摘 要: 近兩年來電力市場出現(xiàn)緩和，某些部門、地區(qū)為促銷電力 ，大力提倡電熱鍋爐供暖。有的城市為了環(huán)境問題，禁燒煤炭，提出“以電代煤”，“以氣 代煤”等措施。某些人甚至提出：“放棄過去蘇聯(lián)模式，大型熱電、大型熱網(wǎng)”，說是浪費 能 源、不經(jīng)濟，應采用電鍋爐、電熱泵、燃氣采暖等分散供熱，本文從中國實際出發(fā) 對上述論點進行了討論，提出了看法，供參考。
關鍵詞: 熱電聯(lián)產(chǎn)；集中供熱；CFB鍋爐；燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱
1 前言
熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱具有節(jié)約能源、改善環(huán)境質(zhì)量、緩解電力需 求、提高供熱質(zhì)量、減輕分散供熱鍋爐房工人的勞動強度和節(jié)約城建用地等優(yōu)點，這 些優(yōu)點已被越來越多的人所認識，并受到各級政府領導的重視。近期國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委 、原電力部、建設部和國家環(huán)保總局已將優(yōu)先發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱作為產(chǎn)業(yè)政策確定下 來，并下發(fā)了相關文件，以促進熱電事業(yè)的健康發(fā)展。
近二、三年來，由于國民經(jīng)濟結(jié)構調(diào)整和電力建設的加速 發(fā)展，電力供應緊張的局面趨于 緩和，部分地區(qū)出現(xiàn)了電力過剩，有的地區(qū)積極鼓勵發(fā)展電鍋爐取代熱電聯(lián)產(chǎn)供熱，有的為 了城 市環(huán)境質(zhì)量指責燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱污染環(huán)境，有的說城市供熱管網(wǎng)投資大、敷設困 難 、熱網(wǎng)損失大，反對熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，提出“以電代煤”，“以氣代煤”恢復分散供熱， 有的說“電熱泵供熱”，既方便、清潔又“節(jié)能”，“西氣東輸”，“西電東輸”用“電” ， 用“氣”分散供熱(空調(diào))不成問題。似乎21世紀熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱已沒有發(fā)展空間，熱電 聯(lián)產(chǎn)、集中供熱的形式究竟會有哪些變化，筆者提出個人意見，供同仁們討論。
2 潔凈煤燃燒的CFB鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱會有大的發(fā)展
我國是燃煤大國，近期能源結(jié)構以煤為主的狀況不可能改變。為了保護環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，必 須大力發(fā)展?jié)崈裘喝紵夹g，減少SO2、NOx和CO2等有害氣體和粉塵的排放。循環(huán) 流化 床鍋爐(簡稱CFB)正是潔凈煤燃燒技術目前最成熟的技術，我國發(fā)展很快，近十幾年來全國3 5t/h、75t/h直至220t/h等各式CFB鍋爐已先后生產(chǎn)，35t/h、75t/h已是成熟產(chǎn)品。為提高 我國電力工業(yè)及相關設備制造業(yè)的整體水平，推動電力工業(yè)結(jié)構調(diào)整、優(yōu)化，促進國民經(jīng)濟 可持 續(xù)發(fā)展，去年國家發(fā)展計劃委員會組織實施先進發(fā)電設備國產(chǎn)化工作中就有大型循環(huán)流化床 鍋爐(CFBC)，利用自主知識產(chǎn)權技術完成國產(chǎn)100MW等級循環(huán)流化床鍋爐及輔機系統(tǒng)的研制 ，并建設相應的示范工程；落實300MW循環(huán)流化床依托工程，引進關鍵技術消化吸收，完成3 00MW循環(huán)流化床鍋爐的國產(chǎn)化。
燃煤CFB鍋爐可配套3、6、12、25、50、100、200、300MW熱電機組，為更清潔的熱電聯(lián)產(chǎn)提 供了必要的保證，這種以蒸汽輪機為熱電聯(lián)產(chǎn)的主機是我國在21世紀上半業(yè)的主要型式。
3 以清潔燃料(油、氣)燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱將參與市場競爭
近幾十年燃氣輪機國外發(fā)展迅速，單機容量從小到大，最大達220～310MW，單機循環(huán)，效率 為30～39%，已與國內(nèi)亞臨界大型汽輪機電站效率36～38%相等或略高，特別是其燃機與汽機 所組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，最大功率可達420～480MW，循環(huán)效率可達55～58%，比同等功 率燃煤亞臨界機組效率高出20個百分點。如用燃機熱電聯(lián)產(chǎn)，其能源利用率可高達80～90% ，更加節(jié)能。另外，燃用油、氣燃料，對環(huán)境影響極少，是清潔熱電廠。還有單位投 資小，建設周期短，耗水量少，占地少，起停性能好等優(yōu)點，當我國“西氣東輸”后，燃機 聯(lián)合循環(huán)熱電廠必然會參與市場競爭。
4 熱電聯(lián)產(chǎn)機組應大、中、小并舉
