霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程綠色創(chuàng)新發(fā)展模式實(shí)踐

王明策++李書碩

摘 要：在全球綠色低碳循環(huán)發(fā)展趨勢(shì)下，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，全面節(jié)約和高效利用資源，樹立節(jié)約循環(huán)利用的資源觀，是現(xiàn)代能源企業(yè)發(fā)展的新方向。循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)是綠色低碳發(fā)展之路的必然選擇，面對(duì)日益增強(qiáng)的資源能源約束，如何通過技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)改變傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式，也是企業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展需要解決的重大課題?；袅趾友h(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程作為綠色循環(huán)發(fā)展探索實(shí)踐的先行者和重要載體，依托霍林河地區(qū)現(xiàn)有的煤、電、鋁產(chǎn)業(yè)，利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能、劣質(zhì)煤資源，建設(shè)了以綠色清潔能源為主導(dǎo)、劣質(zhì)煤火電為基礎(chǔ)、局域電網(wǎng)為保障的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。本文介紹了霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程綠色創(chuàng)新發(fā)展實(shí)踐、局域電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)及取得的技術(shù)成果，介紹了低熱質(zhì)煤炭、風(fēng)能、電力、疏干水、運(yùn)輸?shù)荣Y源的節(jié)約型綜合利用成果，風(fēng)電就地消納于高載能產(chǎn)業(yè)的新模式，項(xiàng)目取得的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益。本文介紹了項(xiàng)目在大比例消納風(fēng)電、節(jié)能減排、電力體制改革、低碳創(chuàng)新實(shí)踐等方面的示范意義。

關(guān)鍵詞：綠色低碳；循環(huán)經(jīng)濟(jì)；風(fēng)電消納；示范意義

中圖分類號(hào)：F273.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）19-0005-02

內(nèi)蒙古東部地區(qū)有著豐富的煤炭資源和優(yōu)質(zhì)的風(fēng)資源。其中，霍林河地區(qū)劣質(zhì)褐煤資源儲(chǔ)量約7850萬噸，劣質(zhì)煤無法外運(yùn)，只能就地消耗或自燃，造成大量資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。優(yōu)質(zhì)的風(fēng)資源適宜建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)，但風(fēng)電遠(yuǎn)距離輸送和風(fēng)電功率的隨機(jī)波動(dòng)，給電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制帶來了困難，一直制約著霍林河地區(qū)風(fēng)資源開發(fā)利用?；袅趾友h(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程通過實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)電氣系統(tǒng)互聯(lián)、電力電量自平衡、局域電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化及安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度和系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)霍林河地區(qū)低熱質(zhì)煤炭、風(fēng)能、電力、疏干水、運(yùn)輸?shù)饶茉促Y源的節(jié)約型綜合利用，促進(jìn)了可再生能源和低熱質(zhì)褐煤資源的充分利用和資源高效就地轉(zhuǎn)化。

1 示范工程項(xiàng)目概況

霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程位于中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)東部霍林河地區(qū)，是中國(guó)首個(gè)“風(fēng)—電—鋁”綠色產(chǎn)業(yè)鏈?；袅趾友h(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程依托已建成的8臺(tái)火電機(jī)組，通過“上大壓小”方式關(guān)停2臺(tái)5萬千瓦機(jī)組，新建2臺(tái)35萬千瓦火電機(jī)組和統(tǒng)一規(guī)劃分步實(shí)施的80萬千瓦風(fēng)電；在原有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，新建8回220千伏輸電線路，擴(kuò)建4座220千伏變電站，形成雙環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)；同步建設(shè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控中心，配套建設(shè)局域電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、雙套獨(dú)立通信網(wǎng)系統(tǒng)、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組、輸電線路、鋁廠負(fù)荷的調(diào)度生產(chǎn)指揮和管理。目前已形成總裝機(jī)容量210萬千瓦，其中火電裝機(jī)180萬千瓦，風(fēng)電裝機(jī)30萬千瓦；220千伏線路19條，總里程154.22公里；220千伏變電站7座，110千伏變電站2座，變壓器45臺(tái)，總變電容量5749兆伏安；電解鋁負(fù)荷133萬千瓦，年產(chǎn)能81萬噸。

