有关热电经济指标的计算

热电经济指标释义与计算

热电厂输出的热能和电能与其消耗的能量(燃料总消耗量×燃料单位热值)之比，表示热电厂所耗燃料的有效利用程度(也可称为热电厂总热效率)。对于凝汽火电厂，汽轮机排出的已作过功的蒸汽热量完全变成了废热，虽然整个动力装置的发电量很大，便无供热的成份，故热电比为零。对背压式供热机组，其排汽热量全部被利用，可以得到很高的热电比。对于抽汽式供热机组，因抽汽量是可调节的，可随外界热负荷的变化而变化。当抽汽量最大时，凝汽流量很小，只用来维持低压缸的温度不过分升高，并不能使低压缸发出有效功来，此时机组有很高的热效率，其热电比接近于背压机。当外界无热负荷、抽汽量为零，相当于一台凝汽机组，其热电比也为零。因而用热电比和热电厂总效率来考核热电厂的是合理的、全面的、科学的。

5．1热电比

热电厂要实现热电联产，不供热就不能叫热电厂，根据我国的具体情况供多少热才能叫热电厂应有个界限，文件应提出不同容量供热机组应达到的热电比。

热电比=有效热能产出/有效电能产出

=Q/E=（各供热机组年供汽量×供汽的热焓×1000）/（各供热机组年供电量×3600）

=（G×I×1000）/（N×3600）

上式中；G——供热机组年抽汽(排汽)量扣除厂用汽量的对外商业供汽量。

当热电厂有一台背压机，一台双抽机时

G＝G1十C2十C3-g

G1、G2、C3为各机组不同参数的抽汽(排汽)量t/a

g为热电厂的自用汽量t/a

I．为供热机组年平均的抽汽(排汽)热焓千焦／公斤

I1、I2、I3为各机组不同参数抽汽(排汽)热焓

i为对外商业供汽的热焓KJ／kg

有效热能产出Q＝(G1I2十G2I2十G3I3—gi)1000KJ/a

N——供热机组年发电量扣除厂用电后的供电量KW.h

当有数台供热机组时

N＝N1十N2十N3-n

N1、N2、N3为各机组的年发电量Kw．h

n为热电厂的年厂用电量Kw．h

有效电能产出

E＝(N1十N2十N3—n)3600

热电比＝[(G1I1+G2I2+G3I3-gi)×1000]/[(N1+N2+N3-n)×3600]％

5．2总热效率

总热效率

总热效率＝(有效热能产出十有效电能产出)/(燃料总消耗量×燃料单位热值)

＝[(G×Ix1000)十3600N]/(T×1000×q)％

上述中：T—热电厂全年供电与供热总燃料耗量t

q—燃料平均应用基低位发热量KJ／kg

其余同前。

1998年电力工业的电厂热效率为33．08％，能源转换总效率38．62％，文件确定热电厂的总热效率为年平均不低于45％，均高于上述数值、规定是严格的。

5.3本指标计算结果

按上述公式，曾请三个设计单位、两个制造厂进行了计算，后来在编制“热电项目可行性研究技术规定”过程中，中国节能投资公司和中国电机工程学会热电专业委员会于1999年11月联合发出“请协助进行热电厂调查的函”要求一些热电厂依据1998年实际运行情况，按220号文规定，计算热电比和总热效率。上述有关计算资料和实际测算资料与实际调研情况请见附件4。

5．4对不同容量的热电机组规定不同的热电比

对单机容量小于5万千瓦的热电机组，规定年平均热电比大于100％。这是因为目前多数地方热电厂均属此范围，以热电为名实为凝汽小火电的机组多属此类。用较高的热电比和总热效率控制促其根据实际的热负荷进行热电联产是合适的。

对于单机容量5万千瓦至20万千瓦以下的热电机组，其热电比年平均大于50％。这是因为此类机组，多为专供工业用汽或工业与民用热负荷兼供的大中型热电厂。此类热电厂技术力量较强，管理较好，多数厂均依据热负荷的变化，实现热电联产，同时当地电力部门均较重视这类热电厂，监督其按国家的能源政策和环保要求，进行安全与经济的运行。

