(jī)組的平均發(fā)電煤耗為基準(zhǔn)，測算熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能的大致熱電比。顯然《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》中相關(guān)指標(biāo)在目前全國燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)電煤耗水平下已經(jīng)不能適用；熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能量除了與供熱量有關(guān)外，還與汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)以及供熱抽汽的參數(shù)有很大的關(guān)系，熱電比僅僅體現(xiàn)了供熱量，因此在指導(dǎo)發(fā)電組合方案制定時在科學(xué)性和公正性方面存在技術(shù)缺陷；《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》指導(dǎo)發(fā)電組合方案制定時，對于實際熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電比大于規(guī)定值的沒有進(jìn)一步鼓勵措施，對于實際熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電比小于規(guī)定值的，無法通過電量計劃手段限制（熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電功率和供熱負(fù)荷存在制約關(guān)系）。以熱電比為核心評價指標(biāo)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能發(fā)電組合存在上述問題，因此，從2007年以后發(fā)布的熱電聯(lián)產(chǎn)相關(guān)的國家政策中不再提及熱電比的相關(guān)規(guī)定[3]。

《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》以節(jié)能發(fā)電組合位序為核心，《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》以及同期發(fā)布的熱電聯(lián)產(chǎn)相關(guān)國家政策提出，通過“以熱定電”進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能評價、運(yùn)行考核?！耙詿岫姟睆淖置嫔虾芎玫靥岈F(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電組合方案的科學(xué)性和公正性。“以熱定電”是背壓式汽輪機(jī)供熱方式的概念，指背壓式汽輪機(jī)在某一供熱參數(shù)下，供熱負(fù)荷決定了發(fā)電功率。對于目前主流的抽汽式汽輪機(jī)供熱方式，“以熱定電”從技術(shù)角度沒有定義，各省區(qū)對抽汽式汽輪機(jī)“以熱定電”認(rèn)識存在很大的差異，給熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能發(fā)電組合工作的開展造成技術(shù)障礙。深入分析熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能理論和熱力特性，給予“以熱定電”有效的理論支持是開展熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能發(fā)電組合的前提和關(guān)鍵。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能原理

2.1 背壓式汽輪機(jī)節(jié)能原理

背壓式汽輪機(jī)簡化熱力系統(tǒng)如圖1所示，背壓式汽輪機(jī)熱能利用原理如圖2所示。主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功，除少量用于回?zé)嵯到y(tǒng)外，其他蒸汽做功后全部用于供熱。進(jìn)入系統(tǒng)的熱能全部被用于發(fā)電和供熱，是理想的熱電聯(lián)產(chǎn)方式。

圖1 背壓式汽輪機(jī)簡化熱力系統(tǒng)Fig.1 Simplified thermodynamic system diagram of the backpressure turbine

圖2 背壓式汽輪機(jī)熱能利用原理Fig.2 Thermal energy utilization principle of the backpressure turbine

2.2 抽汽式汽輪機(jī)節(jié)能原理

本文以一次抽汽式汽輪機(jī)為例，一次抽汽式汽輪機(jī)簡化熱力系統(tǒng)如圖3所示，一次抽汽式汽輪機(jī)熱能利用原理如圖4所示。能量轉(zhuǎn)化過程（不考慮回?zé)幔翰糠终羝M(jìn)入汽輪機(jī)做功后通過抽汽對外供熱，類似于背壓式汽輪機(jī)，發(fā)電稱熱化發(fā)電；其他蒸汽在汽輪機(jī)中做功后排入凝汽器，類似于凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電稱凝汽發(fā)電。抽汽式汽輪機(jī)的熱化發(fā)電和熱化供熱部分蒸汽的熱能被全部利用，熱化發(fā)電是一次抽汽式汽輪機(jī)的節(jié)能發(fā)電部分；凝汽發(fā)電部分與凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電相比沒有節(jié)能效果（實際節(jié)能效果低于凝汽式）[4-6]。

