電投集團循環經濟示范工程創新實踐

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摘要：國家電投集團根據國家大力發展新能源的形勢及蒙東地區具有豐富的風能資源的實際，開展技術創新和商業模式創新，建設了循環經濟示范工程，實現了當地低質煤和風能資源的就地大規模利用，降低了生產成本，提高企業競爭實力。項目實踐表明，緊密結合企業發展戰略和實際需求來開展創新，在項目中合理采用多種創新形式組合，結合項目實際采取科學、合理的創新項目管理模式，能夠控制創新風險，提高創新的成功率。

關鍵詞：循環經濟；示范工程；產業鏈；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”）在內蒙古東部地區（簡稱“蒙東地區”）擁有較大的褐煤資源儲量。褐煤長途運輸既不經濟又污染環境，為解決褐煤的就地消納問題，國家電投集團在當地建設了數臺坑口燃煤發電機組，同時，建設了產能較大的電解鋁生產線，形成了煤炭采掘、用煤發電、用電煉鋁的產業鏈，并進行煤炭、電力（通過東北電網）和鋁產品外銷。電解鋁生產工藝要消耗大量的電能，用電成本占電解鋁生產成本的30%～40%，是主要的生產成本。由于受電網壟斷影響，蒙東地區電解鋁生產只能使用網電（即從電網購電），而網電價格較高，致使電解鋁生產用電成本居高不下。同時，隨著國內電解鋁產能的不斷增加，電解鋁市場競爭日趨激烈，導致鋁價大幅下降，使得電解鋁生產企業連年虧損。國家電投集團根據國家大力發展新能源的形勢及蒙東地區具有豐富的新能源資源的實際，提出以蒙東地區現有煤、電、鋁產業設施為基礎，以技術創新和管理創新為途徑，以循環經濟模式為載體，建設以含大規模可再生能源的局域電網為核心的循環經濟示范工程，對當地煤炭資源、風資源進行充分利用，實現電力自發自用，降低生產成本，提高企業競爭實力，實現可持續發展。該循環經濟示范工程項目獲得了國家能源局的批準。

2工程方案

該循環經濟示范工程的創新目標為：建立包括自有燃煤發電機組、風力發電站、電解鋁生產廠在內的局域電網，實現電力的自發自用，降低電解鋁成本，提高鋁產品市場競爭力，為解決當地風能消納問題提供新途徑；風能發電由于其具有的隨機性、波動性、間歇性，使得并網新能源電站普遍存在棄風現象，本工程試圖通過局域電網方式，大幅減少棄風，實現風能的規模化利用；實現當地低質煤的就地利用，即通過煤—電—鋁產業鏈，使當地低質煤通過轉化為電力，并用于電解鋁生產。為達到上述目標，在蒙東地區現有煤、電、鋁生產設施的基礎上，該工程項目新建2臺燃用當地褐煤的大型發電機組，并建設較大規模的風力發電場，完善配套局域電網設施，形成風電和火電并網運行的電網結構，同時建設局域電網監測控制指揮系統，通過自動協調控制手段，實現發電與用電負荷的有機結合。

3主要技術創新

本工程局域電網與國內外相關研究和已有工程案例相比，具有燃煤發電機組單機容量較大、風電規模較大的特點，也與國內外研究較多的微電網有較大差別。電解鋁生產工藝對供電負荷穩定性的要求較高，局域電網采用孤網運行方式，對火電機組、風電場和電解鋁負荷的自動調節和協調控制的要求很高。在本工程實施時，沒有國內外的工程經驗和研究成果可供借鑒，必須通過技術創新來解決。國家電投集團牽頭組織其在蒙東地區的下屬區域公司、有關大學、研究院所、設計院、設備制造企業等單位，組成“產、學、研、用”聯合創新團隊，確定了創新的關鍵技術問題，申報了國家“863計劃”課題，并得到國家科技部批準。課題圍繞含大規模可再生能源的孤島型局域電網系統的構建及安全、穩定、經濟運行開展研究。技術創新主要分為以3個方面。