对于单机容量20万千瓦及以上的热电机组在采暖期其热电比应大于50％。

此类抽汽凝汽两用热电机组，均安装在大型中心城市，以实现大面积的城市集中供热。采暖期间，实现热电联产对外供热，节约能源改善环境质量，总热效率很高。在非采暖期则凝汽发电，也能保持较高的热效率，但其热电比为零，经核算，该型机组采暖期有较多的热负荷，如C145／N200，在采暖期热负荷在50％左右，全年的热电比也可达45％，但如果几台机组轮流供热，则全厂的全年热电比将达不到要求，例如石景山热电厂。故本文件规定此类机组在采暖期应满足上述要求。

5.5与其他标准的比较

台湾《汽电共生系统推广办法》对合格汽电共生系统曾做如下规定：有效热能产出比率不低于25％，总热效率不低于50％。

台湾提出的有效热能产出比率为：有效热能产出／(有效热能产出+有效电能产出)。台湾提出不低于25％，在其文件中指出：此条系指“专业处理废异物者之汽电共生系统，得在受前项规定之限制”。我们对综合利用的热电厂已有专门文件(国发(1996)36号)，故本文件按不同类型机组提出的热电比是合适的。美国的热电联产燃料主要为天然气和油，其热电装置比大型燃煤凝汽发电设备单位造价便宜近一倍。我国均为燃煤，而热电机组绝大多数为25000千瓦及以下的机组而火电主力机组已升为30万千瓦，故热电比火电的单位造价则贵一倍，中国的热电比美国、欧洲和台湾等地的热电联产负担更重，因而确定总热效率不低于45％是合适的。

我国的采暖期比俄罗斯和欧洲一些国家为短，这是中国采暖热负荷的特色。由于生活水平的差异，我国目前生活热水供应也很少，导致我国的热电厂其采暖与生活热负荷受季节性影响很大。

热电厂的生产热负荷也受季节与气候影响、根据我国的实际情况，纯供生产热负荷的江苏省与浙江省的热电厂，其夏天的热负荷也仅为冬季热负荷的80％，故热电厂确定总热效率不低于45％，是合适的。

热电厂经济指标释义与计算

1.

发电量

电能生产数量的指针。即发电机组产出的有功电能数量。计算单位：万千瓦时（1x104kwh）

2.

供电量

发电厂实际向外供出电量的总和。即出线有功电量总和。单位：万千瓦时（1x104kwh）

3.

厂用电量

厂用电量＝发电量－供电量

单位：万千瓦时（1x104kwh）

4.

供热量

热电厂发电同时，对外供出的蒸汽或热水的热量。计量单位：GJ

5.

平均负荷

计算期内瞬间负荷的平均值。计量单位：

MW

6.

燃料的发热量

单位量的燃料完全燃烧后所放出的热量成为燃料的发热量，亦称热值。计算单位：KJ/Kg。

7.

燃料的低位发热量

单位量燃料的最大可能发热量（包括燃烧生成的水蒸气凝结成水所放出的汽化热）扣除水蒸汽的汽化热后的发热量。计量单位：KJ/Kg。

8.

原煤与标准煤的折算

总和能耗计算通则（GB2589-81）中规定：低位发热量等于29271kj（7000大卡）的固体燃料，称为1kg标准煤。标准煤是指低位发热量为2927kj/kg的煤。不同发热量下的耗煤量（原煤耗）均可以折算为标准耗煤量，计算公式如下：

标准煤耗量（T）＝原煤耗量x原煤平均低位发热量/标准煤低位发热量＝原煤耗量x原煤平均低位发热量/29271

9.