圖3 一次抽汽式汽輪機(jī)簡化熱力系統(tǒng)Fig.3 Simplified thermodynamic system diagram of the single extraction turbine

圖4 一次抽汽式汽輪機(jī)熱能利用原理Fig.4 Thermal energy utilization principle of the single extraction turbine

對于熱化發(fā)電部分蒸汽當(dāng)供熱參數(shù)降低時更多的熱能轉(zhuǎn)換為高品位能量（電能），從而減少凝汽發(fā)電的熱能損失?？梢?，熱電比不能全面反映抽汽式汽輪機(jī)節(jié)能效果，熱化發(fā)電是理想的節(jié)能評價指標(biāo)。

熱化發(fā)電是抽汽式汽輪機(jī)的節(jié)能發(fā)電，其節(jié)能原理和背壓式汽輪機(jī)一致，具有“以熱（熱化供熱）定電（熱化發(fā)電）”的特征。因此，對于抽汽式汽輪機(jī)的節(jié)能運(yùn)行方式下熱化發(fā)電為其“以熱定電”部分，凝汽發(fā)電為其非“以熱定電”部分。

3 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱力特性

3.1 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組工況圖

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組工況圖通過曲線表示熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的主蒸汽流量、發(fā)電功率、供熱流量、凝汽流量等之間的關(guān)系。利用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組工況圖可以直觀、簡便地確定熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的安全工作范圍[7-8]。

3.2 背壓式汽輪機(jī)熱力特性

背壓式汽輪機(jī)工況圖見圖5。在確定的供熱壓力下，主蒸汽流量和發(fā)電功率為一條確定的曲線，即所謂的“以熱定電”。背壓式汽輪機(jī)供熱-發(fā)電關(guān)系確定，不能參與調(diào)峰運(yùn)行。

圖5 背壓式汽輪機(jī)工況圖Fig.5 Working condition chart of the backpressure turbine

3.3 抽汽式汽輪機(jī)熱力特性

本文以一次抽汽式汽輪機(jī)為例，一次抽汽式汽輪機(jī)工況圖如圖6所示。最大高壓缸通流/鍋爐蒸發(fā)量工況線、最大功率工況線、最小凝汽流工況線、純凝汽工況線、最大低壓缸通流工況線確定了一次抽汽式汽輪機(jī)安全工作范圍[9-11]。

供熱抽汽量確定的情況下，一次抽汽式汽輪機(jī)蒸汽流量和發(fā)電功率的關(guān)系由等抽汽量工況線表示，即安全運(yùn)行工況下的“以熱定電”。一次抽汽式汽輪機(jī)工況圖是在給定供熱壓力下繪制的，實際運(yùn)行工況下，需要根據(jù)供熱壓力修正發(fā)電功率。

圖6 一次抽汽式汽輪機(jī)工況圖Fig.6 Working condition chart of single extraction turbine

4 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能發(fā)電組合方案

4.1 基本思想

發(fā)電長期組合——年度組合，發(fā)電中期組合——月度組合，發(fā)電短期組合——日組合。

背壓式汽輪機(jī)的發(fā)電功率完全取決于供熱負(fù)荷，而且全部發(fā)電符合節(jié)能要求，按照實際的供熱負(fù)荷曲線計算發(fā)電功率曲線。抽汽式汽輪機(jī)的發(fā)電功率受到供熱負(fù)荷的限制，最佳節(jié)能運(yùn)行方式（熱化發(fā)電+最小凝汽流發(fā)電）與汽輪機(jī)安全運(yùn)行方式（工況圖確定）不一致。熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能發(fā)電組合方案，中、長期組合以節(jié)能為目標(biāo)確定，短期組合以安全為目標(biāo)確定。對“以熱定電”發(fā)電量進(jìn)行鼓勵，對日組合累計發(fā)電量超出中長期組合發(fā)電量的進(jìn)行限制，保證發(fā)電機(jī)組安全前提下鼓勵增加熱化發(fā)電量。

