基于水泥厂电能计量系统的新能源发电接入点的选择

周莹莹，田博，向峥，田哲

近年来，随着“智能化”和“双碳”概念的提出，光伏发电、风力发电、余热发电等新能源发电技术越来越广泛地应用于水泥工业领域。新能源发电系统接入到水泥厂电力系统后，并电网点的电压、电流，新能源发电系统的发电量、有功功率、无功功率等数据，应能被全面采集并实时上传至水泥厂电能管理系统和电网调度部门，这就要求水泥厂遵循“就地消纳”的原则，建立完善的电能计量与分析系统，合理选择新能源发电系统并入配电网的位置，从而保证水泥厂配电网运行的安全性、稳定性和经济性。本文以某水泥厂4 400t/d带窑外分解炉的新型干法水泥熟料生产线为例，阐述光伏发电、风力发电、余热发电等新能源发电系统并入水泥厂配电网时的接入点选择方案。

1 电能计量与分析系统布置方案

该水泥厂设一座总降压变电站，总降压变电站内设一台35 000kVA、110/10.5kV总降变压器，为水泥生产线所有设备提供电能。总降变压器110kV侧设0.2 级别精度电度表用于计费，总降变压器高低压侧所有10kV 出线回路均设置多功能智能仪表。所有智能仪表信号通过通讯总线进入总降压变电站后台系统和电能管理系统，总降压变电站后台系统通过调度设备网接入电能管理系统，与电网调度部门实现遥信功能，将智能仪表数据上传至电网调度部门。

本生产线10kV中压配电系统划分为4座配电站，供电范围如表1 所示。配电站中10kV 中压柜的进线柜安装了多功能智能仪表，车间内重要10kV设备，如主机回路、车间变压器回路等均单独设置多功能智能仪表。所有智能仪表信号通过通讯总线进入总降压变电站后台系统和电能管理系统。

根据生产工艺流程，结合总图布置及负荷分布情况，本生产线的380V低压配电系统划分为12个电力室，如表2所示。各低压电力室中，进线柜及为下级配电柜供电的馈电回路均设置具有通讯功能的多功能电表；同一工艺子项的设备，其配电开关均集中布置，并在主母线上口设置多功能智能仪表；非生产用电部分也单独设置多功能智能仪表；所有智能仪表信号通过通讯总线进入电能管理系统。

表2 生产线低压电力室供电范围的划分情况

综上可知，本生产线合理规划了电力室和配电站的供电范围，安装了合理数量的多功能智能仪表，表计采集信号由ModBus总线通讯，可有效保证数据的实时性和准确性。电能管理系统将采集到的数据进行记录存储，通过数据的计算、分析、查询和整合，以报表和图形的方式展示。此外，10kV及以上智能仪表均接入总降压变电站后台系统，可通过调度设备网接入电能管理系统，将数据上传至电网调度部门。

2 并网电压等级和容量要求

发改能源2013-1381《分布式发电管理暂行办法》（以下简称《办法》）中规定，分布式发电是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网，且在配电网系统以平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供电设施。《办法》中还明确，分布式发电包括以各个电压等级接入配电网的风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等新能源发电。水泥工厂的新能源发电即属于分布式发电范围。

新能源发电容量与接入配电网电压等级的关系见表3。根据Q/GDW 10370-2016《配电网技术导则》第11章“分布式电源接入”的要求，分布式电源接入配电网的电压等级，可根据装机容量进行初步选择。在分布式电源容量合计不超过配电变压器额定容量和线路允许载流的条件下，并网电压可参考表3。分布式电源可以通过专线或T接方式接入配电网系统，最终并网电压等级应根据电网条件，通过技术经济比较选择确定。若高低两级电压均具备接入条件，优先采用低电压等级接入。

表3 新能源发电容量与接入配电网电压等级的关系

结合以上要求及本生产线运行实际，拟规划光伏发电装机功率9.2MW、风力发电装机功率45.5MW，且配备一套7.5MW纯低温余热发电机组，总装机发电功率远期规划为61.86MW。

3 不同新能源发电系统接入配电网方案的选择

3.1 光伏发电接入方案

本生产线有大量可利用的平面布置光伏发电板，主要布置于建筑物顶部（33 826m2）、护坡（27 641m2）、绿化带（2 480m2）等。但这些可利用平面光伏发电板位置较为分散，面积有大有小，存在较大差异。如果将所有光伏发电板汇集至一个接入点，再引入水泥厂配电网，势必造成输电距离过长、电能损耗大、电缆量浪费大等问题。因此，结合光伏发电板在总图上的分布位置及电力室和配电站的位置，本生产线共设置了3 个光伏发电接入点，接入点参数设置见表4。

表4 光伏发电系统接入点参数设置

由表4可以看出，原料电力室的总装机负荷为1 734.16kW，光伏发电总装机容量为786.24kWp；原料磨配电站的总装机负荷为20 045.35kW，光伏发电总装机容量为5 198.58kWp；水泥磨配电站的总装机负荷为18 527.62kW，光伏发电总装机容量为3 291.3kWp。三个接入点的光伏发电总装机容量均远小于相应接入点的总装机负荷。初步推测，在不改变厂区原有供电、运行方式及水泥生产线全部正常运行的前提下，光伏发电产生的电量将基本全部用于厂内负荷供电。

3.2 风力发电接入方案

本生产线北侧为山脉，受遮挡严重，且周边居民区密集，因此厂区内仅规划2 台风力发电机组，共约9MW。而厂区周边有丰富的风力资源，可进行集中式风电场规划，结合当地的测风塔数据、地形图、地貌图、风场范围等情况，拟在厂区周边规划36MW风力发电场，包括8台机组及2座升压站。

按照如上规划，根据发电容量，本生产线风力发电推荐两个接入点：一是将厂区内的两台风力发电机组划为一组，就近接入厂区总降压变电站，通过单回路电缆线路与总降压变电站内10kV开关柜相连接；二是将厂区周边集中式风电场内规划的两座升压站，电压升至110kV，直接并入最近的国家电网110kV变电站，向电力系统输送电能。

3.3 余热发电接入方案

配套建设一套7.5MW 的纯低温余热发电系统，发电机端电压为10.5kV，发电机由余热电站10kV 母线经单回路电缆线路与总降变电站10kV母线连接，从而实现余热电站与电力系统并网运行，同期并网操作设在余热电站侧，并且在发电机出口断路器、电站侧发电机联络断路器处设置同期并网点。水泥厂负荷总装机容量为45MW，余热电站与电力系统并网运行后，发电量可全部用于厂内负荷，运行方式为并网电量不上网。

4 结语

近年来，我国水泥行业对余热发电、光伏发电、风力发电、生物质发电等一系列分布式发电技术进行了深入探索，为企业降本增效、节能减排起到了重要作用。通过合理规划配电网、电能监测网和新能源发电接入点，可实时且全面地收录水泥厂电力系统运行的所有重要数据。根据以上数据，并结合工厂班制、峰谷电价、新能源发电特征等各种因素，可持续优化水泥厂电能管理，节约电能，为水泥工厂数字化、智能化发展添砖加瓦，也为水泥厂实现“零购电”打下了良好基础。■