霍林河循環經濟示范工程綠色創新發展模式實踐

王明策++李書碩

摘 要：在全球綠色低碳循環發展趨勢下，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系，全面節約和高效利用資源，樹立節約循環利用的資源觀，是現代能源企業發展的新方向。循環經濟產業是綠色低碳發展之路的必然選擇，面對日益增強的資源能源約束，如何通過技術創新升級改變傳統高耗能產業的發展模式，也是企業自身可持續發展需要解決的重大課題。霍林河循環經濟示范工程作為綠色循環發展探索實踐的先行者和重要載體，依托霍林河地區現有的煤、電、鋁產業，利用當地風能、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、局域電網為保障的循環經濟產業鏈。本文介紹了霍林河循環經濟示范工程綠色創新發展實踐、局域電網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、運輸等資源的節約型綜合利用成果，風電就地消納于高載能產業的新模式，項目取得的經濟效益、環境效益、社會效益。本文介紹了項目在大比例消納風電、節能減排、電力體制改革、低碳創新實踐等方面的示范意義。

關鍵詞：綠色低碳；循環經濟；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

內蒙古東部地區有著豐富的煤炭資源和優質的風資源。其中，霍林河地區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境污染。優質的風資源適宜建設大規模風電場，但風電遠距離輸送和風電功率的隨機波動，給電力系統運行與控制帶來了困難，一直制約著霍林河地區風資源開發利用。霍林河循環經濟示范工程通過實現產業電氣系統互聯、電力電量自平衡、局域電網調度自動化及安全穩定控制系統的實時調度和系統優化運行，實現對霍林河地區低熱質煤炭、風能、電力、疏干水、運輸等能源資源的節約型綜合利用，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

霍林河循環經濟示范工程位于中國內蒙古自治區東部霍林河地區，是中國首個“風—電—鋁”綠色產業鏈。霍林河循環經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一規劃分步實施的80萬千瓦風電；在原有網架結構的基礎上，新建8回220千伏輸電線路，擴建4座220千伏變電站，形成雙環網供電網絡；同步建設生產運營監控中心，配套建設局域電網調度自動化系統、雙套獨立通信網系統、安全穩定控制系統，實現對火電機組、風電機組、輸電線路、鋁廠負荷的調度生產指揮和管理。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，年產能81萬噸。

示范工程積極響應國家關于“開發利用可再生資源”的能源政策，示范工程用煤發電、用電煉鋁、以鋁帶電、以電促煤，通過實時調度和系統優化運行，實現對霍林河地區低熱質煤炭的分級消納，風能、電力、疏干水、運輸等能源資源的節約型綜合利用，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、風電動態互補運行經驗，尋求抑制風電波動對電網影響的有效措施，以及大比例消納風、光等新能源發電途徑提供了有益經驗示范。

2 項目運行特點

（1）獨具特色的局域電網。局域電網內單機容量大、負荷高、又含有大規模的風電；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定性，影響鋁電解槽技術經濟指標。電解鋁負荷特性是恒功率負荷，對局域電網的調頻控制與穩定提出了更高的要求。（3）大規模高比例風電接入。局域電網接入了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，風電的特性對電網安全穩定運行的影響也愈加顯著，要求系統調峰能力和爬坡速度要滿足風電變化需求。大規模高比例的風電接入對局域電網接納能力提出了更高要求。

3 項目技術成果

（1）制定安全穩定控制策略，首次實現電源和負荷自動聯動。電力監控指揮中心根據局域電網實際情況，通過安穩策略仿真試驗、安穩裝置安裝調試、安穩策略復審、安穩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安全穩定控制問題。（2）解決了系統諧波大風電無法并網的技術難題，實現國內首例風電場并入孤網系統運行。風電機組并入孤網系統運行初期，電解鋁直流負荷特性造成孤網系統11次和13次諧波含量超標，風機脫網故障頻繁。通過進行孤網系統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%，低于國家電網諧波含量不大于2%的標準值。（3）基于863項目實現國內首例火電機組、風電機組和電解鋁負荷協調閉環控制系統。通過充分利用火電機組和電解鋁負荷的調節能力，建設動態控制系統，實現火電與風電動態互補，達到調節鋁負荷母線電壓顯著調節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實時監測與閉環控制已通過國家科技部評審驗收。（4）局域電網調度自動化系統實用化功能持續改進。結合系統實際運行方式，重新研發調度自動化系統經濟調度計劃模塊的控制程序，實現經濟調度。不斷優化風功率預測系統，提高預測準確性，滿足局域電網火電為風電調峰，風電全額消納需要。運用系統AGC功能，實現火電機組、風電機組AGC整體閉環調節。endprint

