王明策++李書碩

摘 要：在全球綠色低碳循環(huán)發(fā)展趨勢下，建設清潔低碳、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)濟產(chǎn)業(yè)是綠色低碳發(fā)展之路的必然選擇，面對日益增強的資源能源約束，如何通過技術創(chuàng)新升級改變傳統(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)濟示范工程作為綠色循環(huán)發(fā)展探索實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?shù)仫L能、劣質煤資源，建設了以綠色清潔能源為主導、劣質煤火電為基礎、局域電網(wǎng)為保障的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。本文介紹了霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程綠色創(chuàng)新發(fā)展實踐、局域電網(wǎng)運行特點及取得的技術成果，介紹了低熱質煤炭、風能、電力、疏干水、運輸?shù)荣Y源的節(jié)約型綜合利用成果，風電就地消納于高載能產(chǎn)業(yè)的新模式，項目取得的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益。本文介紹了項目在大比例消納風電、節(jié)能減排、電力體制改革、低碳創(chuàng)新實踐等方面的示范意義。

關鍵詞：綠色低碳；循環(huán)經(jīng)濟；風電消納；示范意義

中圖分類號：F273.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0005-02

內蒙古東部地區(qū)有著豐富的煤炭資源和優(yōu)質的風資源。其中，霍林河地區(qū)劣質褐煤資源儲量約7850萬噸，劣質煤無法外運，只能就地消耗或自燃，造成大量資源浪費和環(huán)境污染。優(yōu)質的風資源適宜建設大規(guī)模風電場，但風電遠距離輸送和風電功率的隨機波動，給電力系統(tǒng)運行與控制帶來了困難，一直制約著霍林河地區(qū)風資源開發(fā)利用?；袅趾友h(huán)經(jīng)濟示范工程通過實現(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)調度自動化及安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的實時調度和系統(tǒng)優(yōu)化運行，實現(xiàn)對霍林河地區(qū)低熱質煤炭、風能、電力、疏干水、運輸?shù)饶茉促Y源的節(jié)約型綜合利用，促進了可再生能源和低熱質褐煤資源的充分利用和資源高效就地轉化。

1 示范工程項目概況

霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程位于中國內蒙古自治區(qū)東部霍林河地區(qū)，是中國首個“風—電—鋁”綠色產(chǎn)業(yè)鏈?；袅趾友h(huán)經(jīng)濟示范工程依托已建成的8臺火電機組，通過“上大壓小”方式關停2臺5萬千瓦機組，新建2臺35萬千瓦火電機組和統(tǒng)一規(guī)劃分步實施的80萬千瓦風電；在原有網(wǎng)架結構的基礎上，新建8回220千伏輸電線路，擴建4座220千伏變電站，形成雙環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡；同步建設生產(chǎn)運營監(jiān)控中心，配套建設局域電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)、雙套獨立通信網(wǎng)系統(tǒng)、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對火電機組、風電機組、輸電線路、鋁廠負荷的調度生產(chǎn)指揮和管理。目前已形成總裝機容量210萬千瓦，其中火電裝機180萬千瓦，風電裝機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，總變電容量5749兆伏安；電解鋁負荷133萬千瓦，年產(chǎn)能81萬噸。

示范工程積極響應國家關于“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，通過實時調度和系統(tǒng)優(yōu)化運行，實現(xiàn)對霍林河地區(qū)低熱質煤炭的分級消納，風能、電力、疏干水、運輸?shù)饶茉促Y源的節(jié)約型綜合利用，促進了可再生能源和低熱質褐煤資源的充分利用和資源高效就地轉化。示范工程對總結火電、風電動態(tài)互補運行經(jīng)驗，尋求抑制風電波動對電網(wǎng)影響的有效措施，以及大比例消納風、光等新能源發(fā)電途徑提供了有益經(jīng)驗示范。

