热电联产电厂
概述
热电联产电厂（Combined Heat and Power Plant, CHP）是在燃烧燃料生产电力时，回收原本被废弃的余热，并将其连同供暖、热水、工艺用蒸汽等一起供应的发电设施。普通火力发电厂的电力生产效率通常仅为35~45%，而热电联产把电力与热能合计后的综合效率可达70~90%，能源利用效率非常高。它也被称为 Cogeneration（热电联产），并已成为城市级区域供热（集中供能）和产业园区工艺热供应的核心基础设施。
主要内容
工作原理与构成
热电联产电厂主要由原动机（燃气轮机、蒸汽轮机、内燃机、燃料电池等）、余热回收设备、热交换器、蓄热槽、输热管网构成。通过燃料燃烧驱动原动机，带动发电机发电，并通过余热回收锅炉（HRSG）和热交换器回收原动机排出的高温废气或汽轮机蒸汽，制取90~120℃的热水并送往区域供热管网。为应对负荷波动，广泛采用在蓄热槽中储热、并在高峰时段释放的方式。
主要方式
- 燃气轮机联合循环型：燃烧天然气的燃气轮机发电，并利用废气热量产生蒸汽，再驱动蒸汽轮机的方式。是大容量区域供热热电联产的主流。
- 蒸汽轮机抽凝式：将锅炉蒸汽的一部分用于发电、一部分抽出作为热能的方式，在产业园区使用较多。
- 内燃机型：利用往复式发动机的小规模、分布式CHP，适用于建筑、医院、工厂。
- 燃料电池型：回收燃料电池发电过程中的余热的方式，效率高且排放气体少。
- 冷热电三联供（CCHP）：在热、电之外再加上制冷，利用吸收式制冷机应对夏季制冷需求的方式。
经济性与环境价值
热电联产以1单位燃料同时获得电力和热能，因此与用单独锅炉生产供暖热相比，可将燃料使用量和温室气体排放减少20~30%以上。此外，它位于城市附近，输电损失较小，还具有减轻大型发电厂输配电设备投资负担的分布式电源效果。在韩国，根据《集中供能事业法》（집단에너지사업법），热电联产电厂注册为区域供热事业者并接受热价监管，韩国区域供热公社（한국지역난방공사）和民间发电企业是主要事业者。
主要设备与安全管理
由于涉及高压蒸汽和高温水，锅炉、汽轮机、管道的定期检查和安全阀管理必不可少，并运行输热管泄漏监测与远程控制系统。近年来，采用IoT传感器和数字孪生及早发现设备异常，并基于热需求预测优化运行的事例正在增加。
最新趋势
2024~2025年，随着碳中和政策与能源安全议题相互交织，热电联产的作用正在被重塑。第一，老旧燃煤热电联产设施的LNG转换或生物质混烧正在扩大，氢、氨混烧示范正在进行。第二，回收数据中心和半导体工厂等大规模常态热需求方的余热，并与附近区域供热网连接的“余热网络”项目受到关注。第三，结合大型热泵和蓄热槽，灵活转换电力与热能的部门耦合（Sector Coupling）技术被引入，为缓解电力系统的可再生能源波动性作出贡献。第四，基于AI的需求预测和优化运行算法被应用于热电联产设施，进一步提高效率，利用小型模块化反应堆（SMR）作为区域供热热源的方案也在研究中。在韩国，热价上涨压力、老旧管道更换投资、集中供能供应区域扩大政策成为主要争议点。
相关主题
- [[区域供热]]
- [[集中供能]]
- [[热电联产]]
- [[能源效率]]
- [[碳中和]]
- [[氢混烧发电]]