摘 要: 近两年来电力市场出现缓和，某些部门、地区为促销电力 ，大力提倡电热锅炉供暖。有的城市为了环境问题，禁烧煤炭，提出“以电代煤”，“以气 代煤”等措施。某些人甚至提出：“放弃过去苏联模式，大型热电、大型热网”，说是浪费 能 源、不经济，应采用电锅炉、电热泵、燃气采暖等分散供热，本文从中国实际出发 对上述论点进行了讨论，提出了看法，供参考。
关键词: 热电联产；集中供热；CFB锅炉；燃气蒸汽联合循环供热
1 前言
热电联产、集中供热具有节约能源、改善环境质量、缓解电力需 求、提高供热质量、减轻分散供热锅炉房工人的劳动强度和节约城建用地等优点，这 些优点已被越来越多的人所认识，并受到各级政府领导的重视。近期国家计委、国家经贸委 、原电力部、建设部和国家环保总局已将优先发展热电联产、集中供热作为产业政策确定下 来，并下发了相关文件，以促进热电事业的健康发展。
近二、三年来，由于国民经济结构调整和电力建设的加速 发展，电力供应紧张的局面趋于 缓和，部分地区出现了电力过剩，有的地区积极鼓励发展电锅炉取代热电联产供热，有的为 了城 市环境质量指责燃煤热电联产、集中供热污染环境，有的说城市供热管网投资大、敷设困 难 、热网损失大，反对热电联产集中供热，提出“以电代煤”，“以气代煤”恢复分散供热， 有的说“电热泵供热”，既方便、清洁又“节能”，“西气东输”，“西电东输”用“电” ， 用“气”分散供热(空调)不成问题。似乎21世纪热电联产、集中供热已没有发展空间，热电 联产、集中供热的形式究竟会有哪些变化，笔者提出个人意见，供同仁们讨论。
2 洁净煤燃烧的CFB锅炉热电联产集中供热会有大的发展
我国是燃煤大国，近期能源结构以煤为主的状况不可能改变。为了保护环境可持续发展，必 须大力发展洁净煤燃烧技术，减少SO2、NOx和CO2等有害气体和粉尘的排放。循环 流化 床锅炉(简称CFB)正是洁净煤燃烧技术目前最成熟的技术，我国发展很快，近十几年来全国3 5t/h、75t/h直至220t/h等各式CFB锅炉已先后生产，35t/h、75t/h已是成熟产品。为提高 我国电力工业及相关设备制造业的整体水平，推动电力工业结构调整、优化，促进国民经济 可持 续发展，去年国家发展计划委员会组织实施先进发电设备国产化工作中就有大型循环流化床 锅炉(CFBC)，利用自主知识产权技术完成国产100MW等级循环流化床锅炉及辅机系统的研制 ，并建设相应的示范工程；落实300MW循环流化床依托工程，引进关键技术消化吸收，完成3 00MW循环流化床锅炉的国产化。
燃煤CFB锅炉可配套3、6、12、25、50、100、200、300MW热电机组，为更清洁的热电联产提 供了必要的保证，这种以蒸汽轮机为热电联产的主机是我国在21世纪上半业的主要型式。
3 以清洁燃料(油、气)燃气轮机热电联产集中供热将参与市场竞争
近几十年燃气轮机国外发展迅速，单机容量从小到大，最大达220～310MW，单机循环，效率 为30～39%，已与国内亚临界大型汽轮机电站效率36～38%相等或略高，特别是其燃机与汽机 所组成的联合循环发电机组，最大功率可达420～480MW，循环效率可达55～58%，比同等功 率燃煤亚临界机组效率高出20个百分点。如用燃机热电联产，其能源利用率可高达80～90% ，更加节能。另外，燃用油、气燃料，对环境影响极少，是清洁热电厂。还有单位投 资小，建设周期短，耗水量少，占地少，起停性能好等优点，当我国“西气东输”后，燃机 联合循环热电厂必然会参与市场竞争。
