黃智，董建勛，李曉民，顧榮偉

國家電投集團循環(huán)經(jīng)濟示范工程創(chuàng)新實踐及經(jīng)驗

黃智1，董建勛2，李曉民1，顧榮偉1

（1.國家電力投資集團有限公司，北京 100029；2.中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽 110179）

國家電投集團根據(jù)國家大力發(fā)展新能源的形勢及蒙東地區(qū)具有豐富的風(fēng)能資源的實際，開展技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新，建設(shè)了循環(huán)經(jīng)濟示范工程，實現(xiàn)了當?shù)氐唾|(zhì)煤和風(fēng)能資源的就地大規(guī)模利用，降低了生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭實力。項目實踐表明，緊密結(jié)合企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和實際需求來開展創(chuàng)新，在項目中合理采用多種創(chuàng)新形式組合，結(jié)合項目實際采取科學(xué)、合理的創(chuàng)新項目管理模式，能夠控制創(chuàng)新風(fēng)險，提高創(chuàng)新的成功率。

循環(huán)經(jīng)濟；示范工程；產(chǎn)業(yè)鏈；煤炭

1 背景

國家電力投資集團有限公司（簡稱“國家電投集團”）在內(nèi)蒙古東部地區(qū)（簡稱“蒙東地區(qū)”）擁有較大的褐煤資源儲量。褐煤長途運輸既不經(jīng)濟又污染環(huán)境，為解決褐煤的就地消納問題，國家電投集團在當?shù)亟ㄔO(shè)了數(shù)臺坑口燃煤發(fā)電機組，同時，建設(shè)了產(chǎn)能較大的電解鋁生產(chǎn)線，形成了煤炭采掘、用煤發(fā)電、用電煉鋁的產(chǎn)業(yè)鏈，并進行煤炭、電力（通過東北電網(wǎng)）和鋁產(chǎn)品外銷。

電解鋁生產(chǎn)工藝要消耗大量的電能，用電成本占電解鋁生產(chǎn)成本的30%～40%，是主要的生產(chǎn)成本。由于受電網(wǎng)壟斷影響，蒙東地區(qū)電解鋁生產(chǎn)只能使用網(wǎng)電（即從電網(wǎng)購電），而網(wǎng)電價格較高，致使電解鋁生產(chǎn)用電成本居高不下。同時，隨著國內(nèi)電解鋁產(chǎn)能的不斷增加，電解鋁市場競爭日趨激烈，導(dǎo)致鋁價大幅下降，使得電解鋁生產(chǎn)企業(yè)連年虧損。國家電投集團根據(jù)國家大力發(fā)展新能源的形勢及蒙東地區(qū)具有豐富的新能源資源的實際，提出以蒙東地區(qū)現(xiàn)有煤、電、鋁產(chǎn)業(yè)設(shè)施為基礎(chǔ)，以技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新為途徑，以循環(huán)經(jīng)濟模式為載體，建設(shè)以含大規(guī)?？稍偕茉吹木钟螂娋W(wǎng)為核心的循環(huán)經(jīng)濟示范工程，對當?shù)孛禾抠Y源、風(fēng)資源進行充分利用，實現(xiàn)電力自發(fā)自用，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭實力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。該循環(huán)經(jīng)濟示范工程項目獲得了國家能源局的批準。

2 工程方案

該循環(huán)經(jīng)濟示范工程的創(chuàng)新目標為：建立包括自有燃煤發(fā)電機組、風(fēng)力發(fā)電站、電解鋁生產(chǎn)廠在內(nèi)的局域電網(wǎng)，實現(xiàn)電力的自發(fā)自用，降低電解鋁成本，提高鋁產(chǎn)品市場競爭力，為解決當?shù)仫L(fēng)能消納問題提供新途徑；風(fēng)能發(fā)電由于其具有的隨機性、波動性、間歇性，使得并網(wǎng)新能源電站普遍存在棄風(fēng)現(xiàn)象，本工程試圖通過局域電網(wǎng)方式，大幅減少棄風(fēng)，實現(xiàn)風(fēng)能的規(guī)?；?；實現(xiàn)當?shù)氐唾|(zhì)煤的就地利用，即通過煤—電—鋁產(chǎn)業(yè)鏈，使當?shù)氐唾|(zhì)煤通過轉(zhuǎn)化為電力，并用于電解鋁生產(chǎn)。