3.1局域電網運行控制技術研究開發

含有大規模風電（高滲透率）的局域電網的運行和控制具有很高的技術難度。創新團隊針對擬建設局域電網的運行方式和網絡結構，分析了該系統運行與控制中存在的技術難點，研究提出了孤島型局域電網頻率穩定機理與負荷—頻率控制方法、電壓穩定機理與動態電壓穩定控制方法及大規模可再生能源接入孤島型局域電網的技術。

3.2原有設備系統適應于局域電網運行的技術改造

風電具有隨機性、波動性和間歇性的特點，較大規模的風電接入局域電網，極易造成局域電網負荷的較大波動，影響局域電網的安全、穩定運行。為此提出采用電解鋁負荷與燃煤發電機組同時參與局域電網負荷（頻率）調節，平緩局域電網負荷波動的技術方案。為解決發電機組和電解鋁負荷無法滿足局域電網負荷調節要求的問題，通過現場試驗研究，提出了電解鋁負荷穩流裝置控制系統和發電機勵磁調節器的技術改造方案，使其實現調頻穩控的相關功能。

3.3示范工程的運行管理

專門成立了循環經濟示范工程電力監控中心，對局域電網的協調控制和優化調度進行總體監控和管理，使技術創新成果能在工程運營中得到充分應用，有效地保障了工程的經濟效益。

4工程運營效果

示范工程按期建成并順利實現商業運營，形成了大比例消納風電的“煤—電—鋁”產業鏈，降低了企業生產成本，實現了資源的充分利用，社會經濟效益明顯。示范工程達到了創新目標。風能利用方面，示范工程局域電網風電滲透率達到32.25%。實現風電滿發全額消納，充分利用了當地豐富的風能資源。風機等效利用小時遠高于本地區風電場平均值，處于全國領先水平。劣質煤資源利用方面，示范工程火電機組燃用當地低熱值褐煤，劣質煤就地轉化利用率大幅提高，提高了資源利用率。經濟效益方面，示范工程經濟效益明顯，企業發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領先水平。

5總結經驗

5.1緊密結合企業需求來開展創新

企業作為創新主體，必須根據自身產業定位、競爭環境、發展戰略形成技術需求，同時結合需求確定創新方向、創新內容和創新形式，組建創新團隊，依托創新項目實現成果落地。創新工作只有從企業實際和切實需求來開展，才能調動企業各方面的創新積極性，從而為克服創新過程中的阻力和風險，保證創新項目的順利實施及創新成功提供強大驅動力和資源及組織保障。

5.2合理采用多種創新形式

創新可以劃分為多種類型。在創新項目中，合理采用多種創新形式，優化組合創新類型，可以降低創新風險，節省創新資源的消耗，提高創新成功率。本案例與原有的煤、電、鋁生產模式相比，實際上是采用了新的商業模式（由局域電網支撐的煤—電（煤電+風電）—鋁產業鏈），總體上屬于商業模式創新，為了實現這個商業模式，開展了技術研發、工藝流程創新和新技術應用等技術創新。在項目實施過程中，盡可能采用先進成熟的設備和通過設備集成方式構建局域電網系統，從而減少新技術研發量；通過仿真模擬手段對局域電網運行控制及故障預防進行系統地分析研究，從而降低了技術風險，節省了研究開發資金，保證了項目的成功。

5.3采取科學、合理的創新項目管理模式

在本項目實施前期，國家電投集團根據項目涉及到科學研究、技術開發、工程設計、設備制造、工程建設等多重任務的實際，組成以本企業為主導的、相關單位參加的“產、學、研、用”聯合創新團隊。國家電投集團組織創新團隊共同確定創新目標和任務，根據參與單位各自優勢，合理確定各單位承擔的子任務，制訂總任務和子任務節點和階段目標。建立項目領導和協調機制、分工協作機制，并在項目實施過程中進行動態優化調整。國家電投集團充分發揮主導作用，指導各單位緊密圍繞項目創新目標，按計劃進度開展創新工作，保證項目資源及時到位，及時解決項目實施中出現的各種問題。

參考文獻：

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［2］陳勁，宋保華.首席創新官手冊［M］.北京：機械工業出版社，2017.

［3］STEGERU.能源系統的可持續發展與創新［M］.北京：機械工業出版社，2011.

作者：黃智 董建勛 李曉民 顧榮偉 單位：國家電力投資集團有限公司