欧美热电联产供热发展概况及国内行业发展趋势

　　由于热电联产是一个流程实现电能和热能同时生产的先进能源利用形式，与热电分产相比具有降低能源消耗、减少大气污染、提高供热质量、便于综合利用、改善城市形象、减少安全事故等优点，使能量得到梯级利用，减少能源损失，能量总利用率可以达到 80%以上，因此在世界各国都得到大力提倡，特别是在经历了上世纪 70 年代的石油危机后，热电联产受到了西方国家的重视，从而加快了世界范围内热电联产的发展。目前，世界各国都将热电联产集中供热做为节约能源改善环境的有效措施。

　　据美国能源部数据统计，截至 2018 年底，美国热电联产总装机 8,109.44 万千瓦，发电量占比达到 19.43％。从 2000 年到 2018 年，美国热电联产规模增长为57.37%，装机容量从 5,153.25 万千瓦增加到 8,109.44 万千瓦，发电站数量达到 5,637座。其中，以天然气为原料的热电联产装机容量达到 5,803.89 万千瓦，占热电联产总装机容量的 71.57%；天然气项目占热电联产总数量的 68.38%。

　　2018 年 6 月，欧洲热电联产促进协会（COGEN Europe）发表了一份题为《热电联产在欧洲未来能源系统中的作用》的报告，介绍了欧洲热电联产至 2050 年的发展蓝图。热电联产目前为欧洲提供了 11%的电力和 15%的热能，为欧盟 21%的二氧化碳减排目标和 14%的能源效率目标作出了贡献；到 2030 年，热电联产将为欧洲提供 20%的电力和 25%的热能，至少有三分之一的热电联产将来自可再生能源，这将为欧盟23%的二氧化碳减排目标和 18%的能源效率目标作出贡献；到 2050 年，欧盟预计将热电联产在整体发电量占比中提升一倍，并把热电联产行业作为能源发展中的重中之重。

　　我国的热电联产始于 20 世纪 50 年代，第一个五年计划时期苏联援建的 156 个建设项目，就包括北京、西安、吉林等城市的热电厂建设项目，这一时期也是各地电网发展的初期。当时的热电厂以工业生产用蒸汽为主要负荷，但由于工业热负荷误差较大，热电厂投产后热负荷很长时间上不来，致使热电厂的经济效益未能充分发挥。这一时期，绝大多数热电厂选了抽凝机组，以保证供汽供电；我国新投产 6,000 千瓦及以上的供热机组容量占火电机组总容量的 20%，仅次于苏联，居世界第二位。

　　1971 年至 1975 年，由于中央政府和其他影响，工业布局分散，没有中长期的工业建设和城市规划，因而制定热电厂的发展规划没有基础，只能在短期计划中做些安排。1976 年至 1980 年，仍然没有相对稳定的国民经济中长期发展规划，但后期国民经济恢复发展较快，热电厂建设开始增加，投产供热机组 97.5 万千瓦，占新增火电装机 6.8%。投产供热机组中，公用的供热机组只占 23%，该阶段以工业企业自备热电厂为主，仅满足本厂生产用蒸汽和建筑采暖的需要。

　　在改革开放的强大推动下，我国热电联产业务得以快速发展。1981 年以后，中央提出到 2000 年工农业总产值翻两番，人民生活提高到小康水平的宏伟战略目标，在能源政策上提出了节约和开发并重方针，在节约能源上采取一系列措施，积极鼓励热电联产集中供热，中央及各地方政府中设置了节能机构，国务院建立了节能办公会议制度，国家计委在计划安排上专列了“重大节能措施”投资，支持热电厂项目建设。1981 年至 1990 年，原国家能源投资公司节能公司共参与节能基建热电项目 291 个，总容量 688 万千瓦（其中小热电 221 万千瓦），总投资 91.6 亿元，其中节约基建投资52.6 亿元。

