摘要：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。
该地区煤电集团依托自身战略发展优势、产业布局优势，利用现有的煤、电、铝及铝后加工产业及当地丰富的风能、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。项目建设过程中和建成投运后，取得一系列运行实践，有着显著的示范意义。
关键词：循环经济；局域电网；运行实践；示范意义
一、项目概况
霍林河循环经济示范工程以项目总体规划建设目标为核心，以“安全、质量、进度、造价”控制为保障，以建设有市场竞争能力的优质工程为标准，以产业协同整体经济效益最大化为宗旨，全力推进工程建设。通过加强施工组织管理，制定严谨的工期计划，落实各项施工方案和安全技术措施、严格管控施工过程中工艺质量，保证了火电、风电、局域电网项目安全、优质、如期的实现了工程里程碑节点，确保了循环经济示范项目按规划设计目标如期建成投运。
火电项目通过“上大压下”方式新建两台35万千瓦火电机组，机组采用超临界燃煤直接空冷汽轮发电机组，同步安装湿法脱硫、SCR脱硝装置。风电项目总体规划容量80万千瓦，本期建成投运30万千瓦，在建10万千瓦。局域电网在原有电解铝负荷供电网络的基础上，新建了8回220千伏输电线路，扩建了4座变电站，形成双环网的供电网络。同步还建设了电力监控指挥中心，实现对局域电网内火电、风电、输电线路、电解铝负荷的生产指挥和管理，是世界上首个风-火-铝联合运行的局域电网。电力监控指挥中心配置的调度自动化系统，设置了一套能量管理系统（EMS），电能量计量系统、继电保护及故障信息管理系统、风功率预测等功能纳入EMS统一设计；系统按照分层分布式进行设计，在标准化、开放式的支撑平台上开发和实现对系统的数据采集与监控（SCADA）、智能化评估与决策、负荷管理、全闭环的优化调度和紧急控制等功能。还建设了安全稳定控制系统、电力调度生产管理系统（DMIS）、调度室大屏幕显示系统、通信系统、电气系统等部分。
霍林河循环经济局域电网内总装机210万千瓦，其中：火电机组8台，总容量180万千瓦；风电机组150台，总容量30万千瓦。输电线路21回，输电里程168.18公里。电解铝负荷143万千瓦，电解铝产能86万吨。电力监控指挥中心是霍林河循环经济局域电网的指挥中心，负责局域电网的安全、稳定、经济运行, 实现电力监控、电力电量平衡调整、调度运行管理、安全生产管理、事故预防与应急处置等工作，是整个供电网络运行的核心。
二、局域电网运行实践情况
1.风电实现全额消纳。局域电网内风电装机30万千瓦，装机比例占14.29%，风电年发电量约10亿千万时，在网内能够实现全额消纳，弃风率为零。风电是可再生能源，出力具有间歇性特点，风电场容量越大，风电特性对电网安全稳定运行的影响也愈加显著，这就要求网内的调峰能力和要满足风电变化需求。大规模高比例的风电接入对局域电网接纳能力提出了更高要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一方面，局域电网通过火电为主调峰和铝负荷参与调解，与安稳控制系统、调度自动化系统、实时监测与闭环控制系统相结合，实现风电全额消纳。另一方面，系统内研发了风功率预测系统，为系统频率和火电机组计划性检修提供了很好的技术支撑和负荷预判。目前，局域电网内的风功率预测系统短期预测准确率在85%以上，超短期预测准确率在90%以上。
2.解决多项孤网运行技术难题。一是实现电源和负荷自动联动。依据局域电网实际，开发符合自身实际的安稳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，实现局域电网内任一电气元件故障，均能通过安全控制策略进行选择性切除对应负荷，确保了系统安全稳定运行。二是解决了系统谐波影响风电并入孤网运行的技术难题。运行初期，孤网系统中由于电解铝直流负荷引起大量的11次和13次谐波，造成风机脱网故障频繁。通过深入研究分析，在负荷侧加装了直挂式滤波装置，将总谐波电压畸变率降至0.4%以下，成功解决了风电无法并网的技术难题。三是实现风火铝闭环调节。项目建设初期，依托国家863课题，开展风火铝闭环调节动态控制系统研究工作。项目建成投运后，课题研究工作取得实际应用效果，实现了电解铝负荷、火电机组、风电出力的协调控制功能，并在出现波动时进行动态调整，达到了预期效果。
3.实现项目绿色创新实践。通过局域电网的安全调度，霍林河循环经济产业链运行平稳，实现了项目建设初期设定的绿色创新实践目标。一是实现节能减排预期目标。局域电网内所有火电机组均能够实现污染物达标排放，6台火电机组已经实现超低排放，剩余两台机组在2019年完成超低排放改造。风电替代火电机组为电解铝提供电力，年可减少燃煤75万吨，减排二氧化碳64万吨，二氧化硫194吨，氮氧化物343吨，减排效果非常明显。二是实现主城区集中供热目标。局域电网内火电机组都是热电联产机组，接带了霍林郭勒市区510多万平方米的供热面积，替代了居民分户采暖低效小锅炉40余座，减少了冬季供热的环境污染问题。三是实现了资源综合利用目标。网内火电机组年消耗劣质褐煤1000万吨左右，解决了无法外销、露天堆放发生自燃对环境的污染问题，实现了煤炭分级利用，提高了资源利用率。网内火电机组大量使用城市中水为主，以使用煤矿疏干水为辅，以最少量地表水为补，降低水资源消耗，保护生态环境。
4.项目示范效应显著。霍林河循环经济示范工程局域电网取得了丰硕的技术成果，促进了低热值煤炭、风能、电力、疏干水、运输等资源的节约型综合利用，形成风电就地消纳于高载能产业的新模式，取得了显著经济效益、环境效益和社会效益。投产当年电解铝吨铝生产成本降低684元/吨，经济效益显著。依托项目完成国家能源局、国家科技部多项课题研究，为我国能源结构政策调整和产业布局进行了有益的探索和实践。项目获得了联合国气候大会“今日变革进步奖”，获得2016年度中国电力优质工程奖和国家优质工程奖，获得2017年度国家优质投资项目奖，获得中电联“电力创新奖”三等奖，得到社会广泛认可。
三、未来展望
霍林河循环经济局域电网未来将向智慧能源网方向发展，进一步提升局域电网安全性、可靠性、经济性、先进性和示范性。一是扩大局域电网建设规模，后续铝电项目继续接入到局域电网进行调管，进一步完善保护系统，优化系统频率控制措施，确保局域电网运行方式最优化。二是利用智慧电厂、智能电网、数字双胞胎等新技术，将现有调控中心升级改造，建设智慧能源网的管控中心，实现区域能源的综合利用效率最优。三是建设储能项目，提高系统安全稳定运行的调节能力，提升系统的调节性能，实现局域电网自动控制技术领先。四是改善调度自动化系统实用化功能，全力提高风功率预测系统准确性，改善AGC调节性能，全力实现经济调度模块功能，保证局域电网整体效益最大化。五是拓展智慧能源领域新兴项目开发，依托园区资源及局域电网优势，积极探索培育新兴业务，进一步拓展业务范围，实现资源-能源-产业经济的全面创新升级，构建基于智慧能源的绿色生态产业链。
论文作者:程明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/1
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