2 項目運行特點

（1）獨具特色的局域電網(wǎng)。局域電網(wǎng)內單機容量大、負荷高、又含有大規(guī)模的風電；電解鋁負荷特性為剛性，不能長時間停電，功率平衡控制只能切除每個電解鋁系列的一臺整流機組或切除一個系列；裝機備用容量小，受風電特性影響，火電實時參與調峰，這對于系統(tǒng)自動化控制提出了更高的要求。（2）電解鋁負荷的特殊性。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，會顯著影響電解槽運行尤其是熱平衡的穩(wěn)定性，影響鋁電解槽技術經(jīng)濟指標。電解鋁負荷特性是恒功率負荷，對局域電網(wǎng)的調頻控制與穩(wěn)定提出了更高的要求。（3）大規(guī)模高比例風電接入。局域電網(wǎng)接入了300MW風電，風電作為一種間歇性能源，具有很強的隨機性和不確定性，隨著風電場容量的增加，風電的特性對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響也愈加顯著，要求系統(tǒng)調峰能力和爬坡速度要滿足風電變化需求。大規(guī)模高比例的風電接入對局域電網(wǎng)接納能力提出了更高要求。

3 項目技術成果

（1）制定安全穩(wěn)定控制策略，首次實現(xiàn)電源和負荷自動聯(lián)動。電力監(jiān)控指揮中心根據(jù)局域電網(wǎng)實際情況，通過安穩(wěn)策略仿真試驗、安穩(wěn)裝置安裝調試、安穩(wěn)策略復審、安穩(wěn)定值計算等各項工作，確定多項控制策略，解決了不同運行方式下的系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制問題。（2）解決了系統(tǒng)諧波大風電無法并網(wǎng)的技術難題，實現(xiàn)國內首例風電場并入孤網(wǎng)系統(tǒng)運行。風電機組并入孤網(wǎng)系統(tǒng)運行初期，電解鋁直流負荷特性造成孤網(wǎng)系統(tǒng)11次和13次諧波含量超標，風機脫網(wǎng)故障頻繁。通過進行孤網(wǎng)系統(tǒng)各種工況諧波測試及諧波分析仿真試驗后，研究制定治理方案，在負荷側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%，低于國家電網(wǎng)諧波含量不大于2%的標準值。（3）基于863項目實現(xiàn)國內首例火電機組、風電機組和電解鋁負荷協(xié)調閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過充分利用火電機組和電解鋁負荷的調節(jié)能力，建設動態(tài)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)火電與風電動態(tài)互補，達到調節(jié)鋁負荷母線電壓顯著調節(jié)鋁負荷有功功率的預期效果，目前，含可再生能源的孤立電網(wǎng)實時監(jiān)測與閉環(huán)控制已通過國家科技部評審驗收。（4）局域電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)實用化功能持續(xù)改進。結合系統(tǒng)實際運行方式，重新研發(fā)調度自動化系統(tǒng)經(jīng)濟調度計劃模塊的控制程序，實現(xiàn)經(jīng)濟調度。不斷優(yōu)化風功率預測系統(tǒng)，提高預測準確性，滿足局域電網(wǎng)火電為風電調峰，風電全額消納需要。運用系統(tǒng)AGC功能，實現(xiàn)火電機組、風電機組AGC整體閉環(huán)調節(jié)。endprint