　　由于市场经济的稳步发展，1990 年至 2010 年期间，很多城市和县镇均编制有热力规划，将热电建设纳入长期发展计划，有的城市在市区周边和开发区已建起十多个热电厂，形成当地重要的热能动力供应系统。同时区域热电厂也从城市的工业区，蔓延到了乡镇工业开发区，并且出现企业家看好热电联产行业并投资建设热电厂。在此期间，国家出台的政策对热电联产与集中供热工作的影响是巨大的，1998 年《关于发展热电联产的若干规定》出台之前，热电联产工作出现阶段性进展缓慢的局面，该规定发布之后，克服了发展中的障碍，热电联产工作再次加快发展，1999 年和 2000年都分别比上一年有较大的增长。2000 年，国家计委、国家经贸委、建设部和国家环保总局等部委进一步对《若干规定》加以补充和修订，联合印发《关于发展热电联产的规定》，对发展热电联产和集中供热的问题做出更加行之有效的具体规定，到 2001年，全国集中供热面积比 2000 年的增长高达 32%，其后我国热电联产的发展走上了快车道。

　　十一五以来，国家在火电领域执行“上大压小”的行业政策，也即在建设大容量、高参数、低消耗、少排放机组的同时，相应关停一部分小火电机组，引导了我国煤电行业新建超临界、超超临界等大机组的热潮。我国燃煤发电技术不断创新，装备制造水平不断提升，达到世界先进水平，百万千瓦级超超临界机组、超低排放燃煤发电技术广泛应用，60 万千瓦级、百万千瓦级超超临界二次再热机组和世界首台 60 万千瓦级超临界循环流化床机组投入商业运行，25 万千瓦整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）、10 万吨二氧化碳捕集装置示范项目建成。根据美国发展中心（Center forAmerican Progress）2017 年 5 月发布的报告，其所列的中美各自前 100 位的最高效煤电厂名单中，美国前 100 所最高效燃煤电厂建于 1967 年至 2012 年之间，而中国的则建于 2006 年至 2015 年之间。中国这 100 所电厂里有 90 所是超超临界参数的，而美国只有 1 所是超超临界的。

　　我国热电联产行业主要以煤炭为原料，热电联产技术在“十一五”、“十二五”时期均入选十大节能减排重点工程。随着城市和工业园区经济发展，热力需求不断增加，热电联产集中供热稳步发展，总装机容量不断增长，截至“十二五”期末规模以上热电联产机组容量在火电装机容量中的比例达 37.04%左右，装机容量及增速均已处于世界 领先水平。

　　十三五期间，我国城市和工业园区供热已形成“以燃煤热电联产和大型锅炉房集中供热为主、分散燃煤锅炉和清洁（或可再生）能源供热为辅”的供热格局。在三北等采暖地区，热电厂通过新建或技术改造，20 万、30 万千瓦大型抽汽冷凝两用机组成为了城市集中供热的主力军；在工业园区供热方面，由于电力相关装备制造业的进步，加之政府行业政策引导和环保政策的加强，匹配下游热用户需求、调峰方便的中小机组也在向高参数方向发展。

　　在高参数意味着能源高效利用的同时，国家也加大了对热电厂清洁环保方面的要求，要求新建燃煤机组达到超低排放水平，现役机组要确保满足大气污染物排放标准和总量控制需求，改造范围内的项目按照要求实施超低排放改造。

　　虽然美国、欧洲热电联产的原料以天然气为主，但从资源禀赋来看，中国是一个煤多油气少的国家，这也决定了我国电力能源结构以煤电为主，燃煤发电无论是在装机结构、还是发电量结构中均居于首位，2018 年全国煤电装机及发电量规模占比分别为 53%、63.7%。未来一个时期，煤炭在一次能源消费中仍将占主导地位。

