霍林河循环经济示范工程绿色创新发展模式实践

王明策++李书硕

摘 要：在全球绿色低碳循环发展趋势下，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，全面节约和高效利用资源，树立节约循环利用的资源观，是现代能源企业发展的新方向。循环经济产业是绿色低碳发展之路的必然选择，面对日益增强的资源能源约束，如何通过技术创新升级改变传统高耗能产业的发展模式，也是企业自身可持续发展需要解决的重大课题。霍林河循环经济示范工程作为绿色循环发展探索实践的先行者和重要载体，依托霍林河地区现有的煤、电、铝产业，利用当地风能、劣质煤资源，建设了以绿色清洁能源为主导、劣质煤火电为基础、局域电网为保障的循环经济产业链。本文介绍了霍林河循环经济示范工程绿色创新发展实践、局域电网运行特点及取得的技术成果，介绍了低热质煤炭、风能、电力、疏干水、运输等资源的节约型综合利用成果，风电就地消纳于高载能产业的新模式，项目取得的经济效益、环境效益、社会效益。本文介绍了项目在大比例消纳风电、节能减排、电力体制改革、低碳创新实践等方面的示范意义。

关键词：绿色低碳；循环经济；风电消纳；示范意义

中图分类号：F273.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0005-02

内蒙古东部地区有着丰富的煤炭资源和优质的风资源。其中，霍林河地区劣质褐煤资源储量约7850万吨，劣质煤无法外运，只能就地消耗或自燃，造成大量资源浪费和环境污染。优质的风资源适宜建设大规模风电场，但风电远距离输送和风电功率的随机波动，给电力系统运行与控制带来了困难，一直制约着霍林河地区风资源开发利用。霍林河循环经济示范工程通过实现产业电气系统互联、电力电量自平衡、局域电网调度自动化及安全稳定控制系统的实时调度和系统优化运行，实现对霍林河地区低热质煤炭、风能、电力、疏干水、运输等能源资源的节约型综合利用，促进了可再生能源和低热质褐煤资源的充分利用和资源高效就地转化。

1 示范工程项目概况

霍林河循环经济示范工程位于中国内蒙古自治区东部霍林河地区，是中国首个“风—电—铝”绿色产业链。霍林河循环经济示范工程依托已建成的8台火电机组，通过“上大压小”方式关停2台5万千瓦机组，新建2台35万千瓦火电机组和统一规划分步实施的80万千瓦风电；在原有网架结构的基础上，新建8回220千伏输电线路，扩建4座220千伏变电站，形成双环网供电网络；同步建设生产运营监控中心，配套建设局域电网调度自动化系统、双套独立通信网系统、安全稳定控制系统，实现对火电机组、风电机组、输电线路、铝厂负荷的调度生产指挥和管理。目前已形成总装机容量210万千瓦，其中火电装机180万千瓦，风电装机30万千瓦；220千伏线路19条，总里程154.22公里；220千伏变电站7座，110千伏变电站2座，变压器45台，总变电容量5749兆伏安；电解铝负荷133万千瓦，年产能81万吨。

示范工程积极响应国家关于“开发利用可再生资源”的能源政策，示范工程用煤发电、用电炼铝、以铝带电、以电促煤，通过实时调度和系统优化运行，实现对霍林河地区低热质煤炭的分级消纳，风能、电力、疏干水、运输等能源资源的节约型综合利用，促进了可再生能源和低热质褐煤资源的充分利用和资源高效就地转化。示范工程对总结火电、风电动态互补运行经验，寻求抑制风电波动对电网影响的有效措施，以及大比例消纳风、光等新能源发电途径提供了有益经验示范。