示范工程積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于“開發(fā)利用可再生資源”的能源政策，示范工程用煤發(fā)電、用電煉鋁、以鋁帶電、以電促煤，通過實(shí)時(shí)調(diào)度和系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)霍林河地區(qū)低熱質(zhì)煤炭的分級(jí)消納，風(fēng)能、電力、疏干水、運(yùn)輸?shù)饶茉促Y源的節(jié)約型綜合利用，促進(jìn)了可再生能源和低熱質(zhì)褐煤資源的充分利用和資源高效就地轉(zhuǎn)化。示范工程對(duì)總結(jié)火電、風(fēng)電動(dòng)態(tài)互補(bǔ)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，尋求抑制風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)影響的有效措施，以及大比例消納風(fēng)、光等新能源發(fā)電途徑提供了有益經(jīng)驗(yàn)示范。

2 項(xiàng)目運(yùn)行特點(diǎn)

（1）獨(dú)具特色的局域電網(wǎng)。局域電網(wǎng)內(nèi)單機(jī)容量大、負(fù)荷高、又含有大規(guī)模的風(fēng)電；電解鋁負(fù)荷特性為剛性，不能長(zhǎng)時(shí)間停電，功率平衡控制只能切除每個(gè)電解鋁系列的一臺(tái)整流機(jī)組或切除一個(gè)系列；裝機(jī)備用容量小，受風(fēng)電特性影響，火電實(shí)時(shí)參與調(diào)峰，這對(duì)于系統(tǒng)自動(dòng)化控制提出了更高的要求。（2）電解鋁負(fù)荷的特殊性。電解鋁生產(chǎn)過程依靠不間斷供給電解槽直流電能，工藝要求電流恒定，若直流電流大幅度波動(dòng)，會(huì)顯著影響電解槽運(yùn)行尤其是熱平衡的穩(wěn)定性，影響鋁電解槽技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電解鋁負(fù)荷特性是恒功率負(fù)荷，對(duì)局域電網(wǎng)的調(diào)頻控制與穩(wěn)定提出了更高的要求。（3）大規(guī)模高比例風(fēng)電接入。局域電網(wǎng)接入了300MW風(fēng)電，風(fēng)電作為一種間歇性能源，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性，隨著風(fēng)電場(chǎng)容量的增加，風(fēng)電的特性對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響也愈加顯著，要求系統(tǒng)調(diào)峰能力和爬坡速度要滿足風(fēng)電變化需求。大規(guī)模高比例的風(fēng)電接入對(duì)局域電網(wǎng)接納能力提出了更高要求。

3 項(xiàng)目技術(shù)成果

（1）制定安全穩(wěn)定控制策略，首次實(shí)現(xiàn)電源和負(fù)荷自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。電力監(jiān)控指揮中心根據(jù)局域電網(wǎng)實(shí)際情況，通過安穩(wěn)策略仿真試驗(yàn)、安穩(wěn)裝置安裝調(diào)試、安穩(wěn)策略復(fù)審、安穩(wěn)定值計(jì)算等各項(xiàng)工作，確定多項(xiàng)控制策略，解決了不同運(yùn)行方式下的系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制問題。（2）解決了系統(tǒng)諧波大風(fēng)電無法并網(wǎng)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首例風(fēng)電場(chǎng)并入孤網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行。風(fēng)電機(jī)組并入孤網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行初期，電解鋁直流負(fù)荷特性造成孤網(wǎng)系統(tǒng)11次和13次諧波含量超標(biāo)，風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)故障頻繁。通過進(jìn)行孤網(wǎng)系統(tǒng)各種工況諧波測(cè)試及諧波分析仿真試驗(yàn)后，研究制定治理方案，在負(fù)荷側(cè)加裝直掛式濾波裝置，系統(tǒng)11次諧波電壓畸變率降至0.15%、13次諧波電壓畸變率降至0.28%，總諧波電壓畸變率降至0.4%，低于國(guó)家電網(wǎng)諧波含量不大于2%的標(biāo)準(zhǔn)值。（3）基于863項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首例火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和電解鋁負(fù)荷協(xié)調(diào)閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過充分利用火電機(jī)組和電解鋁負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力，建設(shè)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)火電與風(fēng)電動(dòng)態(tài)互補(bǔ)，達(dá)到調(diào)節(jié)鋁負(fù)荷母線電壓顯著調(diào)節(jié)鋁負(fù)荷有功功率的預(yù)期效果，目前，含可再生能源的孤立電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與閉環(huán)控制已通過國(guó)家科技部評(píng)審驗(yàn)收。（4）局域電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化功能持續(xù)改進(jìn)。結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方式，重新研發(fā)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)劃模塊的控制程序，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。不斷優(yōu)化風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，滿足局域電網(wǎng)火電為風(fēng)電調(diào)峰，風(fēng)電全額消納需要。運(yùn)用系統(tǒng)AGC功能，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組AGC整體閉環(huán)調(diào)節(jié)。endprint