4 热电联产机组应大、中、小并举
热电联产建设的前提是“热负荷”大小和特性。热负荷大的地区，必然选用较大机组；热负 荷小，相对选用小机组，所以热电联产的规模应视热负荷而定，结合实际大、中、小并举。
从20世纪规模经济(工业经济)转入到21世纪信息经济(知识经济)。企业的规模有所变化。 石油 化工、化纤、建材、造纸、纺织等行业的规模效益还会继续存在，热负荷需求大，因此，这 些行业的热电联产机组会比较大，而民用生活采暖空调和一些精细工业、食品工业，会相对 变小，热负荷会少些，因此，热电机组会小些。
小型的几百几千千瓦的供热机组，其能源利用率也比600MW单发电火电机组高得多，所以， 热电机组不能以大小来分优劣。
5 有天然气地区可上小型燃机热电(冷)联产
我国长江以南地区，过去不设置采暖空调。其实，夏天高温32℃～37℃的天数达一个多月， 冬天5℃～-2℃以下的天数也高达2个月，自改革开放以来，人民生活水平有很大提高，所以 长江以南特别是宁沪沿线城市，人民生活水平较高，多数采用了电力空调，夏季制冷采用电 压缩制冷，冬天采用电压缩热泵采暖，也有燃气采暖。这样就容易出现夏季电负荷特高，冬 季特低。1998～1999年上海电网夏季空调负荷出现150万kW～200万kW的高峰，江苏电网亦高 达 350万kW的峰值。这个最高负荷只能维持2个月左右，使发电、输电、配电设备能力不能获得 充分利用，使电成本上升；相反，燃气负荷就会出现夏季特低，冬季特高，燃气生产能力、 燃气管道同样不能得到充分利用，同样会使燃气成本较高。
从能源合理利用而言，用燃气经过燃气轮机解决电、热、冷、功的需要，可以获得能质合理 匹配，能源多级利用，取得最大的能源利用率。这样，将通常由电网供应电力、电力空调制 冷、制暖，电热水器或燃气热水器供热水，用燃气锅炉供采暖，改为小型燃气轮机发电，燃 气轮机尾气供直燃机制冷，制热水、供采暖，一套设备解决四个问题，在节约能源的同时节 约了投资。以天然气为燃料对环境污染大大减轻，可保护环境生态。用天然气来代煤、代油 、代人工煤气，就可大大提高能源利用率，解决大中城市的环境污染问题。
这种符合能源多级利用，能质匹配的小型分散动力，是符合当今知识经济信息时代的特征， 它不但能源利用率高，而且投资少，能抵遇自然灾害(如地震、台风)、大电网解列的困扰和 战争突发事变的大电网停电的危害。如近年台湾大地震，小型自备热电厂能及时发、供电、 供热，大电网铁塔倒塌，长达十几天才恢复电力；“科索沃”战争大电网的解体值得借鉴。 所以“小型、分散”动力是21世纪新兴企业，有逐步代替大型动力的趋势。
6 采用电锅炉供热的商榷
近几年由于电力市场供过于求，部分地区出现电力过剩的现象。某些地区部门为促销电力积 极鼓吹电热锅炉取代热电联产供热，且制定了优惠政策，免征电力建设集资费，给予一次性 补贴，免交变压器增容费，享受优惠峰谷电价，免征全部供电工程贴费，甚至提供电缆安装 免费等等，说是节约能源、安全、经济、方便、没有污染。笔者认为这个观点值得商榷。 {以下*代表}
从热力学第一定律一次能源利用率来分析，电锅炉采暖应等于电厂供电效率(全国平均30%) 乘变、输、配电效率(约90%)乘电锅炉效率(约98%)，差不多等于25%，而热电联产背压机组 达80%左右，抽凝机组亦大于45%，若燃气—蒸汽联合循环机组则大于80%，所以电锅炉供热 只有热电联产一次能源利用率一半以下。若以热力学第二定律——*分析，电锅炉供热采暖室温30℃，热 水平均温度100℃，其供热侧*效率计算 如下：