熱電聯(lián)產(chǎn)建設的前提是“熱負荷”大小和特性。熱負荷大的地區(qū)，必然選用較大機組；熱負 荷小，相對選用小機組，所以熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)模應視熱負荷而定，結(jié)合實際大、中、小并舉。
從20世紀規(guī)模經(jīng)濟(工業(yè)經(jīng)濟)轉(zhuǎn)入到21世紀信息經(jīng)濟(知識經(jīng)濟)。企業(yè)的規(guī)模有所變化。 石油 化工、化纖、建材、造紙、紡織等行業(yè)的規(guī)模效益還會繼續(xù)存在，熱負荷需求大，因此，這 些行業(yè)的熱電聯(lián)產(chǎn)機組會比較大，而民用生活采暖空調(diào)和一些精細工業(yè)、食品工業(yè)，會相對 變小，熱負荷會少些，因此，熱電機組會小些。
小型的幾百幾千千瓦的供熱機組，其能源利用率也比600MW單發(fā)電火電機組高得多，所以， 熱電機組不能以大小來分優(yōu)劣。
5 有天然氣地區(qū)可上小型燃機熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)
我國長江以南地區(qū)，過去不設置采暖空調(diào)。其實，夏天高溫32℃～37℃的天數(shù)達一個多月， 冬天5℃～-2℃以下的天數(shù)也高達2個月，自改革開放以來，人民生活水平有很大提高，所以 長江以南特別是寧滬沿線城市，人民生活水平較高，多數(shù)采用了電力空調(diào)，夏季制冷采用電 壓縮制冷，冬天采用電壓縮熱泵采暖，也有燃氣采暖。這樣就容易出現(xiàn)夏季電負荷特高，冬 季特低。1998～1999年上海電網(wǎng)夏季空調(diào)負荷出現(xiàn)150萬kW～200萬kW的高峰，江蘇電網(wǎng)亦高 達 350萬kW的峰值。這個最高負荷只能維持2個月左右，使發(fā)電、輸電、配電設備能力不能獲得 充分利用，使電成本上升；相反，燃氣負荷就會出現(xiàn)夏季特低，冬季特高，燃氣生產(chǎn)能力、 燃氣管道同樣不能得到充分利用，同樣會使燃氣成本較高。
從能源合理利用而言，用燃氣經(jīng)過燃氣輪機解決電、熱、冷、功的需要，可以獲得能質(zhì)合理 匹配，能源多級利用，取得最大的能源利用率。這樣，將通常由電網(wǎng)供應電力、電力空調(diào)制 冷、制暖，電熱水器或燃氣熱水器供熱水，用燃氣鍋爐供采暖，改為小型燃氣輪機發(fā)電，燃 氣輪機尾氣供直燃機制冷，制熱水、供采暖，一套設備解決四個問題，在節(jié)約能源的同時節(jié) 約了投資。以天然氣為燃料對環(huán)境污染大大減輕，可保護環(huán)境生態(tài)。用天然氣來代煤、代油 、代人工煤氣，就可大大提高能源利用率，解決大中城市的環(huán)境污染問題。
這種符合能源多級利用，能質(zhì)匹配的小型分散動力，是符合當今知識經(jīng)濟信息時代的特征， 它不但能源利用率高，而且投資少，能抵遇自然災害(如地震、臺風)、大電網(wǎng)解列的困擾和 戰(zhàn)爭突發(fā)事變的大電網(wǎng)停電的危害。如近年臺灣大地震，小型自備熱電廠能及時發(fā)、供電、 供熱，大電網(wǎng)鐵塔倒塌，長達十幾天才恢復電力；“科索沃”戰(zhàn)爭大電網(wǎng)的解體值得借鑒。 所以“小型、分散”動力是21世紀新興企業(yè)，有逐步代替大型動力的趨勢。
6 采用電鍋爐供熱的商榷
近幾年由于電力市場供過于求，部分地區(qū)出現(xiàn)電力過剩的現(xiàn)象。某些地區(qū)部門為促銷電力積 極鼓吹電熱鍋爐取代熱電聯(lián)產(chǎn)供熱，且制定了優(yōu)惠政策，免征電力建設集資費，給予一次性 補貼，免交變壓器增容費，享受優(yōu)惠峰谷電價，免征全部供電工程貼費，甚至提供電纜安裝 免費等等，說是節(jié)約能源、安全、經(jīng)濟、方便、沒有污染。筆者認為這個觀點值得商榷。 {以下*代表}
從熱力學第一定律一次能源利用率來分析，電鍋爐采暖應等于電廠供電效率(全國平均30%) 乘變、輸、配電效率(約90%)乘電鍋爐效率(約98%)，差不多等于25%，而熱電聯(lián)產(chǎn)背壓機組 達80%左右，抽凝機組亦大于45%，若燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組則大于80%，所以電鍋爐供熱 只有熱電聯(lián)產(chǎn)一次能源利用率一半以下。若以熱力學第二定律——*分析，電鍋爐供熱采暖室溫30℃，熱 水平均溫度100℃，其供熱側(cè)*效率計算 如下：
一度電*值為3600kJ等于其焓值，
一度電可加熱從80℃至130℃水量約860÷50＝17.2kg；
0.1MPa，100℃熱水*值為：62kJ；
0.1MPa，30℃室溫*值為：6.5kJ；
*效率＝產(chǎn)出*/投入*＝(17.2×62)/360 0＝29.6%(供熱側(cè))
若從一次能源轉(zhuǎn)成電能*效率為25%計，則電 鍋爐采暖*效率為0.296×0.074＝7%，
用戶產(chǎn)出*效率 用戶側(cè)*效率＝(17.2×62)/3600＝3.1%
所以，用電采暖能質(zhì)不匹配，“大材小用”是嚴重浪費能源的，不宜無條件推廣。只有在特 定條件下：電網(wǎng)峰谷差很大，利用低谷電采用電鍋爐熱供暖，作為供熱的一項補充，但應經(jīng) 技術經(jīng)濟比較，確定經(jīng)濟時才能應用。
7 關于電熱泵供暖
熱泵的原理與實踐是和熱機幾乎同時提出的，由來已久，但大規(guī)模地用于供暖，則是最近二 、三十年才在某些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展起來。熱泵的原理與制冷機完全相同，只是使用的目的 和溫度不同，后者的作用是從有限空間中抽取熱量送到溫度較高的環(huán)境中，使有限空間中 變冷，前者是從環(huán)境中抽取熱量送到溫度較高的有限空間中，達到供暖的目的。
