黃智，董建勛，李曉民，顧榮偉

國(guó)家電投集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程創(chuàng)新實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)

黃智1，董建勛2，李曉民1，顧榮偉1

（1.國(guó)家電力投資集團(tuán)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(yáng) 110179）

國(guó)家電投集團(tuán)根據(jù)國(guó)家大力發(fā)展新能源的形勢(shì)及蒙東地區(qū)具有豐富的風(fēng)能資源的實(shí)際，開(kāi)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(jì)示范工程，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?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(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。項(xiàng)目實(shí)踐表明，緊密結(jié)合企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和實(shí)際需求來(lái)開(kāi)展創(chuàng)新，在項(xiàng)目中合理采用多種創(chuàng)新形式組合，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際采取科學(xué)、合理的創(chuàng)新項(xiàng)目管理模式，能夠控制創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)，提高創(chuàng)新的成功率。

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

1 背景

國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)家電投集團(tuán)”）在內(nèi)蒙古東部地區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“蒙東地區(qū)”）擁有較大的褐煤資源儲(chǔ)量。褐煤長(zhǎng)途運(yùn)輸既不經(jīng)濟(jì)又污染環(huán)境，為解決褐煤的就地消納問(wèn)題，國(guó)家電投集團(tuán)在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)了數(shù)臺(tái)坑口燃煤發(fā)電機(jī)組，同時(shí)，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(jìn)行煤炭、電力（通過(guò)東北電網(wǎng)）和鋁產(chǎn)品外銷(xiāo)。

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(gòu)電），而網(wǎng)電價(jià)格較高，致使電解鋁生產(chǎn)用電成本居高不下。同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)電解鋁產(chǎn)能的不斷增加，電解鋁市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，導(dǎo)致鋁價(jià)大幅下降，使得電解鋁生產(chǎn)企業(yè)連年虧損。國(guó)家電投集團(tuán)根據(jù)國(guó)家大力發(fā)展新能源的形勢(shì)及蒙東地區(qū)具有豐富的新能源資源的實(shí)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(jì)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(jì)示范工程，對(duì)當(dāng)?shù)孛禾抠Y源、風(fēng)資源進(jìn)行充分利用，實(shí)現(xiàn)電力自發(fā)自用，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。該循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程項(xiàng)目獲得了國(guó)家能源局的批準(zhǔn)。

2 工程方案

該循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程的創(chuàng)新目標(biāo)為：建立包括自有燃煤發(fā)電機(jī)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(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為解決當(dāng)?shù)仫L(fēng)能消納問(wèn)題提供新途徑；風(fēng)能發(fā)電由于其具有的隨機(jī)性、波動(dòng)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(guò)局域電網(wǎng)方式，大幅減少棄風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的規(guī)模化利用；實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐唾|(zhì)煤的就地利用，即通過(guò)煤—電—鋁產(chǎn)業(yè)鏈，使當(dāng)?shù)氐唾|(zhì)煤通過(guò)轉(zhuǎn)化為電力，并用于電解鋁生產(chǎn)。

為達(dá)到上述目標(biāo)，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(xiàng)目新建2臺(tái)燃用當(dāng)?shù)睾置旱拇笮桶l(fā)電機(jī)組，并建設(shè)較大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，完善配套局域電網(wǎng)設(shè)施，形成風(fēng)電和火電并網(wǎng)運(yùn)行的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建設(shè)局域電網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制指揮系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)協(xié)調(diào)控制手段，實(shí)現(xiàn)發(fā)電與用電負(fù)荷的有機(jī)結(jié)合。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新

本工程局域電網(wǎng)與國(guó)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(jī)組單機(jī)容量較大、風(fēng)電規(guī)模較大的特點(diǎn)，也與國(guó)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(duì)供電負(fù)荷穩(wěn)定性的要求較高，局域電網(wǎng)采用孤網(wǎng)運(yùn)行方式，對(duì)火電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)和電解鋁負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)控制的要求很高。在本工程實(shí)施時(shí)，沒(méi)有國(guó)內(nèi)外的工程經(jīng)驗(yàn)和研究成果可供借鑒，必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)解決。

國(guó)家電投集團(tuán)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(jì)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(tuán)隊(duì)，確定了創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，申報(bào)了國(guó)家“863計(jì)劃”課題，并得到國(guó)家科技部批準(zhǔn)。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(jì)運(yùn)行開(kāi)展研究。

技術(shù)創(chuàng)新主要分為以3個(gè)方面。

3.1 局域電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)研究開(kāi)發(fā)

