熱電站

熱電站，指的是供熱和供電聯合進行的電廠，專業上叫熱電聯供。熱電站一般也是用煤發電。

劉白羽 《從富拉爾基到齊齊哈爾》：“他們將熱電站的熱水引進玻璃菜棚裏，做成了比升煤火還温暖的暖房。” ^[1] 

利用煤、石油和天然氣等燃料發電的電廠叫火力發電廠，又發電又供熱的火力發電廠叫做熱電廠（也叫熱電站）。熱電廠能較充分地利用發電廠釋放的廢熱，使燃料得到充分利用。

以燃用煤粉的發電廠為例，火力發電廠的生產過程是：把煤粉送到鍋爐中燃燒。放出熱量，加熱鍋爐中的水，產生具有一定温度和壓強的蒸汽。這個過程是把燃料的化學能轉化成蒸汽的內能。再將具有一定温度和壓強的蒸汽送入汽輪機內，帶動汽輪機轉子旋轉。這個過程是把蒸汽的內能轉化成汽輪機的機械能。汽輪機帶動同一軸上的發電機旋轉而發出電來。這一過程是把機械能轉化為電能。根據火力發電廠的生產過程，其生產系統主要包括汽水系統、燃燒系統及電氣系統。在火力發電廠的生產過程中，進入汽輪機中的高壓熱蒸汽不斷膨脹，流速增大，衝動汽輪機轉子帶動發電機發電。在膨脹過程中，蒸汽的壓強和温度不斷降低，最後排入冷凝器中。在冷凝器中，汽輪機排出的蒸汽被冷卻水冷卻，成為凝結水，凝結水經水泵升壓後，重新打回鍋爐中，構成一個閉合的熱力循環系統。但其循環的熱效率很低，一般很少超過40%，這就説明燃料所發出的熱量中有60%損失掉了，而其中絕大部分是蒸汽在冷凝器中傳遞給冷卻水的熱量。一般冷卻水吸熱後温度要升高10℃左右。凝結1千克蒸汽，需要通過冷凝器的冷卻水質量差不多是蒸汽質量的40～50倍。大量的冷卻水，帶走了大量的熱量。但是由於水量龐大，水温較低，這部分熱量很難利用，經常是把帶走大量熱量的冷卻水送到河流或冷卻水池中去，熱量白白損失在大氣中了。例如國產的中壓2.5萬千瓦機組，進入冷凝器的蒸汽量為86噸/小時，冷卻水帶走的熱量約為1.9×10千焦/小時，相當於消耗標準煤6.4噸/小時。

如果能把這部分熱量利用起來，就可以提高燃料利用率，發電廠的經濟效益就能提高。我們知道某些工業需要利用低壓蒸汽，如化工、印染、造紙、棉紡等工廠，而這些工廠常是自備鍋爐供給蒸汽；又如廠礦、機關、學校等單位和家屬區的供暖和生活用水也都要自備鍋爐供給蒸汽和熱水。如果利用電廠的蒸汽來解決它們的供熱需要，就可以節省許多低壓鍋爐，無需添置設備和消耗燃料。節省大量的人力、物力。熱電廠就是這樣一種既供電又供熱的發電廠。排汽壓超過10帕（1大氣壓），排汽全部供給熱用户使用的汽輪機叫做背壓式汽輪機。以用背壓式汽輪機供熱的熱電廠為例，它的供熱過程是，由鍋爐產生的蒸汽，進入汽輪機做功。排汽不經過冷凝器直接送到熱用户使用，回收的凝結水經給水泵再送至鍋爐。由於這種供熱方式的熱電廠不需冷凝汽及其附屬設備，使得設備簡單投資少。 ^[2] 