與制冷機相同，常用的熱泵分為吸收式熱泵和壓縮式熱泵兩大類。吸收式熱泵主要以熱量中 的*為代價來實現(xiàn)熱泵的功能，壓縮式熱泵 靠消耗電能或機械功把熱量從低溫抽向高溫。它是以少量的功(轉(zhuǎn)換為熱量)抽取環(huán)境熱量一 同供給熱用戶，熱泵的性能系數(shù)(COP)是投入的電能(或熱能)化成熱量與產(chǎn)出的熱量之比， 所以COP恒大于1，通常所得熱量的品位越低，COP越高。供暖熱是所需品位低，所以熱泵采 暖有其優(yōu)越性。
理論上熱泵采暖與熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)都有節(jié)能的特點，就是它們基本上按用戶需要的能質(zhì)要 求供應能量，符合“能質(zhì)匹配”的原則，熱泵是用戶處用電能(或其他較高位能)抽取環(huán)境的 熱量，配置符合用戶要求的一定能質(zhì)的采暖系統(tǒng)，而熱電聯(lián)產(chǎn)是汽輪機中作了部分功的含有 符合用戶要求的一定能質(zhì)的蒸汽供給用戶系統(tǒng)。
按用*分析觀點，電熱泵是以電能方式通過 輸電線來輸送*，顯然要優(yōu)越得多。它對熱 用戶 的地理位置和密度沒有多大的限制，即使遠離電廠，其不利影響也不顯著，對熱負荷的集中 性、穩(wěn)定性、均衡性要求都不太苛刻，電壓縮式熱泵通用性強，使用也方便，它是“以電取 熱”，代價是電能；而熱電聯(lián)產(chǎn)實際上也要花代價——抽出的蒸汽不能膨脹至低終 壓，從 而使發(fā)電量減少。可見在耗用電力這一點上，二者沒有原則區(qū)別。
熱泵供暖系統(tǒng)在理想上是誘人的COP大于1，但這種系統(tǒng)，從一次能源投入到用戶得到供暖熱 量，中間經(jīng)過的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)太多，而每一環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換都是熵產(chǎn)的根源，因而現(xiàn)實的熱 泵供暖系統(tǒng)的節(jié)能效果遠低于其理論值。從化石燃料一次能源到電能輸出其發(fā)電效率平均35 %，經(jīng)變、輸、配用戶端只有25%左右，再經(jīng)電壓縮熱泵的能量損失，有效電能變用的一次能 源效率只有24%，所以只有當熱泵性能系數(shù)(COP)等于1.875時，才能與熱電聯(lián)產(chǎn)全廠熱效率 等于45%相當。在現(xiàn)今的技術水平下，電熱泵采暖系統(tǒng)的大規(guī)模推廣不是無條件的，是要經(jīng) 技術經(jīng)濟分析比較，認定是經(jīng)濟時才能采用。
但電熱泵(或電制冷)在特定條件下，作為熱電聯(lián)產(chǎn)的采暖的一種補充是合理的，特別在熱負 荷分散，又不均衡，波動大，遠離電廠，環(huán)境要求特別高，不易敷設熱網(wǎng)管道的城市，利用 電負荷低谷電做熱泵蓄熱，蓄熱制冷是十分有利的節(jié)能和“削峰填谷”的一種措施。
8 其他清潔能源利用供暖
8.1 太陽能采暖(制冷)
太陽能是清潔能源，取之不盡，用之不竭，目前太陽能熱水器較普遍使用，多是安裝在屋頂 上 利用太陽能直接照射加熱利用，大部分用于生活用熱、洗澡、洗滌用熱，用于采暖較少。最 近，媒體報導了“太陽能貯熱器”與“太陽能冰箱”的發(fā)明。美國發(fā)明一種新的貯熱器，將 相變六水化合物氯化鈣封裝在一根高分子量、高密度的聚乙烯管中，利用相變吸熱過程供房 間取暖。該管長1820mm，內(nèi)徑為85mm。其貯熱能力每根管為2600kJ。裝配足夠根數(shù)的氯化 鈣管體積較小的貯熱器，就能供中等大小房間的取暖。太陽能制冷，利用沸石吸附——解吸 原理制成太陽能冰箱。這種冰箱的制冷效果極好，很經(jīng)濟，不需電能，不需任何傳動部件， 可運轉(zhuǎn)20多年無需維修。這種冰箱，頂部裝有一塊捕集板，內(nèi)裝沸石，當捕集板受太陽照射 發(fā) 熱時，板內(nèi)沸石釋放出水蒸汽，水蒸汽進入貯水罐冷凝成水。入夜，捕集板變冷，沸石吸附 水中之熱，罐中水結(jié)冰。如此循環(huán)不已，使冰箱溫度降至-15℃以下，即使連續(xù)三天不經(jīng)太 陽照射，這一循環(huán)也不會停止。
相信，21世紀利用清潔太陽能采暖空調(diào)必然也會逐步增多，但前半世紀，仍是一種“供熱制 冷”的一種補充，2050年以后，估計會參與市場競爭。
太陽能直接發(fā)電——太陽能光電池(PV)，是利用太陽能另一發(fā)展方向，1997年全球太陽能電 池已生產(chǎn)125MW，2000年將達到200MW，美國生產(chǎn)銷售的太陽能光電池占世界PV產(chǎn)量44%。日 本24%，歐洲21%，其它地區(qū)11%。多用于衛(wèi)星通訊，導航設備和遠離電網(wǎng)無電地區(qū)，汽車、 游艇、別墅等。
8.2 利用地熱采暖空調(diào)
凡是有地熱資源的地區(qū)，可以利用地熱用來采暖空調(diào)的補充。如有溫泉的地區(qū)，可以直接利 用生活用熱；如地下深處沙岸層構造(像海棉狀)多孔處會有大量熱水，某些地區(qū)水溫高達98 ℃ 。這種沙巖層構造往往又被一種泥質(zhì)脈巖包裹著，其密封性像熱水瓶膽一樣阻止了熱水外流 。就可利用“雙井抽、注水交換循環(huán)”的地熱利用技術，將地熱用于供熱。它是向地下打兩 眼 井直通地熱層，用提升泵從一個水井中抽取熱水，并用它將交換器中的水加熱，送熱用戶。 然后再將已經(jīng)降溫的地熱水通過另一個水井注回地熱層，這些水又得到了加熱，如此循環(huán)不 已，理論上不存在地熱枯竭問題。而且地熱水是經(jīng)過一個純封閉的交換器系統(tǒng)，將生活用水 加熱，水質(zhì)可以保證。
