[科普中国]-热电站

简介基本释义

热电站，指的是供热和供电联合进行的电厂，专业上叫热电联供。热电站一般也是用煤发电。

举例刘白羽 《从富拉尔基到齐齐哈尔》：“他们将热电站的热水引进玻璃菜棚里，做成了比升煤火还温暖的暖房。”1

基本内容详细内容利用煤、石油和天然气等燃料发电的电厂叫火力发电厂，又发电又供热的火力发电厂叫做热电厂（也叫热电站）。热电厂能较充分地利用发电厂释放的废热，使燃料得到充分利用。

以燃用煤粉的发电厂为例，火力发电厂的生产过程是：把煤粉送到锅炉中燃烧。放出热量，加热锅炉中的水，产生具有一定温度和压强的蒸汽。这个过程是把燃料的化学能转化成蒸汽的内能。再将具有一定温度和压强的蒸汽送入汽轮机内，带动汽轮机转子旋转。这个过程是把蒸汽的内能转化成汽轮机的机械能。汽轮机带动同一轴上的发电机旋转而发出电来。这一过程是把机械能转化为电能。根据火力发电厂的生产过程，其生产系统主要包括汽水系统、燃烧系统及电气系统。在火力发电厂的生产过程中，进入汽轮机中的高压热蒸汽不断膨胀，流速增大，冲动汽轮机转子带动发电机发电。在膨胀过程中，蒸汽的压强和温度不断降低，最后排入冷凝器中。在冷凝器中，汽轮机排出的蒸汽被冷却水冷却，成为凝结水，凝结水经水泵升压后，重新打回锅炉中，构成一个闭合的热力循环系统。但其循环的热效率很低，一般很少超过40%，这就说明燃料所发出的热量中有60%损失掉了，而其中绝大部分是蒸汽在冷凝器中传递给冷却水的热量。一般冷却水吸热后温度要升高10℃左右。凝结1千克蒸汽，需要通过冷凝器的冷却水质量差不多是蒸汽质量的40～50倍。大量的冷却水，带走了大量的热量。但是由于水量庞大，水温较低，这部分热量很难利用，经常是把带走大量热量的冷却水送到河流或冷却水池中去，热量白白损失在大气中了。例如国产的中压2.5万千瓦机组，进入冷凝器的蒸汽量为86吨/小时，冷却水带走的热量约为1.9×10千焦/小时，相当于消耗标准煤6.4吨/小时。
如果能把这部分热量利用起来，就可以提高燃料利用率，发电厂的经济效益就能提高。我们知道某些工业需要利用低压蒸汽，如化工、印染、造纸、棉纺等工厂，而这些工厂常是自备锅炉供给蒸汽；又如厂矿、机关、学校等单位和家属区的供暖和生活用水也都要自备锅炉供给蒸汽和热水。如果利用电厂的蒸汽来解决它们的供热需要，就可以节省许多低压锅炉，无需添置设备和消耗燃料。节省大量的人力、物力。热电厂就是这样一种既供电又供热的发电厂。排汽压超过10帕（1大气压），排汽全部供给热用户使用的汽轮机叫做背压式汽轮机。以用背压式汽轮机供热的热电厂为例，它的供热过程是，由锅炉产生的蒸汽，进入汽轮机做功。排汽不经过冷凝器直接送到热用户使用，回收的凝结水经给水泵再送至锅炉。由于这种供热方式的热电厂不需冷凝汽及其附属设备，使得设备简单投资少。2

火电站与热电站1、火力发电厂，狭义的是指用煤发电的燃煤电厂，广义的还包括燃气（天然气）、燃油（柴油等）电厂和垃圾电厂等。一般指的火电厂，是指纯发电的电厂。

2、热电站，指的是供热和供电联合进行的电厂，专业上叫热电联供。热电站一般也是用煤发电。

3、燃煤电厂的流程
煤经碎煤机、磨煤机磨细后喷入锅炉燃烧，将已经预热的补给水在水冷壁中加热到饱和温度，并在过热器中加热到高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机带动汽轮机以3000r/min的速度旋转，汽轮机带动发电机一起旋转，发电机与励磁机配合发出电能供出。汽轮机做功后的乏汽在凝汽器中冷凝后重新经过加热器、省煤器预热进入锅炉循环。

4、供热电站流程
供热电站的流程与燃煤电厂流程大致相同，只是在汽轮机做功的过程中，从汽轮机的某一级抽出部分负荷供热要求的蒸汽直接或经过锅炉再热后供给各热用户（热用户是指使用热电站供汽的用户）。供热方式有直接供汽和供热水两种方式，根据热用户的要求而定。热电机组相对纯燃煤机组而言，其水的损失更大，因此补给水量比较大。

5、从经济性分析，同容量机组而言，供热机组的整体经济性比纯燃煤机组的好，但因热电站相对容量都比较小（国内最大的是300MW），与大容量机组（1000MW）相比较，经济性又差很多。

热电站的电网调度模型与并网效益分析太阳能光伏（ photovoltaic，PV）发电和光热（ concentrating solar power，CSP）发电是大容量太阳能发电的两种主要技术路线。其中，PV发电已经受到了广泛关注，在其建模、控制、优化调度以及对系统的影响等方面，已有较多成熟的研究成果。但随着技术的不断改进， CSP也逐渐进入了快速增长期， 至2009年4月，全球装机总容量已达1.2GW；预计2014年底将达到13.9GW。相比PV发电，CSP发电的研究还相对滞后。

在 CSP系统中，光能被聚集起来对特定的介质加热，介质传递热能，制造蒸汽驱动汽轮机组生产电力。菲涅尔反射镜、 抛物面槽和聚光塔等是常见的聚光手段。随着熔盐储能技术的成熟，储热系统已成为CSP系统的常见组成部分。相比电磁、化学以及机械等形式的储能，基于熔盐的储热同时兼具容量大、效率高和成本低等优势。且CSP系统因含有热交换环节而天然具备与TS结合的条件。配备了TS的CSP系统可在容量允许的范围内对 CSP进行平移，使其成为一种可调度资源。典型CSP电站的TSS可在无光照条件下支持电站约15h的满负荷发电，这使得CSP电站具有良好的调度特性。另外，CSP的热交换系统具有较好的可控性和调节能力，能支持汽轮机组进行快速出力调节，具有与燃气机组类似的爬坡能力，最快可以达 到每分钟调节20%的装机容量，远高于普通火电机组每分钟调节2%～5%的装机容量。

为了研究CSP电站的运行，有学者致力于研究其仿真技术，其中由美国NREL开发的System Advisor Model（SAM）软件中包含了非常详细的模型，可用于分析CSP电站的运行特性和经济性。也有研究对PV和CSP发电技术做了对比，结果表明，通常PV发电的土地利用率更高，而CSP发电在可调节性和环保性上具有优势，它们的发电效率优劣则与光照条件有关。还有研究把CSP电站和碳捕集电站做了比较。相关文献分析了CSP电站在特定光照条件和市场机制下的经济价值，结果表明，利用TS，CSP电站能通过制定合理的交易策略获取更高收益。文献则更具体地分析了CSP电站容量和价值的关系。文献中均建立了CSP电站的数学模型，但主要被用于分析CSP电站在给定价格曲线时的经济价值，未考虑爬坡、备用等因素，尚无法直接应用于含CSP电站的电网调度问题。总之，CSP电站本身的运行以及其收益—成本分析是研究的一个重点。CSP电站并网后，对电网调度运行的影响也值得关注。分析这些影响，并在此基础上研究面向改善系统运行的CSP电站调度模型和方法是必要的，有望进一步提高CSP的竞争力。3