為達到上述目標，在蒙東地區(qū)現(xiàn)有煤、電、鋁生產(chǎn)設(shè)施的基礎(chǔ)上，該工程項目新建2臺燃用當?shù)睾置旱拇笮桶l(fā)電機組，并建設(shè)較大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場，完善配套局域電網(wǎng)設(shè)施，形成風(fēng)電和火電并網(wǎng)運行的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時建設(shè)局域電網(wǎng)監(jiān)測控制指揮系統(tǒng)，通過自動協(xié)調(diào)控制手段，實現(xiàn)發(fā)電與用電負荷的有機結(jié)合。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新

本工程局域電網(wǎng)與國內(nèi)外相關(guān)研究和已有工程案例相比，具有燃煤發(fā)電機組單機容量較大、風(fēng)電規(guī)模較大的特點，也與國內(nèi)外研究較多的微電網(wǎng)有較大差別。電解鋁生產(chǎn)工藝對供電負荷穩(wěn)定性的要求較高，局域電網(wǎng)采用孤網(wǎng)運行方式，對火電機組、風(fēng)電場和電解鋁負荷的自動調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)控制的要求很高。在本工程實施時，沒有國內(nèi)外的工程經(jīng)驗和研究成果可供借鑒，必須通過技術(shù)創(chuàng)新來解決。

國家電投集團牽頭組織其在蒙東地區(qū)的下屬區(qū)域公司、有關(guān)大學(xué)、研究院所、設(shè)計院、設(shè)備制造企業(yè)等單位，組成“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合創(chuàng)新團隊，確定了創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)問題，申報了國家“863計劃”課題，并得到國家科技部批準。課題圍繞含大規(guī)?？稍偕茉吹墓聧u型局域電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建及安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行開展研究。

技術(shù)創(chuàng)新主要分為以3個方面。

3.1 局域電網(wǎng)運行控制技術(shù)研究開發(fā)

含有大規(guī)模風(fēng)電（高滲透率）的局域電網(wǎng)的運行和控制具有很高的技術(shù)難度。創(chuàng)新團隊針對擬建設(shè)局域電網(wǎng)的運行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了該系統(tǒng)運行與控制中存在的技術(shù)難點，研究提出了孤島型局域電網(wǎng)頻率穩(wěn)定機理與負荷—頻率控制方法、電壓穩(wěn)定機理與動態(tài)電壓穩(wěn)定控制方法及大規(guī)?？稍偕茉唇尤牍聧u型局域電網(wǎng)的技術(shù)。

3.2 原有設(shè)備系統(tǒng)適應(yīng)于局域電網(wǎng)運行的技術(shù)改造

風(fēng)電具有隨機性、波動性和間歇性的特點，較大規(guī)模的風(fēng)電接入局域電網(wǎng)，極易造成局域電網(wǎng)負荷的較大波動，影響局域電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。為此提出采用電解鋁負荷與燃煤發(fā)電機組同時參與局域電網(wǎng)負荷（頻率）調(diào)節(jié)，平緩局域電網(wǎng)負荷波動的技術(shù)方案。為解決發(fā)電機組和電解鋁負荷無法滿足局域電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)要求的問題，通過現(xiàn)場試驗研究，提出了電解鋁負荷穩(wěn)流裝置控制系統(tǒng)和發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)改造方案，使其實現(xiàn)調(diào)頻穩(wěn)控的相關(guān)功能。

3.3 示范工程的運行管理

專門成立了循環(huán)經(jīng)濟示范工程電力監(jiān)控中心，對局域電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度進行總體監(jiān)控和管理，使技術(shù)創(chuàng)新成果能在工程運營中得到充分應(yīng)用，有效地保障了工程的經(jīng)濟效益。

4 工程運營效果

示范工程按期建成并順利實現(xiàn)商業(yè)運營，形成了大比例消納風(fēng)電的“煤—電—鋁”產(chǎn)業(yè)鏈，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了資源的充分利用，社會經(jīng)濟效益明顯。示范工程達到了創(chuàng)新目標。