同一原理，這項技術也可以用在熱帶地區(qū)開發(fā)淺層冷水作為夏季的空調(diào)冷源。我國夏季利用 地下水作為制冷用水，某些地區(qū)也有利用。
8.3 燃料電池將用于家庭用電和采暖空調(diào)
據(jù)外刊報導，專家預測，燃料電池將在21世紀能源領域內(nèi)獨領風騷，引發(fā)家用能源一場革命 。美Plug Power公司提供的家用燃料電池設備，使美國一些家庭的電視機、電冰箱、空調(diào)、 照明等家用電器的用電甚至采暖都迎刃而解。該公司稱，2001年，他們將向市場全面推出家 用燃 料電池，其功率為7kW，可解決200m2住宅的用電和采暖問題。家用燃料電池的推出，將使 集中大電站如核電、大型火電、燃機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電面臨挑戰(zhàn)，分散、安全、清潔的小型動力 將逐步占領電力市場。
法國電力公司和煤氣公司也在加緊開發(fā)燃料電池。最近首次在塞納河畔的歇爾小區(qū)安裝了一 個中等規(guī)模的燃料電池，可解決200戶居民用電問題。據(jù)有關統(tǒng)計表明，全世界有180個燃料 電池發(fā)電設備在運行，其中100個在日本，60個在美國，20個在歐洲，歐洲的燃料電池發(fā)電 設備大都集中在德國。
燃料電池的用途十分廣泛，它不僅能解決住宅和建筑物的用電問題，而且可為轎車、公交車 、飛機、便攜式計算機和移動電話提供電源。
8.4 其它
8.4.1 垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)
為使城市生活垃圾“無害化、減量化和資源化”，國外工業(yè)發(fā)達國家早已有垃圾焚燒技術， 其 產(chǎn)生的熱能用于熱電聯(lián)產(chǎn)，供生產(chǎn)、生活使用，既有利于環(huán)境保護，又可獲得較好的經(jīng)濟效 益。我國南方沿海城市，也開始使用，如深圳、珠海等城市，利用垃圾焚燒發(fā)電供熱，已被 越來越多的城市所采用。
8.4.2 核能供熱
核能是一種清潔、有廣泛應用前景的新能源。過去多用于發(fā)電，近幾年已逐步應用供熱，它 熱值比煤高270萬倍。
由于供熱蒸汽參數(shù)低，其安全性大大提高，可靠近城市和熱用戶建設以節(jié)約投資，一般僅為 動力堆的1/10，其經(jīng)濟性可與燃氣、燃油供熱站相比美。清華大學核能所開發(fā)的5MW試驗性 供熱堆已于1989年12月正式投入運行，沈陽2×200MW核能供熱機組已完成可行性研究報告， 核能供熱正在走進百姓家。
8.4.3 農(nóng)村秸桿、木材工業(yè)廢棄物料用于熱電聯(lián)產(chǎn)
農(nóng)村秸桿、木材工業(yè)廢棄料，可用于熱電聯(lián)產(chǎn)，這些可燃廢棄材料，均可用于燃燒發(fā)電供熱 ，據(jù)統(tǒng)計我國秸桿等農(nóng)村廢棄物的資源量年達3.1億噸標煤，資源為1.3億噸標煤，可資利用 。
9 結(jié)束語
21世紀初到2050年，我國城市采暖、空調(diào)、生活用熱所采用的供熱技術設備，必然是走 多元化，但潔凈煤CFB鍋爐汽輪機組熱電聯(lián)產(chǎn)和天然氣燃機聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)，集中供熱仍 是主要設施，也就是說，在三北地區(qū)熱負荷較大、集中的地區(qū)，城市仍以水熱網(wǎng)供暖為主， 這是主流。
天然氣小型燃機熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)整能系統(tǒng)的分散供暖的趨勢，隨著時間的推移會逐漸增多 ，甚至與大型集中熱電聯(lián)產(chǎn)相抗衡。
熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，隨熱負荷大小，性質(zhì)，其規(guī)模應合理，結(jié)合熱負荷實際、機組優(yōu)選，宜 大則大，宜小則小。也就是說熱電規(guī)模大、中、小并舉，視熱負荷和技術經(jīng)濟決定。
對電熱鍋爐采暖應有正確認識，近兩年來，由于電力市場出現(xiàn)緩和，部分地區(qū)出現(xiàn)過剩現(xiàn)象 。有的地區(qū)為促銷電力大力提倡發(fā)展電熱鍋爐取代熱電聯(lián)產(chǎn)，這些措施都是片面的。如按 熱力學第一定律分析，電鍋爐的一次能源利用率不到25%，只有汽機熱電聯(lián)產(chǎn)的一半 。若以熱力學第二定律*分析，其一次 能源*效率不到8%。用電能采暖能質(zhì)不匹配 ，浪費能源，不宜無條件鼓吹扶持發(fā)展。只有在峰谷差很大地區(qū)，利用低谷蓄熱供暖，蓄熱 制冷的特定條件下，并經(jīng)技術經(jīng)濟比較，確定經(jīng)濟時才能應用。
用電熱泵采暖(空調(diào))，只有熱泵性能系數(shù)大于1.875時，才能與熱電聯(lián)產(chǎn)全廠熱效率45%相當 ，所 以隨著熱泵技術的發(fā)展它會在特定條件下，為利用低谷電，電價低廉地區(qū)(如西南水電多的 省份)，會作為采暖空調(diào)用熱的補充。
至于其他清潔能源利用采暖，太陽能會逐步用來生活用熱，太陽光電池會使用在遠離電網(wǎng)的 地區(qū)和特殊用電的場所，若有地熱地區(qū)， 可利用地下熱供熱，我國已開始利用，燃料電池已逐步進入家庭，為分散供能提供了條件， 相信今后將會與大型動力相競爭。