一度电*值为3600kJ等于其焓值，
一度电可加热从80℃至130℃水量约860÷50＝17.2kg；
0.1MPa，100℃热水*值为：62kJ；
0.1MPa，30℃室温*值为：6.5kJ；
*效率＝产出*/投入*＝(17.2×62)/360 0＝29.6%(供热侧)
若从一次能源转成电能*效率为25%计，则电 锅炉采暖*效率为0.296×0.074＝7%，
用户产出*效率 用户侧*效率＝(17.2×62)/3600＝3.1%
所以，用电采暖能质不匹配，“大材小用”是严重浪费能源的，不宜无条件推广。只有在特 定条件下：电网峰谷差很大，利用低谷电采用电锅炉热供暖，作为供热的一项补充，但应经 技术经济比较，确定经济时才能应用。
7 关于电热泵供暖
热泵的原理与实践是和热机几乎同时提出的，由来已久，但大规模地用于供暖，则是最近二 、三十年才在某些工业发达国家发展起来。热泵的原理与制冷机完全相同，只是使用的目的 和温度不同，后者的作用是从有限空间中抽取热量送到温度较高的环境中，使有限空间中 变冷，前者是从环境中抽取热量送到温度较高的有限空间中，达到供暖的目的。
与制冷机相同，常用的热泵分为吸收式热泵和压缩式热泵两大类。吸收式热泵主要以热量中 的*为代价来实现热泵的功能，压缩式热泵 靠消耗电能或机械功把热量从低温抽向高温。它是以少量的功(转换为热量)抽取环境热量一 同供给热用户，热泵的性能系数(COP)是投入的电能(或热能)化成热量与产出的热量之比， 所以COP恒大于1，通常所得热量的品位越低，COP越高。供暖热是所需品位低，所以热泵采 暖有其优越性。
理论上热泵采暖与热电联产供暖系统都有节能的特点，就是它们基本上按用户需要的能质要 求供应能量，符合“能质匹配”的原则，热泵是用户处用电能(或其他较高位能)抽取环境的 热量，配置符合用户要求的一定能质的采暖系统，而热电联产是汽轮机中作了部分功的含有 符合用户要求的一定能质的蒸汽供给用户系统。
按用*分析观点，电热泵是以电能方式通过 输电线来输送*，显然要优越得多。它对热 用户 的地理位置和密度没有多大的限制，即使远离电厂，其不利影响也不显著，对热负荷的集中 性、稳定性、均衡性要求都不太苛刻，电压缩式热泵通用性强，使用也方便，它是“以电取 热”，代价是电能；而热电联产实际上也要花代价——抽出的蒸汽不能膨胀至低终 压，从 而使发电量减少。可见在耗用电力这一点上，二者没有原则区别。
热泵供暖系统在理想上是诱人的COP大于1，但这种系统，从一次能源投入到用户得到供暖热 量，中间经过的能量转换环节太多，而每一环节的能量转换都是熵产的根源，因而现实的热 泵供暖系统的节能效果远低于其理论值。从化石燃料一次能源到电能输出其发电效率平均35 %，经变、输、配用户端只有25%左右，再经电压缩热泵的能量损失，有效电能变用的一次能 源效率只有24%，所以只有当热泵性能系数(COP)等于1.875时，才能与热电联产全厂热效率 等于45%相当。在现今的技术水平下，电热泵采暖系统的大规模推广不是无条件的，是要经 技术经济分析比较，认定是经济时才能采用。