4 項目綠色創新實踐

（1）實現了煤的分級利用。劣質煤就地轉化，發電煉鋁；中等品質煤供坑口電站，變輸煤為輸電；優質煤外送支持路口、港口電站發展。大幅減少了原來煤炭外運產生的碳排放和資源損失。（2）實現了水資源的綜合節約利用。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，保護生態環境。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）實現了電熱聯合利用。火電機組消耗劣質褐煤發電煉鋁的同時，實施熱電聯產、熱電聯供、熱電聯銷。熱電聯產替代霍林河地區城鎮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境污染問題。（4）實現了鋁能源儲備利用。電解鋁產品將劣質煤就地全部轉化和能量的有效儲存，實現資源的可再生利用。81萬噸電解鋁產能每年將1000萬噸劣質褐煤和10億千瓦時風電的能量儲存在鋁產品中。（5）實現了智能電網高效利用清潔能源。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，與安穩控制、調度自動化、實時監測與閉環控制系統相結合，建設環保經濟、安全可靠的新型現代化智能電網。智能電網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。局域電網風機等效利用小時數達到3200小時左右，遠遠高于本地區風電場平均值，處于全國領先水平，在企業自備局域電網風火互補運行和對局域電網大比例接納風電方面積累了一定的經驗，尤其對風資源豐富地區推廣局域電網大規模接納可再生能源就地消納能力，形成“煤、電、鋁”綠色循環經濟產業鏈具有重要的借鑒作用和示范意義。（2）在節能減排方面為高載能產業低碳清潔發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境的問題，提高了資源利用率，保護了環境。風電年發電量約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，環保減排效果十分明顯。2014年12月，霍林河循環經濟示范工程在秘魯聯合國氣候大會上獲得了由聯合國氣候變化框架公約組織、中國低碳聯盟、美國環保協會、中國低碳減排專委會聯合頒發的“今日變革進步獎”。（3）項目適應電力體制改革發展新形勢。霍林河循環經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地褐煤污染的難題，實現了可觀的經濟效益和環境效益，在綠色低碳實踐方面進行了探索與創新，對其他產業集群發展有示范意義，對區域型微電網體系建設有實踐意義，對優質風資源大比例就地消納有借鑒意義，對電力企業低碳發展起到了推動作用。項目具備“發-配-售”的一體化優勢，霍林河地區高載能用電企業較多，配售電市場發展前景廣闊。下一步將依托局域電網在配售電上的優勢，積極開展配售電方面工作，把富余的電量銷售出去，最大限度釋放循環經濟總體效益。（4）項目經濟效益明顯，企業成本大幅度下降。電解鋁噸鋁生產成本降低明顯。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，霍林河循環經濟示范工程榮獲“2016-2017年度國家優質投資項目獎”。（5）為我國能源產業結構布局和優化調整進行了有益探索和良好實踐。依托霍林河循環經濟示范項目，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、高載能產業優化調整、能源產業布局進行了有益的探索和實踐。為在我國風能富集區，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，打造風電鋁等有色冶金產業鏈起到了良好的示范作用。（6）探索出了“四位一體”的低碳創新模式。以循環經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，以優化管理作為深挖減碳空間的保障。從近年來霍林河循環經濟示范項目的實踐來看，“四位一體”的低碳創新模式對降低整個循環經濟示范工程的碳排放量產生了顯著的效益，有效降低了企業的碳排放強度和碳排放成本，是對電力行業在低碳化道路上的一次有益的探索和嘗試。

6 發展與展望

霍林河循環經濟局域電網規劃研究基礎夯實，雙環網的網架結構堅強可靠，風電大比例接入，調度自動化和安全穩定控制系統達到了實用化標準，具有一定規模和發展潛力，具有智慧能源網的發展基礎。依托循環經濟局域電網打造智慧能源網，進一步提升局域電網安全性、可靠性、經濟性、先進性、示范性。endprint