總之，21世紀供熱系統(tǒng)，會走向多元化，但上半世紀仍以大型CFB燃煤和燃氣聯(lián)合 循環(huán)熱電廠為主，其他競相發(fā)展。
關鍵詞: 熱電聯(lián)產(chǎn)；集中供熱；CFB鍋爐；燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱
1 前言
熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱具有節(jié)約能源、改善環(huán)境質(zhì)量、緩解電力需 求、提高供熱質(zhì)量、減輕分散供熱鍋爐房工人的勞動強度和節(jié)約城建用地等優(yōu)點，這 些優(yōu)點已被越來越多的人所認識，并受到各級政府領導的重視。近期國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委 、原電力部、建設部和國家環(huán)保總局已將優(yōu)先發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱作為產(chǎn)業(yè)政策確定下 來，并下發(fā)了相關文件，以促進熱電事業(yè)的健康發(fā)展。
近二、三年來，由于國民經(jīng)濟結(jié)構調(diào)整和電力建設的加速 發(fā)展，電力供應緊張的局面趨于 緩和，部分地區(qū)出現(xiàn)了電力過剩，有的地區(qū)積極鼓勵發(fā)展電鍋爐取代熱電聯(lián)產(chǎn)供熱，有的為 了城 市環(huán)境質(zhì)量指責燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱污染環(huán)境，有的說城市供熱管網(wǎng)投資大、敷設困 難 、熱網(wǎng)損失大，反對熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，提出“以電代煤”，“以氣代煤”恢復分散供熱， 有的說“電熱泵供熱”，既方便、清潔又“節(jié)能”，“西氣東輸”，“西電東輸”用“電” ， 用“氣”分散供熱(空調(diào))不成問題。似乎21世紀熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱已沒有發(fā)展空間，熱電 聯(lián)產(chǎn)、集中供熱的形式究竟會有哪些變化，筆者提出個人意見，供同仁們討論。
2 潔凈煤燃燒的CFB鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱會有大的發(fā)展
我國是燃煤大國，近期能源結(jié)構以煤為主的狀況不可能改變。為了保護環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，必 須大力發(fā)展?jié)崈裘喝紵夹g，減少SO2、NOx和CO2等有害氣體和粉塵的排放。循環(huán) 流化 床鍋爐(簡稱CFB)正是潔凈煤燃燒技術目前最成熟的技術，我國發(fā)展很快，近十幾年來全國3 5t/h、75t/h直至220t/h等各式CFB鍋爐已先后生產(chǎn)，35t/h、75t/h已是成熟產(chǎn)品。為提高 我國電力工業(yè)及相關設備制造業(yè)的整體水平，推動電力工業(yè)結(jié)構調(diào)整、優(yōu)化，促進國民經(jīng)濟 可持 續(xù)發(fā)展，去年國家發(fā)展計劃委員會組織實施先進發(fā)電設備國產(chǎn)化工作中就有大型循環(huán)流化床 鍋爐(CFBC)，利用自主知識產(chǎn)權技術完成國產(chǎn)100MW等級循環(huán)流化床鍋爐及輔機系統(tǒng)的研制 ，并建設相應的示范工程；落實300MW循環(huán)流化床依托工程，引進關鍵技術消化吸收，完成3 00MW循環(huán)流化床鍋爐的國產(chǎn)化。
燃煤CFB鍋爐可配套3、6、12、25、50、100、200、300MW熱電機組，為更清潔的熱電聯(lián)產(chǎn)提 供了必要的保證，這種以蒸汽輪機為熱電聯(lián)產(chǎn)的主機是我國在21世紀上半業(yè)的主要型式。
3 以清潔燃料(油、氣)燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱將參與市場競爭
近幾十年燃氣輪機國外發(fā)展迅速，單機容量從小到大，最大達220～310MW，單機循環(huán)，效率 為30～39%，已與國內(nèi)亞臨界大型汽輪機電站效率36～38%相等或略高，特別是其燃機與汽機 所組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，最大功率可達420～480MW，循環(huán)效率可達55～58%，比同等功 率燃煤亞臨界機組效率高出20個百分點。如用燃機熱電聯(lián)產(chǎn)，其能源利用率可高達80～90% ，更加節(jié)能。另外，燃用油、氣燃料，對環(huán)境影響極少，是清潔熱電廠。還有單位投 資小，建設周期短，耗水量少，占地少，起停性能好等優(yōu)點，當我國“西氣東輸”后，燃機 聯(lián)合循環(huán)熱電廠必然會參與市場競爭。
4 熱電聯(lián)產(chǎn)機組應大、中、小并舉
熱電聯(lián)產(chǎn)建設的前提是“熱負荷”大小和特性。熱負荷大的地區(qū)，必然選用較大機組；熱負 荷小，相對選用小機組，所以熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)模應視熱負荷而定，結(jié)合實際大、中、小并舉。