燃油与标准煤、原煤的换算

低位发热量等于41816kj（10000大卡）的液体燃料，称为1kg标准由。因为煤耗率计算中的耗用煤量还应包括锅炉点火及助燃用油量，所以还应将计算期间的燃油折算成原煤量或标准煤量来进行煤耗计算。公式：

燃油折标准煤量＝燃油耗量x燃油的低位发热量/标准煤的低位发热量式中HR——机组发电热耗，kJ／kWh；

Do——汽轮机进汽量，kg／h；

io——汽轮机进汽焓，kJ/kg；

ig——给水焓，kJ/kg；

Dn——对外供热蒸汽量，kg/h；

in——供热蒸汽焓，kJ/kg；

Ebs——化学补水焓，kJ/kg；

N——机组电功率，kW。

从上式可以看出，在计算机组发电热耗时，已扣除了供热热量，也就是说，热电联产的供热机组与同容量的凝汽式机组相比，由于利用了供热式汽轮机的抽汽或排汽对外供热，使热化发电部分避免了冷源损失，且供热量越大，热耗越低，亦即发电煤耗越低。

供热机组的主要形式有两种，即背压式和抽汽凝汽式。前者因发电后供热，无冷源损失，发电煤耗最低，一般仅180～200g/kWh；后者在额定抽汽工况下，发电煤耗亦只有300～360g/kWh，相当于300MW凝汽机组的煤耗水平〔1〕。

热电联产还体现在由于热能供应方式的改变带来能量数量利用方面的好处。与分散供热的供热锅炉相比，由于热电厂的锅炉效率远高于供热锅炉，所以集中供热比分散供热的煤耗低得多，即

（2）

（3）

因为ηg＞ηf,所以bg＜bf

式中bg——集中供热的供热煤耗，kg／GJ；

bf——分散供热的供热煤耗，kg/GJ;

ηg——集中供热锅炉效率，％；

ηf——分散供热锅炉效率，％；

ηd——管道效率，％。

一般说来，热电厂锅炉效率在80%以上，管道效率在98%以上，而一般供热锅炉效率仅50％～60％；分散供热的供热煤耗多在58～70kg/GJ，而热电厂集中供热的供热煤耗仅38～43kg/GJ。由此不难看出，热电厂锅炉较分散供热锅炉的节能效益高得多。

2．2热电联产有利于环境条件的改善

随着社会进步和人民生活水平的提高，对环保的要求越来越高，用集中供热取代分散小锅炉的分散供热，正好适应这一需求。

工业锅炉和民用取暖炉是城市最大污染源。据统计，这些锅炉中的70%，效率只有40％～50％左右，煤耗高，且除尘设备差，因此造成的能源浪费和环境污染是可想而知的。热电联产，选用大容量锅炉，相对于工业锅炉而言，效率可提高30%左右，甚至更高，这样就可以节约大量燃料。环保部门曾测算过，节省1t标煤，可减少CO2排放44kg，SO2排放20kg，烟尘15kg，灰渣260kg。

同时，热电厂一般采用水膜除尘器或水膜除尘器与多管除尘器串置运行，除尘效率在95%以上，还可除去15%的SO2。采用电除尘器，除尘效率可达99%以上，并采用高烟囱排放，更改善了环境质量。

此外，热电联产、集中供热节约了燃料，相应的灰渣、烟尘和污水都有所减少；加之粉煤灰综合利用率越来越高，这就很好地解决了地面污染的问题。

综上所述，我们这样一个以煤为主要燃料的发展中国家，热电联产对改善城市环境有着极大的推动作用。

2．3供热机组承担部分电网调峰任务

运行实践表明，热用户的用热高峰，一般也是用电高峰，因此也就自然调节了电负荷。近年来所建热电厂大多选用抽汽凝汽式机组，这类机组的特点是在承担热负荷调整的同时，也可以调节电负荷。例如一台12MW抽汽凝汽机，在抽汽量达到设计工况时，电负荷可达15MW，而夜间用热低谷时，其电负荷可降低到4～6MW稳定运行，可见调峰幅度是很大的。此外，抽汽凝汽机组在1h内即可启动并网，因而可实行夜间停机，达到两班制运行，为电网调峰提供了一种灵活手段。