4 項(xiàng)目綠色創(chuàng)新實(shí)踐

（1）實(shí)現(xiàn)了煤的分級(jí)利用。劣質(zhì)煤就地轉(zhuǎn)化，發(fā)電煉鋁；中等品質(zhì)煤供坑口電站，變輸煤為輸電；優(yōu)質(zhì)煤外送支持路口、港口電站發(fā)展。大幅減少了原來煤炭外運(yùn)產(chǎn)生的碳排放和資源損失。（2）實(shí)現(xiàn)了水資源的綜合節(jié)約利用。建立用水三級(jí)互補(bǔ)方式，以大量使用城市中水為主，以最大限度使用煤礦疏干水為輔，以最少量地表水為補(bǔ)給，降低水資源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。每年使用城市中水365萬立方米和煤礦疏干水150萬立方米。（3）實(shí)現(xiàn)了電熱聯(lián)合利用?；痣姍C(jī)組消耗劣質(zhì)褐煤發(fā)電煉鋁的同時(shí)，實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電聯(lián)供、熱電聯(lián)銷。熱電聯(lián)產(chǎn)替代霍林河地區(qū)城鎮(zhèn)居民分戶采暖低效小鍋爐40余座，供熱面積達(dá)450多萬平方米，解決了小鍋爐燃煤環(huán)境污染問題。（4）實(shí)現(xiàn)了鋁能源儲(chǔ)備利用。電解鋁產(chǎn)品將劣質(zhì)煤就地全部轉(zhuǎn)化和能量的有效儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)資源的可再生利用。81萬噸電解鋁產(chǎn)能每年將1000萬噸劣質(zhì)褐煤和10億千瓦時(shí)風(fēng)電的能量?jī)?chǔ)存在鋁產(chǎn)品中。（5）實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)高效利用清潔能源。以全部消納風(fēng)電為目標(biāo)，通過火電為主調(diào)峰和鋁負(fù)荷參與調(diào)解，與安穩(wěn)控制、調(diào)度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與閉環(huán)控制系統(tǒng)相結(jié)合，建設(shè)環(huán)保經(jīng)濟(jì)、安全可靠的新型現(xiàn)代化智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電滲透率已達(dá)到38.25%。