從20世紀規(guī)模經(jīng)濟(工業(yè)經(jīng)濟)轉(zhuǎn)入到21世紀信息經(jīng)濟(知識經(jīng)濟)。企業(yè)的規(guī)模有所變化。 石油 化工、化纖、建材、造紙、紡織等行業(yè)的規(guī)模效益還會繼續(xù)存在，熱負荷需求大，因此，這 些行業(yè)的熱電聯(lián)產(chǎn)機組會比較大，而民用生活采暖空調(diào)和一些精細工業(yè)、食品工業(yè)，會相對 變小，熱負荷會少些，因此，熱電機組會小些。
小型的幾百幾千千瓦的供熱機組，其能源利用率也比600MW單發(fā)電火電機組高得多，所以， 熱電機組不能以大小來分優(yōu)劣。
5 有天然氣地區(qū)可上小型燃機熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)
我國長江以南地區(qū)，過去不設置采暖空調(diào)。其實，夏天高溫32℃～37℃的天數(shù)達一個多月， 冬天5℃～-2℃以下的天數(shù)也高達2個月，自改革開放以來，人民生活水平有很大提高，所以 長江以南特別是寧滬沿線城市，人民生活水平較高，多數(shù)采用了電力空調(diào)，夏季制冷采用電 壓縮制冷，冬天采用電壓縮熱泵采暖，也有燃氣采暖。這樣就容易出現(xiàn)夏季電負荷特高，冬 季特低。1998～1999年上海電網(wǎng)夏季空調(diào)負荷出現(xiàn)150萬kW～200萬kW的高峰，江蘇電網(wǎng)亦高 達 350萬kW的峰值。這個最高負荷只能維持2個月左右，使發(fā)電、輸電、配電設備能力不能獲得 充分利用，使電成本上升；相反，燃氣負荷就會出現(xiàn)夏季特低，冬季特高，燃氣生產(chǎn)能力、 燃氣管道同樣不能得到充分利用，同樣會使燃氣成本較高。
從能源合理利用而言，用燃氣經(jīng)過燃氣輪機解決電、熱、冷、功的需要，可以獲得能質(zhì)合理 匹配，能源多級利用，取得最大的能源利用率。這樣，將通常由電網(wǎng)供應電力、電力空調(diào)制 冷、制暖，電熱水器或燃氣熱水器供熱水，用燃氣鍋爐供采暖，改為小型燃氣輪機發(fā)電，燃 氣輪機尾氣供直燃機制冷，制熱水、供采暖，一套設備解決四個問題，在節(jié)約能源的同時節(jié) 約了投資。以天然氣為燃料對環(huán)境污染大大減輕，可保護環(huán)境生態(tài)。用天然氣來代煤、代油 、代人工煤氣，就可大大提高能源利用率，解決大中城市的環(huán)境污染問題。
這種符合能源多級利用，能質(zhì)匹配的小型分散動力，是符合當今知識經(jīng)濟信息時代的特征， 它不但能源利用率高，而且投資少，能抵遇自然災害(如地震、臺風)、大電網(wǎng)解列的困擾和 戰(zhàn)爭突發(fā)事變的大電網(wǎng)停電的危害。如近年臺灣大地震，小型自備熱電廠能及時發(fā)、供電、 供熱，大電網(wǎng)鐵塔倒塌，長達十幾天才恢復電力；“科索沃”戰(zhàn)爭大電網(wǎng)的解體值得借鑒。 所以“小型、分散”動力是21世紀新興企業(yè)，有逐步代替大型動力的趨勢。
6 采用電鍋爐供熱的商榷
近幾年由于電力市場供過于求，部分地區(qū)出現(xiàn)電力過剩的現(xiàn)象。某些地區(qū)部門為促銷電力積 極鼓吹電熱鍋爐取代熱電聯(lián)產(chǎn)供熱，且制定了優(yōu)惠政策，免征電力建設集資費，給予一次性 補貼，免交變壓器增容費，享受優(yōu)惠峰谷電價，免征全部供電工程貼費，甚至提供電纜安裝 免費等等，說是節(jié)約能源、安全、經(jīng)濟、方便、沒有污染。筆者認為這個觀點值得商榷。 {以下*代表}
從熱力學第一定律一次能源利用率來分析，電鍋爐采暖應等于電廠供電效率(全國平均30%) 乘變、輸、配電效率(約90%)乘電鍋爐效率(約98%)，差不多等于25%，而熱電聯(lián)產(chǎn)背壓機組 達80%左右，抽凝機組亦大于45%，若燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組則大于80%，所以電鍋爐供熱 只有熱電聯(lián)產(chǎn)一次能源利用率一半以下。若以熱力學第二定律——*分析，電鍋爐供熱采暖室溫30℃，熱 水平均溫度100℃，其供熱側(cè)*效率計算 如下：
一度電*值為3600kJ等于其焓值，
一度電可加熱從80℃至130℃水量約860÷50＝17.2kg；
0.1MPa，100℃熱水*值為：62kJ；
0.1MPa，30℃室溫*值為：6.5kJ；
*效率＝產(chǎn)出*/投入*＝(17.2×62)/360 0＝29.6%(供熱側(cè))
若從一次能源轉(zhuǎn)成電能*效率為25%計，則電 鍋爐采暖*效率為0.296×0.074＝7%，
用戶產(chǎn)出*效率 用戶側(cè)*效率＝(17.2×62)/3600＝3.1%
所以，用電采暖能質(zhì)不匹配，“大材小用”是嚴重浪費能源的，不宜無條件推廣。只有在特 定條件下：電網(wǎng)峰谷差很大，利用低谷電采用電鍋爐熱供暖，作為供熱的一項補充，但應經(jīng) 技術經(jīng)濟比較，確定經(jīng)濟時才能應用。
7 關于電熱泵供暖
熱泵的原理與實踐是和熱機幾乎同時提出的，由來已久，但大規(guī)模地用于供暖，則是最近二 、三十年才在某些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展起來。熱泵的原理與制冷機完全相同，只是使用的目的 和溫度不同，后者的作用是從有限空間中抽取熱量送到溫度較高的環(huán)境中，使有限空間中 變冷，前者是從環(huán)境中抽取熱量送到溫度較高的有限空間中，達到供暖的目的。