　　在今后相当长一段时间内，我国煤电的主体地位不会变，煤电行业的高效化和节能减排技术成为我国长期的发展战略。由于煤相对于天然气的价格低和供应来源稳定等优势，国家政策明确规定，要增加电煤在煤炭消费中的比重，而高参数、实现超低排放的燃煤背压热电联产机组又是最清洁、最高效的燃煤发电生产方式，为工业园区企业提供蒸汽的热电联产机组以及北方供暖地区热电联产机组将继续以燃煤机组为主。

　　B. 无论是为工业园区企业提供蒸汽的热电联产机组，还是三北采暖地区的热电联产机组，从地域限制、能耗和环保成本来看，中小型热电联产机组具有长期存在的必然性和合理性

　　根据国家发改委官网上对《关于印发热电联产管理办法的通知》有关解读文章，目前我国（特别是“三北采暖地区”）大型抽凝式热电机组或兼顾供热的纯凝发电机组占比过高，供热期间存在系统调峰压力大、系统可再生能源消纳能力差等问题。为此，《热电联产管理办法》进一步明确了燃煤抽凝式热电联产项目应在国家依据总量控制制定的建设规划内核准；规划新建30万千瓦及以上燃煤抽凝式热电联产机组，应符合在电力空间、供热负荷、采暖期热电比和纳入电力建设规划等方面的约束条件。对于系统调峰困难地区，严格控制现役纯凝机组供热改造。

　　地域方面，大型燃煤电厂一般建在坑口、港口和电负荷中心，受供热半径限制，供汽一般在15公里半径内，供热水在40公里以内。而绝大多数有供热需求的工业园区、居民采暖不可能靠近大型燃煤电厂周边。

　　装机形式及能耗方面，大型燃煤电厂以发电为主，采用高参数、大容量机组，例如采用60万千瓦及以上的凝（抽）汽式火电机组，锅炉采用2,000蒸吨/小时以上的煤粉炉。而热电站以供热为主，一般采用中小型背压机组和较高参数的循环流化床锅炉。由于背压机组避免了高达50%以上的冷端热损失，所以能耗远低于大型火电机组；循环流化床锅炉环保性能好，一般炉内脱硫脱硝效率较高，因而具备环保处理成本低和高可靠性的优势。

　　热电站是为了解决供热（暖）而建设的，以热定电，供热与供电消耗煤炭的比例一般在500%以上（即热电比），一般装机都比较小就可以满足供热（暖）需求。大型燃煤电厂以发电为主，改造用于供热，热电比一般在30%以下，这么多的煤炭消耗不是为了供热（暖）而是为了发电，若把厂建在人口聚集的城市周边和产业聚集的工业园区，就会造成巨大的环保压力。

　　因此，30万千瓦及以上大型燃煤机组不是热电联产行业的发展主流，中小型背压热电联产机组具有长期存在的必然性和合理性。

　　由于热能不可能全部转换为机械能，热能的品位低于机械能和电能，从能源梯级利用原理出发煤电行业应尽可能提高热能转化为电能的效率，这也是近来我国鼓励煤电行业新建超临界、超超临界等高参数机组不断提高发电效率的原因之一。

　　热电联产机组的经济效益方面，浙江省 2019 年安装脱硫、脱硝和除尘设施的非省统调热电联产发电机组上网电价为每千瓦时 0.5058 元，即不含税价格 0.4476 元/kwh（按 13%增值税率计算）；据此可计算得 1GJ 热当量的电力销售收入为 124.33 元。而新中港 2019 年售热单价平均为 179.34 元/吨（不含税），折合为 60.79 元/GJ（不含税），远低于电力的 124.33 元/GJ。因此，在保证供热，并符合排放标准、维持较高热效率的前提下，应尽量多发电，获取更大的经济效益。

　　得益于近年来我国电力相关装备产业、机械电子信息产业及新工艺、新材料的发展，中小功率、高参数、高转速、高效率背压式汽轮机技术的成熟，中小容量的超高压、亚临界及以上参数循环流化床锅炉技术的成熟，以及配套热泵技术、计算机集散控制系统的国产化成熟和普及化等等，为中小型热电联产企业采用高参数机组提供了技术可行性。