但电热泵(或电制冷)在特定条件下，作为热电联产的采暖的一种补充是合理的，特别在热负 荷分散，又不均衡，波动大，远离电厂，环境要求特别高，不易敷设热网管道的城市，利用 电负荷低谷电做热泵蓄热，蓄热制冷是十分有利的节能和“削峰填谷”的一种措施。
8 其他清洁能源利用供暖
8.1 太阳能采暖(制冷)
太阳能是清洁能源，取之不尽，用之不竭，目前太阳能热水器较普遍使用，多是安装在屋顶 上 利用太阳能直接照射加热利用，大部分用于生活用热、洗澡、洗涤用热，用于采暖较少。最 近，媒体报导了“太阳能贮热器”与“太阳能冰箱”的发明。美国发明一种新的贮热器，将 相变六水化合物氯化钙封装在一根高分子量、高密度的聚乙烯管中，利用相变吸热过程供房 间取暖。该管长1820mm，内径为85mm。其贮热能力每根管为2600kJ。装配足够根数的氯化 钙管体积较小的贮热器，就能供中等大小房间的取暖。太阳能制冷，利用沸石吸附——解吸 原理制成太阳能冰箱。这种冰箱的制冷效果极好，很经济，不需电能，不需任何传动部件， 可运转20多年无需维修。这种冰箱，顶部装有一块捕集板，内装沸石，当捕集板受太阳照射 发 热时，板内沸石释放出水蒸汽，水蒸汽进入贮水罐冷凝成水。入夜，捕集板变冷，沸石吸附 水中之热，罐中水结冰。如此循环不已，使冰箱温度降至-15℃以下，即使连续三天不经太 阳照射，这一循环也不会停止。
相信，21世纪利用清洁太阳能采暖空调必然也会逐步增多，但前半世纪，仍是一种“供热制 冷”的一种补充，2050年以后，估计会参与市场竞争。
太阳能直接发电——太阳能光电池(PV)，是利用太阳能另一发展方向，1997年全球太阳能电 池已生产125MW，2000年将达到200MW，美国生产销售的太阳能光电池占世界PV产量44%。日 本24%，欧洲21%，其它地区11%。多用于卫星通讯，导航设备和远离电网无电地区，汽车、 游艇、别墅等。
8.2 利用地热采暖空调
凡是有地热资源的地区，可以利用地热用来采暖空调的补充。如有温泉的地区，可以直接利 用生活用热；如地下深处沙岸层构造(像海棉状)多孔处会有大量热水，某些地区水温高达98 ℃ 。这种沙岩层构造往往又被一种泥质脉岩包裹着，其密封性像热水瓶胆一样阻止了热水外流 。就可利用“双井抽、注水交换循环”的地热利用技术，将地热用于供热。它是向地下打两 眼 井直通地热层，用提升泵从一个水井中抽取热水，并用它将交换器中的水加热，送热用户。 然后再将已经降温的地热水通过另一个水井注回地热层，这些水又得到了加热，如此循环不 已，理论上不存在地热枯竭问题。而且地热水是经过一个纯封闭的交换器系统，将生活用水 加热，水质可以保证。
同一原理，这项技术也可以用在热带地区开发浅层冷水作为夏季的空调冷源。我国夏季利用 地下水作为制冷用水，某些地区也有利用。
8.3 燃料电池将用于家庭用电和采暖空调
据外刊报导，专家预测，燃料电池将在21世纪能源领域内独领风骚，引发家用能源一场革命 。美Plug Power公司提供的家用燃料电池设备，使美国一些家庭的电视机、电冰箱、空调、 照明等家用电器的用电甚至采暖都迎刃而解。该公司称，2001年，他们将向市场全面推出家 用燃 料电池，其功率为7kW，可解决200m2住宅的用电和采暖问题。家用燃料电池的推出，将使 集中大电站如核电、大型火电、燃机联合循环发电面临挑战，分散、安全、清洁的小型动力 将逐步占领电力市场。