風(fēng)能利用方面，示范工程局域電網(wǎng)風(fēng)電滲透率達到32.25%。實現(xiàn)風(fēng)電滿發(fā)全額消納，充分利用了當?shù)刎S富的風(fēng)能資源。風(fēng)機等效利用小時遠高于本地區(qū)風(fēng)電場平均值，處于全國領(lǐng)先水平。劣質(zhì)煤資源利用方面，示范工程火電機組燃用當?shù)氐蜔嶂岛置?，劣質(zhì)煤就地轉(zhuǎn)化利用率大幅提高，提高了資源利用率。經(jīng)濟效益方面，示范工程經(jīng)濟效益明顯，企業(yè)發(fā)成本和電解鋁用電成本大幅度下降，電解鋁總成本處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

5 總結(jié)經(jīng)驗

5.1 緊密結(jié)合企業(yè)需求來開展創(chuàng)新

企業(yè)作為創(chuàng)新主體，必須根據(jù)自身產(chǎn)業(yè)定位、競爭環(huán)境、發(fā)展戰(zhàn)略形成技術(shù)需求，同時結(jié)合需求確定創(chuàng)新方向、創(chuàng)新內(nèi)容和創(chuàng)新形式，組建創(chuàng)新團隊，依托創(chuàng)新項目實現(xiàn)成果落地。創(chuàng)新工作只有從企業(yè)實際和切實需求來開展，才能調(diào)動企業(yè)各方面的創(chuàng)新積極性，從而為克服創(chuàng)新過程中的阻力和風(fēng)險，保證創(chuàng)新項目的順利實施及創(chuàng)新成功提供強大驅(qū)動力和資源及組織保障。

5.2 合理采用多種創(chuàng)新形式

創(chuàng)新可以劃分為多種類型。在創(chuàng)新項目中，合理采用多種創(chuàng)新形式，優(yōu)化組合創(chuàng)新類型，可以降低創(chuàng)新風(fēng)險，節(jié)省創(chuàng)新資源的消耗，提高創(chuàng)新成功率。本案例與原有的煤、電、鋁生產(chǎn)模式相比，實際上是采用了新的商業(yè)模式（由局域電網(wǎng)支撐的煤—電（煤電+風(fēng)電）—鋁產(chǎn)業(yè)鏈），總體上屬于商業(yè)模式創(chuàng)新，為了實現(xiàn)這個商業(yè)模式，開展了技術(shù)研發(fā)、工藝流程創(chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用等技術(shù)創(chuàng)新。在項目實施過程中，盡可能采用先進成熟的設(shè)備和通過設(shè)備集成方式構(gòu)建局域電網(wǎng)系統(tǒng)，從而減少新技術(shù)研發(fā)量；通過仿真模擬手段對局域電網(wǎng)運行控制及故障預(yù)防進行系統(tǒng)地分析研究，從而降低了技術(shù)風(fēng)險，節(jié)省了研究開發(fā)資金，保證了項目的成功。

5.3 采取科學(xué)、合理的創(chuàng)新項目管理模式

在本項目實施前期，國家電投集團根據(jù)項目涉及到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計、設(shè)備制造、工程建設(shè)等多重任務(wù)的實際，組成以本企業(yè)為主導(dǎo)的、相關(guān)單位參加的“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合創(chuàng)新團隊。國家電投集團組織創(chuàng)新團隊共同確定創(chuàng)新目標和任務(wù)，根據(jù)參與單位各自優(yōu)勢，合理確定各單位承擔(dān)的子任務(wù)，制訂總?cè)蝿?wù)和子任務(wù)節(jié)點和階段目標。建立項目領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)機制、分工協(xié)作機制，并在項目實施過程中進行動態(tài)優(yōu)化調(diào)整。國家電投集團充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，指導(dǎo)各單位緊密圍繞項目創(chuàng)新目標，按計劃進度開展創(chuàng)新工作，保證項目資源及時到位，及時解決項目實施中出現(xiàn)的各種問題。

［1］許慶瑞.研究、發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新管理［M］.2版.北京：高等教育出版社，2010.

［2］陳勁，宋保華.首席創(chuàng)新官手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2017.

［3］STEGER U.能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

X324

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.051

2095－6835（2020）08－0118－02

黃智（1973—），男，工學(xué)碩士，高級工程師，研究方向為發(fā)電技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新管理。

〔編輯：張思楠〕