與制冷機相同，常用的熱泵分為吸收式熱泵和壓縮式熱泵兩大類。吸收式熱泵主要以熱量中 的*為代價來實現(xiàn)熱泵的功能，壓縮式熱泵 靠消耗電能或機械功把熱量從低溫抽向高溫。它是以少量的功(轉(zhuǎn)換為熱量)抽取環(huán)境熱量一 同供給熱用戶，熱泵的性能系數(shù)(COP)是投入的電能(或熱能)化成熱量與產(chǎn)出的熱量之比， 所以COP恒大于1，通常所得熱量的品位越低，COP越高。供暖熱是所需品位低，所以熱泵采 暖有其優(yōu)越性。
理論上熱泵采暖與熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)都有節(jié)能的特點，就是它們基本上按用戶需要的能質(zhì)要 求供應能量，符合“能質(zhì)匹配”的原則，熱泵是用戶處用電能(或其他較高位能)抽取環(huán)境的 熱量，配置符合用戶要求的一定能質(zhì)的采暖系統(tǒng)，而熱電聯(lián)產(chǎn)是汽輪機中作了部分功的含有 符合用戶要求的一定能質(zhì)的蒸汽供給用戶系統(tǒng)。
按用*分析觀點，電熱泵是以電能方式通過 輸電線來輸送*，顯然要優(yōu)越得多。它對熱 用戶 的地理位置和密度沒有多大的限制，即使遠離電廠，其不利影響也不顯著，對熱負荷的集中 性、穩(wěn)定性、均衡性要求都不太苛刻，電壓縮式熱泵通用性強，使用也方便，它是“以電取 熱”，代價是電能；而熱電聯(lián)產(chǎn)實際上也要花代價——抽出的蒸汽不能膨脹至低終 壓，從 而使發(fā)電量減少。可見在耗用電力這一點上，二者沒有原則區(qū)別。
熱泵供暖系統(tǒng)在理想上是誘人的COP大于1，但這種系統(tǒng)，從一次能源投入到用戶得到供暖熱 量，中間經(jīng)過的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)太多，而每一環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換都是熵產(chǎn)的根源，因而現(xiàn)實的熱 泵供暖系統(tǒng)的節(jié)能效果遠低于其理論值。從化石燃料一次能源到電能輸出其發(fā)電效率平均35 %，經(jīng)變、輸、配用戶端只有25%左右，再經(jīng)電壓縮熱泵的能量損失，有效電能變用的一次能 源效率只有24%，所以只有當熱泵性能系數(shù)(COP)等于1.875時，才能與熱電聯(lián)產(chǎn)全廠熱效率 等于45%相當。在現(xiàn)今的技術水平下，電熱泵采暖系統(tǒng)的大規(guī)模推廣不是無條件的，是要經(jīng) 技術經(jīng)濟分析比較，認定是經(jīng)濟時才能采用。
但電熱泵(或電制冷)在特定條件下，作為熱電聯(lián)產(chǎn)的采暖的一種補充是合理的，特別在熱負 荷分散，又不均衡，波動大，遠離電廠，環(huán)境要求特別高，不易敷設熱網(wǎng)管道的城市，利用 電負荷低谷電做熱泵蓄熱，蓄熱制冷是十分有利的節(jié)能和“削峰填谷”的一種措施。
8 其他清潔能源利用供暖
8.1 太陽能采暖(制冷)
太陽能是清潔能源，取之不盡，用之不竭，目前太陽能熱水器較普遍使用，多是安裝在屋頂 上 利用太陽能直接照射加熱利用，大部分用于生活用熱、洗澡、洗滌用熱，用于采暖較少。最 近，媒體報導了“太陽能貯熱器”與“太陽能冰箱”的發(fā)明。美國發(fā)明一種新的貯熱器，將 相變六水化合物氯化鈣封裝在一根高分子量、高密度的聚乙烯管中，利用相變吸熱過程供房 間取暖。該管長1820mm，內(nèi)徑為85mm。其貯熱能力每根管為2600kJ。裝配足夠根數(shù)的氯化 鈣管體積較小的貯熱器，就能供中等大小房間的取暖。太陽能制冷，利用沸石吸附——解吸 原理制成太陽能冰箱。這種冰箱的制冷效果極好，很經(jīng)濟，不需電能，不需任何傳動部件， 可運轉(zhuǎn)20多年無需維修。這種冰箱，頂部裝有一塊捕集板，內(nèi)裝沸石，當捕集板受太陽照射 發(fā) 熱時，板內(nèi)沸石釋放出水蒸汽，水蒸汽進入貯水罐冷凝成水。入夜，捕集板變冷，沸石吸附 水中之熱，罐中水結(jié)冰。如此循環(huán)不已，使冰箱溫度降至-15℃以下，即使連續(xù)三天不經(jīng)太 陽照射，這一循環(huán)也不會停止。
相信，21世紀利用清潔太陽能采暖空調(diào)必然也會逐步增多，但前半世紀，仍是一種“供熱制 冷”的一種補充，2050年以后，估計會參與市場競爭。
太陽能直接發(fā)電——太陽能光電池(PV)，是利用太陽能另一發(fā)展方向，1997年全球太陽能電 池已生產(chǎn)125MW，2000年將達到200MW，美國生產(chǎn)銷售的太陽能光電池占世界PV產(chǎn)量44%。日 本24%，歐洲21%，其它地區(qū)11%。多用于衛(wèi)星通訊，導航設備和遠離電網(wǎng)無電地區(qū)，汽車、 游艇、別墅等。
8.2 利用地熱采暖空調(diào)
凡是有地熱資源的地區(qū)，可以利用地熱用來采暖空調(diào)的補充。如有溫泉的地區(qū)，可以直接利 用生活用熱；如地下深處沙岸層構造(像海棉狀)多孔處會有大量熱水，某些地區(qū)水溫高達98 ℃ 。這種沙巖層構造往往又被一種泥質(zhì)脈巖包裹著，其密封性像熱水瓶膽一樣阻止了熱水外流 。就可利用“雙井抽、注水交換循環(huán)”的地熱利用技術，將地熱用于供熱。它是向地下打兩 眼 井直通地熱層，用提升泵從一個水井中抽取熱水，并用它將交換器中的水加熱，送熱用戶。 然后再將已經(jīng)降溫的地熱水通過另一個水井注回地熱層，這些水又得到了加熱，如此循環(huán)不 已，理論上不存在地熱枯竭問題。而且地熱水是經(jīng)過一個純封閉的交換器系統(tǒng)，將生活用水 加熱，水質(zhì)可以保證。