法国电力公司和煤气公司也在加紧开发燃料电池。最近首次在塞纳河畔的歇尔小区安装了一 个中等规模的燃料电池，可解决200户居民用电问题。据有关统计表明，全世界有180个燃料 电池发电设备在运行，其中100个在日本，60个在美国，20个在欧洲，欧洲的燃料电池发电 设备大都集中在德国。
燃料电池的用途十分广泛，它不仅能解决住宅和建筑物的用电问题，而且可为轿车、公交车 、飞机、便携式计算机和移动电话提供电源。
8.4 其它
8.4.1 垃圾焚烧热电联产
为使城市生活垃圾“无害化、减量化和资源化”，国外工业发达国家早已有垃圾焚烧技术， 其 产生的热能用于热电联产，供生产、生活使用，既有利于环境保护，又可获得较好的经济效 益。我国南方沿海城市，也开始使用，如深圳、珠海等城市，利用垃圾焚烧发电供热，已被 越来越多的城市所采用。
8.4.2 核能供热
核能是一种清洁、有广泛应用前景的新能源。过去多用于发电，近几年已逐步应用供热，它 热值比煤高270万倍。
由于供热蒸汽参数低，其安全性大大提高，可靠近城市和热用户建设以节约投资，一般仅为 动力堆的1/10，其经济性可与燃气、燃油供热站相比美。清华大学核能所开发的5MW试验性 供热堆已于1989年12月正式投入运行，沈阳2×200MW核能供热机组已完成可行性研究报告， 核能供热正在走进百姓家。
8.4.3 农村秸杆、木材工业废弃物料用于热电联产
农村秸杆、木材工业废弃料，可用于热电联产，这些可燃废弃材料，均可用于燃烧发电供热 ，据统计我国秸杆等农村废弃物的资源量年达3.1亿吨标煤，资源为1.3亿吨标煤，可资利用 。
9 结束语
21世纪初到2050年，我国城市采暖、空调、生活用热所采用的供热技术设备，必然是走 多元化，但洁净煤CFB锅炉汽轮机组热电联产和天然气燃机联合循环热电联产，集中供热仍 是主要设施，也就是说，在三北地区热负荷较大、集中的地区，城市仍以水热网供暖为主， 这是主流。
天然气小型燃机热、电、冷联产整能系统的分散供暖的趋势，随着时间的推移会逐渐增多 ，甚至与大型集中热电联产相抗衡。
热电联产集中供热，随热负荷大小，性质，其规模应合理，结合热负荷实际、机组优选，宜 大则大，宜小则小。也就是说热电规模大、中、小并举，视热负荷和技术经济决定。
对电热锅炉采暖应有正确认识，近两年来，由于电力市场出现缓和，部分地区出现过剩现象 。有的地区为促销电力大力提倡发展电热锅炉取代热电联产，这些措施都是片面的。如按 热力学第一定律分析，电锅炉的一次能源利用率不到25%，只有汽机热电联产的一半 。若以热力学第二定律*分析，其一次 能源*效率不到8%。用电能采暖能质不匹配 ，浪费能源，不宜无条件鼓吹扶持发展。只有在峰谷差很大地区，利用低谷蓄热供暖，蓄热 制冷的特定条件下，并经技术经济比较，确定经济时才能应用。
用电热泵采暖(空调)，只有热泵性能系数大于1.875时，才能与热电联产全厂热效率45%相当 ，所 以随着热泵技术的发展它会在特定条件下，为利用低谷电，电价低廉地区(如西南水电多的 省份)，会作为采暖空调用热的补充。
至于其他清洁能源利用采暖，太阳能会逐步用来生活用热，太阳光电池会使用在远离电网的 地区和特殊用电的场所，若有地热地区， 可利用地下热供热，我国已开始利用，燃料电池已逐步进入家庭，为分散供能提供了条件， 相信今后将会与大型动力相竞争。
总之，21世纪供热系统，会走向多元化，但上半世纪仍以大型CFB燃煤和燃气联合 循环热电厂为主，其他竞相发展。