2．4热电联产节约城区占地

热电联产的优越性与分散小锅炉供热相比，还体现在提高劳动生产率、降低成本、节约占地等诸多方面，对企业减人增效、增收节支是有好处的。

3热电厂考核指标的讨论

我国在最近发布的《小火电机组建设管理暂行规定》中，以“供电标准煤耗应小于360g/kWh、热电比应大于50%”作为考核、界定热电厂的指标。

笔者认为根据我国的国情，提出用热电比大于50%和热电厂的总热效率为45%是比较切合实际的。

3．1热电比

热电比，即热能产出比，可用下式表达：

（4）

式中X——热电比，％；

Qn——机组对外供热量，t/h；

in——供热蒸汽焓，kJ/kg；

W——机组发电量，kWh。

3．2总热效率

热电厂的总热效率，或称热电厂的燃料利用系数，是一个量的指标，它反映了热电厂能量输出和输入的比例关系。

（5）

ηtp——热电厂总热效率，％；

W——热电厂年发电量，kWh／a；

Qn——热电厂年对外供热量，t/h；

Br——热电厂年耗燃料量，kg／a；

Qr——燃料应用基低位发热量，kJ/kg。

由于ηtp未考虑两种能量产品质的差别，用热量单位按等价能量相加，所以它表示热电厂所消耗燃料的有效利用程度。对于凝汽式电厂，汽轮机排汽热量成为冷源损失，虽然机组发电量很大，但无对外供热，其热电比为零。对背压机，其排汽热量全部被利用，其热电比高达80%以上。对抽汽凝汽式机组，因抽汽量是可调节的，可随外界热负荷的变化而变化，当抽汽量达到额定值时，排入凝汽器的流量较小，此时机组热效率较高，其热电比接近背压机；当外界无热负荷时，其热电比为零，相当于凝汽机组，此时机组热效率甚至比同容量的凝汽机组还差。

把热电厂总热效率确定为45%作为考核热电厂的指标，一是具有先进性，因为它高于超高参数、超临界参数的大型凝汽式发电厂的热效率；二是比较切合实际，一般情况下，热电厂能达到这一要求，例如，对CC12-35／10／5型双抽凝汽式汽轮机组，当额定电功率为12MW、对外供热17t/h时，总热效率就可达到45%；其他型式的机组，象CC25-90／10、C50-90／10型，在额定电功率的情况下，只要分别对外供热16t/h、26t/h，亦能达到上述指标。

4改善热电厂热经济性的建议

4．1根据热负荷正确选用供热机组

应根据热用户实际用热量，并确定一个较为科学合理的热化系数，以及热负荷变化规律来选用供热机组的机型。背压机的发电量全部是热化发电量，无冷源损失，节能效益显著，但只有热负荷可靠、稳定才能达到节能目的。否则，在小流量下运行，因空载流量较大，效率很低。另外，背压机是“以热定电”，发电量随热负荷的减少而减少，机组的利用率下降。所以只有热负荷稳定，以背压机带基本负荷，抽汽凝汽机带尖峰热负荷，经济效益才显示出来。抽汽凝汽式汽轮机只需调整抽汽量与凝汽量，就可保证稳定的发电量和满足对外供热量。故该型机已成为热电厂的主要机型。

4．2尽可能提高机组的热化发电率

供热机组的热经济性还与蒸汽初参数及抽汽压力有关。提高蒸汽初参数或降低对外供汽压力，都可以提高热化发电率，若不包括回热抽汽的热化发电量，则热化发电率ω可用式(6)计算〔2〕：

（6）

式中ω——机组对外供热的热化发电率，kWh／GJ；

ηm——机组机械效率，％；

ηe——电机效率，％；

Eb——供热热用户返回凝结水焓，kJ／kg;

热化发电率ω，只与联产部分的热、电有关，是单位热化供热量的电能生产率。显然，热化发电率越高，热电联产的热经济性越好。从上式可知，提高新蒸汽初焓io或降低抽(排)汽焓in，亦即增加蒸汽在汽轮机中的有效焓降(io