1、火力發電廠，狹義的是指用煤發電的燃煤電廠，廣義的還包括燃氣（天然氣）、燃油（柴油等）電廠和垃圾電廠等。一般指的火電廠，是指純發電的電廠。

2、熱電站，指的是供熱和供電聯合進行的電廠，專業上叫熱電聯供。熱電站一般也是用煤發電。

3、燃煤電廠的流程

煤經碎煤機、磨煤機磨細後噴入鍋爐燃燒，將已經預熱的補給水在水冷壁中加熱到飽和温度，並在過熱器中加熱到高温高壓的過熱蒸汽，過熱蒸汽進入汽輪機帶動汽輪機以3000r/min的速度旋轉，汽輪機帶動發電機一起旋轉，發電機與勵磁機配合發出電能供出。汽輪機做功後的乏汽在凝汽器中冷凝後重新經過加熱器、省煤器預熱進入鍋爐循環。

4、供熱電站流程

供熱電站的流程與燃煤電廠流程大致相同，只是在汽輪機做功的過程中，從汽輪機的某一級抽出部分負荷供熱要求的蒸汽直接或經過鍋爐再熱後供給各熱用户（熱用户是指使用熱電站供汽的用户）。供熱方式有直接供汽和供熱水兩種方式，根據熱用户的要求而定。熱電機組相對純燃煤機組而言，其水的損失更大，因此補給水量比較大。

5、從經濟性分析，同容量機組而言，供熱機組的整體經濟性比純燃煤機組的好，但因熱電站相對容量都比較小（國內最大的是300MW），與大容量機組（1000MW）相比較，經濟性又差很多。

太陽能光伏（ photovoltaic，PV）發電和光熱（ concentrating solar power，CSP）發電是大容量太陽能發電的兩種主要技術路線。其中，PV發電已經受到了廣泛關注，在其建模、控制、優化調度以及對系統的影響等方面，已有較多成熟的研究成果。但隨着技術的不斷改進， CSP也逐漸進入了快速增長期， 至2009年4月，全球裝機總容量已達1.2GW；預計2014年底將達到13.9GW。相比PV發電，CSP發電的研究還相對滯後。

在 CSP系統中，光能被聚集起來對特定的介質加熱，介質傳遞熱能，製造蒸汽驅動汽輪機組生產電力。菲涅爾反射鏡、 拋物面槽和聚光塔等是常見的聚光手段。隨着熔鹽儲能技術的成熟，儲熱系統已成為CSP系統的常見組成部分。相比電磁、化學以及機械等形式的儲能，基於熔鹽的儲熱同時兼具容量大、效率高和成本低等優勢。且CSP系統因含有熱交換環節而天然具備與TS結合的條件。配備了TS的CSP系統可在容量允許的範圍內對 CSP進行平移，使其成為一種可調度資源。典型CSP電站的TSS可在無光照條件下支持電站約15h的滿負荷發電，這使得CSP電站具有良好的調度特性。另外，CSP的熱交換系統具有較好的可控性和調節能力，能支持汽輪機組進行快速出力調節，具有與燃氣機組類似的爬坡能力，最快可以達 到每分鐘調節20%的裝機容量，遠高於普通火電機組每分鐘調節2%～5%的裝機容量。

為了研究CSP電站的運行，有學者致力於研究其仿真技術，其中由美國NREL開發的System Advisor Model（SAM）軟件中包含了非常詳細的模型，可用於分析CSP電站的運行特性和經濟性。也有研究對PV和CSP發電技術做了對比，結果表明，通常PV發電的土地利用率更高，而CSP發電在可調節性和環保性上具有優勢，它們的發電效率優劣則與光照條件有關。還有研究把CSP電站和碳捕集電站做了比較。相關文獻分析了CSP電站在特定光照條件和市場機制下的經濟價值，結果表明，利用TS，CSP電站能通過制定合理的交易策略獲取更高收益。文獻則更具體地分析了CSP電站容量和價值的關係。文獻中均建立了CSP電站的數學模型，但主要被用於分析CSP電站在給定價格曲線時的經濟價值，未考慮爬坡、備用等因素，尚無法直接應用於含CSP電站的電網調度問題。總之，CSP電站本身的運行以及其收益—成本分析是研究的一個重點。CSP電站併網後，對電網調度運行的影響也值得關注。分析這些影響，並在此基礎上研究面向改善系統運行的CSP電站調度模型和方法是必要的，有望進一步提高CSP的競爭力。 ^[3]