4 項目綠色創(chuàng)新實踐

（1）實現(xiàn)了煤的分級利用。劣質煤就地轉化，發(fā)電煉鋁；中等品質煤供坑口電站，變輸煤為輸電；優(yōu)質煤外送支持路口、港口電站發(fā)展。大幅減少了原來煤炭外運產(chǎn)生的碳排放和資源損失。（2）實現(xiàn)了水資源的綜合節(jié)約利用。建立用水三級互補方式，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給，降低水資源消耗，保護生態(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）實現(xiàn)了電熱聯(lián)合利用?；痣姍C組消耗劣質褐煤發(fā)電煉鋁的同時，實施熱電聯(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450多萬平方米，解決了小鍋爐燃煤環(huán)境污染問題。（4）實現(xiàn)了鋁能源儲備利用。電解鋁產(chǎn)品將劣質煤就地全部轉化和能量的有效儲存，實現(xiàn)資源的可再生利用。81萬噸電解鋁產(chǎn)能每年將1000萬噸劣質褐煤和10億千瓦時風電的能量儲存在鋁產(chǎn)品中。（5）實現(xiàn)了智能電網(wǎng)高效利用清潔能源。以全部消納風電為目標，通過火電為主調峰和鋁負荷參與調解，與安穩(wěn)控制、調度自動化、實時監(jiān)測與閉環(huán)控制系統(tǒng)相結合，建設環(huán)保經(jīng)濟、安全可靠的新型現(xiàn)代化智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)內風電滲透率已達到38.25%。

5 項目示范意義

（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)風機等效利用小時數(shù)達到3200小時左右，遠遠高于本地區(qū)風電場平均值，處于全國領先水平，在企業(yè)自備局域電網(wǎng)風火互補運行和對局域電網(wǎng)大比例接納風電方面積累了一定的經(jīng)驗，尤其對風資源豐富地區(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。火電機組年消耗劣質褐煤1000萬噸左右，解決了低熱值劣質褐煤外銷不出去露天堆放自燃對污染環(huán)境的問題，提高了資源利用率，保護了環(huán)境。風電年發(fā)電量約10億千瓦時，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)濟示范工程在秘魯聯(lián)合國氣候大會上獲得了由聯(lián)合國氣候變化框架公約組織、中國低碳聯(lián)盟、美國環(huán)保協(xié)會、中國低碳減排專委會聯(lián)合頒發(fā)的“今日變革進步獎”。（3）項目適應電力體制改革發(fā)展新形勢?；袅趾友h(huán)經(jīng)濟示范工程整體建成投運后，使清潔能源的使用效率達到國內領先水平，成功解決了煉鋁成本過高和當?shù)睾置何廴镜碾y題，實現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，在綠色低碳實踐方面進行了探索與創(chuàng)新，對其他產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展有示范意義，對區(qū)域型微電網(wǎng)體系建設有實踐意義，對優(yōu)質風資源大比例就地消納有借鑒意義，對電力企業(yè)低碳發(fā)展起到了推動作用。項目具備“發(fā)-配-售”的一體化優(yōu)勢，霍林河地區(qū)高載能用電企業(yè)較多，配售電市場發(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，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)濟總體效益。（4）項目經(jīng)濟效益明顯，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，同比降低0.0503元/千瓦時，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。2017年6月，霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程榮獲“2016-2017年度國家優(yōu)質投資項目獎”。（5）為我國能源產(chǎn)業(yè)結構布局和優(yōu)化調整進行了有益探索和良好實踐。依托霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范項目，完成了國家能源局、國家科技部多項課題，為我國能源結構政策研究、高載能產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調整、能源產(chǎn)業(yè)布局進行了有益的探索和實踐。為在我國風能富集區(qū)，利用風電建成若干個整合資源、高載能、低成本、具有國際競爭力的綠色重化工園區(qū)，打造風電鋁等有色冶金產(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)濟作為構建低碳模式的載體，以清潔能源作為強化低碳程度的內核，以先進技術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)濟示范項目的實踐來看，“四位一體”的低碳創(chuàng)新模式對降低整個循環(huán)經(jīng)濟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)的碳排放強度和碳排放成本，是對電力行業(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)濟局域電網(wǎng)規(guī)劃研究基礎夯實，雙環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)架結構堅強可靠，風電大比例接入，調度自動化和安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)達到了實用化標準，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。依托循環(huán)經(jīng)濟局域電網(wǎng)打造智慧能源網(wǎng)，進一步提升局域電網(wǎng)安全性、可靠性、經(jīng)濟性、先進性、示范性。endprint