4.2 熱電聯(lián)產(chǎn)年度、月度發(fā)電組合方案（發(fā)電計劃）

熱電廠預(yù)測各類供熱負(fù)荷和供熱參數(shù)，將年度、月度供熱負(fù)荷預(yù)測信息發(fā)布，作為制訂熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電量計劃的依據(jù)。

發(fā)電計劃部門根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組所承擔(dān)的熱化供熱量及供熱參數(shù)確定熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱化發(fā)電量。

抽汽式汽輪機(jī)的凝汽發(fā)電部分參與凝汽式汽輪機(jī)的發(fā)電組合。為保證抽汽式汽輪機(jī)的安全，優(yōu)先保證其最小凝汽發(fā)電量。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中長期組合發(fā)電量=熱化發(fā)電量+凝汽發(fā)電部分發(fā)電組合發(fā)電量。

4.3 熱電聯(lián)產(chǎn)日發(fā)電組合方案（發(fā)電調(diào)度）

熱電廠確定次日的各類供熱負(fù)荷和供熱參數(shù)，在當(dāng)日9:00前向電力調(diào)度部門發(fā)布，電力調(diào)度部門在16:00前向熱電廠發(fā)布次日的發(fā)電功率曲線。

最低發(fā)電功率：在給定供熱負(fù)荷、抽汽參數(shù)下可長期安全可靠運(yùn)行的最低發(fā)電功率，與抽汽流量、抽汽參數(shù)、汽輪機(jī)低壓缸最小通流量及鍋爐的最低穩(wěn)燃工況等有關(guān)；最高發(fā)電功率：在給定供熱負(fù)荷、抽汽參數(shù)下可長期安全可靠運(yùn)行的最高發(fā)電功率，與抽汽流量、抽汽參數(shù)、鍋爐最大蒸發(fā)量及汽輪機(jī)高壓缸的最大通流量等有關(guān)。

最低發(fā)電功率和最高發(fā)電功率經(jīng)抽汽壓力修正后確定發(fā)電功率和調(diào)峰運(yùn)行范圍。

4.4 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量分解方案（發(fā)電考核）

年度、月度按照實際供熱量和供熱參數(shù)計算熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱化發(fā)電量，同時根據(jù)熱化發(fā)電量給予一定比例的獎勵發(fā)電量，非“以熱定電”部分在凝汽發(fā)電機(jī)組中的中長期組合發(fā)電量為計劃內(nèi)凝汽發(fā)電量，年度實際發(fā)電量扣除熱化發(fā)電量、獎勵發(fā)電量和計劃內(nèi)凝汽發(fā)電量為計劃外發(fā)電量。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電量被人為分解為熱化發(fā)電量、獎勵發(fā)電量、計劃內(nèi)凝汽發(fā)電量、計劃外發(fā)電量4種發(fā)電成分，計劃、調(diào)度部門對不同的發(fā)電成分進(jìn)行不同的考核，例如差別電價等，鼓勵熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能發(fā)電量，限制其非節(jié)能超發(fā)電量。

5 結(jié)語

熱電聯(lián)產(chǎn)具有改善人民生活水平，合理利用和節(jié)約一次能源，減少污染物排放等優(yōu)點。發(fā)展和規(guī)范熱電聯(lián)產(chǎn)對落實國家節(jié)能和環(huán)保政策，促進(jìn)電力企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義。

開展熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能發(fā)電組合目的在于引導(dǎo)和鼓勵發(fā)電企業(yè)發(fā)展熱用戶，擴(kuò)大熱力管網(wǎng)建設(shè)，開展熱能利用水平技術(shù)改造，加快關(guān)停和限制小火電機(jī)組、城市供暖鍋爐、工礦企業(yè)熱電分產(chǎn)項目，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

本文闡述的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能發(fā)電組合是在兼顧節(jié)能運(yùn)行方式、安全運(yùn)行方式的前提下，按照“以熱定電”的原則制定熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的年度、月度、日發(fā)電組合發(fā)電量，實現(xiàn)電量計劃部門、發(fā)電調(diào)度部門對熱電廠科學(xué)、公平、有效的管理。

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