同一原理，這項技術也可以用在熱帶地區(qū)開發(fā)淺層冷水作為夏季的空調(diào)冷源。我國夏季利用 地下水作為制冷用水，某些地區(qū)也有利用。
8.3 燃料電池將用于家庭用電和采暖空調(diào)
據(jù)外刊報導，專家預測，燃料電池將在21世紀能源領域內(nèi)獨領風騷，引發(fā)家用能源一場革命 。美Plug Power公司提供的家用燃料電池設備，使美國一些家庭的電視機、電冰箱、空調(diào)、 照明等家用電器的用電甚至采暖都迎刃而解。該公司稱，2001年，他們將向市場全面推出家 用燃 料電池，其功率為7kW，可解決200m2住宅的用電和采暖問題。家用燃料電池的推出，將使 集中大電站如核電、大型火電、燃機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電面臨挑戰(zhàn)，分散、安全、清潔的小型動力 將逐步占領電力市場。
法國電力公司和煤氣公司也在加緊開發(fā)燃料電池。最近首次在塞納河畔的歇爾小區(qū)安裝了一 個中等規(guī)模的燃料電池，可解決200戶居民用電問題。據(jù)有關統(tǒng)計表明，全世界有180個燃料 電池發(fā)電設備在運行，其中100個在日本，60個在美國，20個在歐洲，歐洲的燃料電池發(fā)電 設備大都集中在德國。
燃料電池的用途十分廣泛，它不僅能解決住宅和建筑物的用電問題，而且可為轎車、公交車 、飛機、便攜式計算機和移動電話提供電源。
8.4 其它
8.4.1 垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)
為使城市生活垃圾“無害化、減量化和資源化”，國外工業(yè)發(fā)達國家早已有垃圾焚燒技術， 其 產(chǎn)生的熱能用于熱電聯(lián)產(chǎn)，供生產(chǎn)、生活使用，既有利于環(huán)境保護，又可獲得較好的經(jīng)濟效 益。我國南方沿海城市，也開始使用，如深圳、珠海等城市，利用垃圾焚燒發(fā)電供熱，已被 越來越多的城市所采用。
8.4.2 核能供熱
核能是一種清潔、有廣泛應用前景的新能源。過去多用于發(fā)電，近幾年已逐步應用供熱，它 熱值比煤高270萬倍。
由于供熱蒸汽參數(shù)低，其安全性大大提高，可靠近城市和熱用戶建設以節(jié)約投資，一般僅為 動力堆的1/10，其經(jīng)濟性可與燃氣、燃油供熱站相比美。清華大學核能所開發(fā)的5MW試驗性 供熱堆已于1989年12月正式投入運行，沈陽2×200MW核能供熱機組已完成可行性研究報告， 核能供熱正在走進百姓家。
8.4.3 農(nóng)村秸桿、木材工業(yè)廢棄物料用于熱電聯(lián)產(chǎn)
農(nóng)村秸桿、木材工業(yè)廢棄料，可用于熱電聯(lián)產(chǎn)，這些可燃廢棄材料，均可用于燃燒發(fā)電供熱 ，據(jù)統(tǒng)計我國秸桿等農(nóng)村廢棄物的資源量年達3.1億噸標煤，資源為1.3億噸標煤，可資利用 。
9 結(jié)束語
21世紀初到2050年，我國城市采暖、空調(diào)、生活用熱所采用的供熱技術設備，必然是走 多元化，但潔凈煤CFB鍋爐汽輪機組熱電聯(lián)產(chǎn)和天然氣燃機聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)，集中供熱仍 是主要設施，也就是說，在三北地區(qū)熱負荷較大、集中的地區(qū)，城市仍以水熱網(wǎng)供暖為主， 這是主流。
天然氣小型燃機熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)整能系統(tǒng)的分散供暖的趨勢，隨著時間的推移會逐漸增多 ，甚至與大型集中熱電聯(lián)產(chǎn)相抗衡。
熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，隨熱負荷大小，性質(zhì)，其規(guī)模應合理，結(jié)合熱負荷實際、機組優(yōu)選，宜 大則大，宜小則小。也就是說熱電規(guī)模大、中、小并舉，視熱負荷和技術經(jīng)濟決定。
對電熱鍋爐采暖應有正確認識，近兩年來，由于電力市場出現(xiàn)緩和，部分地區(qū)出現(xiàn)過剩現(xiàn)象 。有的地區(qū)為促銷電力大力提倡發(fā)展電熱鍋爐取代熱電聯(lián)產(chǎn)，這些措施都是片面的。如按 熱力學第一定律分析，電鍋爐的一次能源利用率不到25%，只有汽機熱電聯(lián)產(chǎn)的一半 。若以熱力學第二定律*分析，其一次 能源*效率不到8%。用電能采暖能質(zhì)不匹配 ，浪費能源，不宜無條件鼓吹扶持發(fā)展。只有在峰谷差很大地區(qū)，利用低谷蓄熱供暖，蓄熱 制冷的特定條件下，并經(jīng)技術經(jīng)濟比較，確定經(jīng)濟時才能應用。
用電熱泵采暖(空調(diào))，只有熱泵性能系數(shù)大于1.875時，才能與熱電聯(lián)產(chǎn)全廠熱效率45%相當 ，所 以隨著熱泵技術的發(fā)展它會在特定條件下，為利用低谷電，電價低廉地區(qū)(如西南水電多的 省份)，會作為采暖空調(diào)用熱的補充。
至于其他清潔能源利用采暖，太陽能會逐步用來生活用熱，太陽光電池會使用在遠離電網(wǎng)的 地區(qū)和特殊用電的場所，若有地熱地區(qū)， 可利用地下熱供熱，我國已開始利用，燃料電池已逐步進入家庭，為分散供能提供了條件， 相信今后將會與大型動力相競爭。
總之，21世紀供熱系統(tǒng)，會走向多元化，但上半世紀仍以大型CFB燃煤和燃氣聯(lián)合 循環(huán)熱電廠為主，其他競相發(fā)展。