2 项目运行特点

（1）独具特色的局域电网。局域电网内单机容量大、负荷高、又含有大规模的风电；电解铝负荷特性为刚性，不能长时间停电，功率平衡控制只能切除每个电解铝系列的一台整流机组或切除一个系列；装机备用容量小，受风电特性影响，火电实时参与调峰，这对于系统自动化控制提出了更高的要求。（2）电解铝负荷的特殊性。电解铝生产过程依靠不间断供给电解槽直流电能，工艺要求电流恒定，若直流电流大幅度波动，会显著影响电解槽运行尤其是热平衡的稳定性，影响铝电解槽技术经济指标。电解铝负荷特性是恒功率负荷，对局域电网的调频控制与稳定提出了更高的要求。（3）大规模高比例风电接入。局域电网接入了300MW风电，风电作为一种间歇性能源，具有很强的随机性和不确定性，随着风电场容量的增加，风电的特性对电网安全稳定运行的影响也愈加显著，要求系统调峰能力和爬坡速度要满足风电变化需求。大规模高比例的风电接入对局域電网接纳能力提出了更高要求。

3 项目技术成果

（1）制定安全稳定控制策略，首次实现电源和负荷自动联动。电力监控指挥中心根据局域电网实际情况，通过安稳策略仿真试验、安稳装置安装调试、安稳策略复审、安稳定值计算等各项工作，确定多项控制策略，解决了不同运行方式下的系统安全稳定控制问题。（2）解决了系统谐波大风电无法并网的技术难题，实现国内首例风电场并入孤网系统运行。风电机组并入孤网系统运行初期，电解铝直流负荷特性造成孤网系统11次和13次谐波含量超标，风机脱网故障频繁。通过进行孤网系统各种工况谐波测试及谐波分析仿真试验后，研究制定治理方案，在负荷侧加装直挂式滤波装置，系统11次谐波电压畸变率降至0.15%、13次谐波电压畸变率降至0.28%，总谐波电压畸变率降至0.4%，低于国家电网谐波含量不大于2%的标准值。（3）基于863项目实现国内首例火电机组、风电机组和电解铝负荷协调闭环控制系统。通过充分利用火电机组和电解铝负荷的调节能力，建设动态控制系统，实现火电与风电动态互补，达到调节铝负荷母线电压显著调节铝负荷有功功率的预期效果，目前，含可再生能源的孤立电网实时监测与闭环控制已通过国家科技部评审验收。（4）局域电网调度自动化系统实用化功能持续改进。结合系统实际运行方式，重新研发调度自动化系统经济调度计划模块的控制程序，实现经济调度。不断优化风功率预测系统，提高预测准确性，满足局域电网火电为风电调峰，风电全额消纳需要。运用系统AGC功能，实现火电机组、风电机组AGC整体闭环调节。endprint

4 项目绿色创新实践

（1）实现了煤的分级利用。劣质煤就地转化，发电炼铝；中等品质煤供坑口电站，变输煤为输电；优质煤外送支持路口、港口电站发展。大幅减少了原来煤炭外运产生的碳排放和资源损失。（2）实现了水资源的综合节约利用。建立用水三级互补方式，以大量使用城市中水为主，以最大限度使用煤矿疏干水为辅，以最少量地表水为补给，降低水资源消耗，保护生态环境。每年使用城市中水365万立方米和煤矿疏干水150万立方米。（3）实现了电热联合利用。火电机组消耗劣质褐煤发电炼铝的同时，实施热电联产、热电联供、热电联销。热电联产替代霍林河地区城镇居民分户采暖低效小锅炉40余座，供热面积达450多万平方米，解决了小锅炉燃煤环境污染问题。（4）实现了铝能源储备利用。电解铝产品将劣质煤就地全部转化和能量的有效储存，实现资源的可再生利用。81万吨电解铝产能每年将1000万吨劣质褐煤和10亿千瓦时风电的能量储存在铝产品中。（5）实现了智能电网高效利用清洁能源。以全部消纳风电为目标，通过火电为主调峰和铝负荷参与调解，与安稳控制、调度自动化、实时监测与闭环控制系统相结合，建设环保经济、安全可靠的新型现代化智能电网。智能电网内风电渗透率已达到38.25%。