5 項(xiàng)目示范意義

（1）在大比例消納可再生能源方面示范意義顯著。局域電網(wǎng)風(fēng)機(jī)等效利用小時(shí)數(shù)達(dá)到3200小時(shí)左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)平均值，處于全國(guó)領(lǐng)先水平，在企業(yè)自備局域電網(wǎng)風(fēng)火互補(bǔ)運(yùn)行和對(duì)局域電網(wǎng)大比例接納風(fēng)電方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，尤其對(duì)風(fēng)資源豐富地區(qū)推廣局域電網(wǎng)大規(guī)模接納可再生能源就地消納能力，形成“煤、電、鋁”綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈具有重要的借鑒作用和示范意義。（2）在節(jié)能減排方面為高載能產(chǎn)業(yè)低碳清潔發(fā)展起到了良好示范作用?；痣姍C(jī)組年消耗劣質(zhì)褐煤1000萬噸左右，解決了低熱值劣質(zhì)褐煤外銷不出去露天堆放自燃對(duì)污染環(huán)境的問題，提高了資源利用率，保護(hù)了環(huán)境。風(fēng)電年發(fā)電量約10億千瓦時(shí)，可減少燃煤75萬噸，減排二氧化硫171噸，氮氧化物302噸，二氧化碳70萬噸，環(huán)保減排效果十分明顯。2014年12月，霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程在秘魯聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)上獲得了由聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約組織、中國(guó)低碳聯(lián)盟、美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì)、中國(guó)低碳減排專委會(huì)聯(lián)合頒發(fā)的“今日變革進(jìn)步獎(jiǎng)”。（3）項(xiàng)目適應(yīng)電力體制改革發(fā)展新形勢(shì)。霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程整體建成投運(yùn)后，使清潔能源的使用效率達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，成功解決了煉鋁成本過高和當(dāng)?shù)睾置何廴镜碾y題，實(shí)現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，在綠色低碳實(shí)踐方面進(jìn)行了探索與創(chuàng)新，對(duì)其他產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展有示范意義，對(duì)區(qū)域型微電網(wǎng)體系建設(shè)有實(shí)踐意義，對(duì)優(yōu)質(zhì)風(fēng)資源大比例就地消納有借鑒意義，對(duì)電力企業(yè)低碳發(fā)展起到了推動(dòng)作用。項(xiàng)目具備“發(fā)-配-售”的一體化優(yōu)勢(shì)，霍林河地區(qū)高載能用電企業(yè)較多，配售電市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。下一步將依托局域電網(wǎng)在配售電上的優(yōu)勢(shì)，積極開展配售電方面工作，把富余的電量銷售出去，最大限度釋放循環(huán)經(jīng)濟(jì)總體效益。（4）項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益明顯，企業(yè)成本大幅度下降。電解鋁噸鋁生產(chǎn)成本降低明顯。2015年供電單位全成本完成0.2068元/千瓦時(shí)，同比降低0.0503元/千瓦時(shí)，折合電解鋁噸鋁供電單位成本降低684元/噸，降低供電成本5.82億元。2016年供電單位全成本完成0.2062元/千瓦時(shí)。2017年6月，霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程榮獲“2016-2017年度國(guó)家優(yōu)質(zhì)投資項(xiàng)目獎(jiǎng)”。（5）為我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和優(yōu)化調(diào)整進(jìn)行了有益探索和良好實(shí)踐。依托霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范項(xiàng)目，完成了國(guó)家能源局、國(guó)家科技部多項(xiàng)課題，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)政策研究、高載能產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整、能源產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。為在我國(guó)風(fēng)能富集區(qū)，利用風(fēng)電建成若干個(gè)整合資源、高載能、低成本、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的綠色重化工園區(qū)，打造風(fēng)電鋁等有色冶金產(chǎn)業(yè)鏈起到了良好的示范作用。（6）探索出了“四位一體”的低碳創(chuàng)新模式。以循環(huán)經(jīng)濟(jì)作為構(gòu)建低碳模式的載體，以清潔能源作為強(qiáng)化低碳程度的內(nèi)核，以先進(jìn)技術(shù)作為提升減碳能力的支撐，以優(yōu)化管理作為深挖減碳空間的保障。從近年來霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范項(xiàng)目的實(shí)踐來看，“四位一體”的低碳創(chuàng)新模式對(duì)降低整個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程的碳排放量產(chǎn)生了顯著的效益，有效降低了企業(yè)的碳排放強(qiáng)度和碳排放成本，是對(duì)電力行業(yè)在低碳化道路上的一次有益的探索和嘗試。

6 發(fā)展與展望

霍林河循環(huán)經(jīng)濟(jì)局域電網(wǎng)規(guī)劃研究基礎(chǔ)夯實(shí)，雙環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)可靠，風(fēng)電大比例接入，調(diào)度自動(dòng)化和安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)達(dá)到了實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)，具有一定規(guī)模和發(fā)展?jié)摿?，具有智慧能源網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)。依托循環(huán)經(jīng)濟(jì)局域電網(wǎng)打造智慧能源網(wǎng)，進(jìn)一步提升局域電網(wǎng)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、示范性。endprint