含有大規(guī)模風(fēng)電（高滲透率）的局域電網(wǎng)的運(yùn)行和控制具有很高的技術(shù)難度。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)擬建設(shè)局域電網(wǎng)的運(yùn)行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了該系統(tǒng)運(yùn)行與控制中存在的技術(shù)難點(diǎn)，研究提出了孤島型局域電網(wǎng)頻率穩(wěn)定機(jī)理與負(fù)荷—頻率控制方法、電壓穩(wěn)定機(jī)理與動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定控制方法及大規(guī)模可再生能源接入孤島型局域電網(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(yùn)行的技術(shù)改造

風(fēng)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，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(fù)荷的較大波動(dòng)，影響局域電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。為此提出采用電解鋁負(fù)荷與燃煤發(fā)電機(jī)組同時(shí)參與局域電網(wǎng)負(fù)荷（頻率）調(diào)節(jié)，平緩局域電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的技術(shù)方案。為解決發(fā)電機(jī)組和電解鋁負(fù)荷無(wú)法滿足局域電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，提出了電解鋁負(fù)荷穩(wěn)流裝置控制系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)改造方案，使其實(shí)現(xiàn)調(diào)頻穩(wěn)控的相關(guān)功能。

3.3 示范工程的運(yùn)行管理

專(zhuān)門(mén)成立了循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范工程電力監(jiān)控中心，對(duì)局域電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行總體監(jiān)控和管理，使技術(shù)創(chuàng)新成果能在工程運(yùn)營(yíng)中得到充分應(yīng)用，有效地保障了工程的經(jīng)濟(jì)效益。

4 工程運(yùn)營(yíng)效果

示范工程按期建成并順利實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)，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(shí)現(xiàn)了資源的充分利用，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。示范工程達(dá)到了創(chuàng)新目標(biāo)。

風(fēng)能利用方面，示范工程局域電網(wǎng)風(fēng)電滲透率達(dá)到32.25%。實(shí)現(xiàn)風(fēng)電滿發(fā)全額消納，充分利用了當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)能資源。風(fēng)機(jī)等效利用小時(shí)遠(yuǎn)高于本地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)平均值，處于全國(guó)領(lǐng)先水平。劣質(zhì)煤資源利用方面，示范工程火電機(jī)組燃用當(dāng)?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(jì)效益方面，示范工程經(jīng)濟(jì)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

5 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)

5.1 緊密結(jié)合企業(yè)需求來(lái)開(kāi)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(jìng)爭(zhēng)環(huán)境、發(fā)展戰(zhàn)略形成技術(shù)需求，同時(shí)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(tuán)隊(duì)，依托創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)成果落地。創(chuàng)新工作只有從企業(yè)實(shí)際和切實(shí)需求來(lái)開(kāi)展，才能調(diào)動(dòng)企業(yè)各方面的創(chuàng)新積極性，從而為克服創(chuàng)新過(guò)程中的阻力和風(fēng)險(xiǎn)，保證創(chuàng)新項(xiàng)目的順利實(shí)施及創(chuàng)新成功提供強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)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(lèi)型。在創(chuàng)新項(xiàng)目中，合理采用多種創(chuàng)新形式，優(yōu)化組合創(chuàng)新類(lèi)型，可以降低創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)，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(shí)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(shí)現(xiàn)這個(gè)商業(yè)模式，開(kāi)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(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，盡可能采用先進(jìn)成熟的設(shè)備和通過(guò)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(guò)仿真模擬手段對(duì)局域電網(wǎng)運(yùn)行控制及故障預(yù)防進(jìn)行系統(tǒng)地分析研究，從而降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了研究開(kāi)發(fā)資金，保證了項(xiàng)目的成功。

5.3 采取科學(xué)、合理的創(chuàng)新項(xiàng)目管理模式

在本項(xiàng)目實(shí)施前期，國(guó)家電投集團(tuán)根據(jù)項(xiàng)目涉及到科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)等多重任務(wù)的實(shí)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(tuán)隊(duì)。國(guó)家電投集團(tuán)組織創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)共同確定創(chuàng)新目標(biāo)和任務(wù)，根據(jù)參與單位各自優(yōu)勢(shì)，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(diǎn)和階段目標(biāo)。建立項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)機(jī)制、分工協(xié)作機(jī)制，并在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整。國(guó)家電投集團(tuán)充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，指導(dǎo)各單位緊密?chē)@項(xiàng)目創(chuàng)新目標(biāo)，按計(jì)劃進(jìn)度開(kāi)展創(chuàng)新工作，保證項(xiàng)目資源及時(shí)到位，及時(shí)解決項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的各種問(wèn)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(cè)［M］.北京：機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，2011.

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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(jí)工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)電技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新管理。

〔編輯：張思楠〕