5 项目示范意义

（1）在大比例消纳可再生能源方面示范意义显著。局域电网风机等效利用小时数达到3200小时左右，远远高于本地区风电场平均值，处于全国领先水平，在企业自备局域电网风火互补运行和对局域电网大比例接纳风电方面积累了一定的经验，尤其对风资源丰富地区推广局域电网大规模接纳可再生能源就地消纳能力，形成“煤、电、铝”绿色循环经济产业链具有重要的借鉴作用和示范意义。（2）在节能减排方面为高载能产业低碳清洁发展起到了良好示范作用。火电机组年消耗劣质褐煤1000万吨左右，解决了低热值劣质褐煤外销不出去露天堆放自燃对污染环境的问题，提高了资源利用率，保护了环境。风电年发电量约10亿千瓦时，可减少燃煤75万吨，减排二氧化硫171吨，氮氧化物302吨，二氧化碳70万吨，环保减排效果十分明显。2014年12月，霍林河循环经济示范工程在秘鲁联合国气候大会上获得了由联合国气候变化框架公约组织、中国低碳联盟、美国环保协会、中国低碳减排专委会联合颁发的“今日变革进步奖”。（3）项目适应电力体制改革发展新形势。霍林河循环经济示范工程整体建成投运后，使清洁能源的使用效率达到国内领先水平，成功解决了炼铝成本过高和当地褐煤污染的难题，实现了可观的经济效益和环境效益，在绿色低碳实践方面进行了探索与创新，对其他产业集群发展有示范意义，对区域型微电网体系建设有实践意义，对优质风资源大比例就地消纳有借鉴意义，对电力企业低碳发展起到了推动作用。项目具备“发-配-售”的一体化优势，霍林河地区高载能用电企业较多，配售电市场发展前景广阔。下一步将依托局域电网在配售电上的优势，积极开展配售电方面工作，把富余的电量销售出去，最大限度释放循环经济总体效益。（4）项目经济效益明显，企业成本大幅度下降。电解铝吨铝生产成本降低明显。2015年供电单位全成本完成0.2068元/千瓦时，同比降低0.0503元/千瓦时，折合电解铝吨铝供电单位成本降低684元/吨，降低供电成本5.82亿元。2016年供电单位全成本完成0.2062元/千瓦时。2017年6月，霍林河循环经济示范工程荣获“2016-2017年度国家优质投资项目奖”。（5）为我国能源产業结构布局和优化调整进行了有益探索和良好实践。依托霍林河循环经济示范项目，完成了国家能源局、国家科技部多项课题，为我国能源结构政策研究、高载能产业优化调整、能源产业布局进行了有益的探索和实践。为在我国风能富集区，利用风电建成若干个整合资源、高载能、低成本、具有国际竞争力的绿色重化工园区，打造风电铝等有色冶金产业链起到了良好的示范作用。（6）探索出了“四位一体”的低碳创新模式。以循环经济作为构建低碳模式的载体，以清洁能源作为强化低碳程度的内核，以先进技术作为提升减碳能力的支撑，以优化管理作为深挖减碳空间的保障。从近年来霍林河循环经济示范项目的实践来看，“四位一体”的低碳创新模式对降低整个循环经济示范工程的碳排放量产生了显著的效益，有效降低了企业的碳排放强度和碳排放成本，是对电力行业在低碳化道路上的一次有益的探索和尝试。

6 发展与展望

霍林河循环经济局域电网规划研究基础夯实，双环网的网架结构坚强可靠，风电大比例接入，调度自动化和安全稳定控制系统达到了实用化标准，具有一定规模和发展潜力，具有智慧能源网的发展基础。依托循环经济局域电网打造智慧能源网，进一步提升局域电网安全性、可靠性、经济性、先进性、示范性。endprint