电投集团循环经济示范工程创新实践
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摘要：国家电投集团根据国家大力发展新能源的形势及蒙东地区具有丰富的风能资源的实际，开展技术创新和商业模式创新，建设了循环经济示范工程，实现了当地低质煤和风能资源的就地大规模利用，降低了生产成本，提高企业竞争实力。项目实践表明，紧密结合企业发展战略和实际需求来开展创新，在项目中合理采用多种创新形式组合，结合项目实际采取科学、合理的创新项目管理模式，能够控制创新风险，提高创新的成功率。
关键词：循环经济；示范工程；产业链；煤炭
1背景
国家电力投资集团有限公司（简称“国家电投集团”）在内蒙古东部地区（简称“蒙东地区”）拥有较大的褐煤资源储量。褐煤长途运输既不经济又污染环境，为解决褐煤的就地消纳问题，国家电投集团在当地建设了数台坑口燃煤发电机组，同时，建设了产能较大的电解铝生产线，形成了煤炭采掘、用煤发电、用电炼铝的产业链，并进行煤炭、电力（通过东北电网）和铝产品外销。电解铝生产工艺要消耗大量的电能，用电成本占电解铝生产成本的30%～40%，是主要的生产成本。由于受电网垄断影响，蒙东地区电解铝生产只能使用网电（即从电网购电），而网电价格较高，致使电解铝生产用电成本居高不下。同时，随着国内电解铝产能的不断增加，电解铝市场竞争日趋激烈，导致铝价大幅下降，使得电解铝生产企业连年亏损。国家电投集团根据国家大力发展新能源的形势及蒙东地区具有丰富的新能源资源的实际，提出以蒙东地区现有煤、电、铝产业设施为基础，以技术创新和管理创新为途径，以循环经济模式为载体，建设以含大规模可再生能源的局域电网为核心的循环经济示范工程，对当地煤炭资源、风资源进行充分利用，实现电力自发自用，降低生产成本，提高企业竞争实力，实现可持续发展。该循环经济示范工程项目获得了国家能源局的批准。
2工程方案
该循环经济示范工程的创新目标为：建立包括自有燃煤发电机组、风力发电站、电解铝生产厂在内的局域电网，实现电力的自发自用，降低电解铝成本，提高铝产品市场竞争力，为解决当地风能消纳问题提供新途径；风能发电由于其具有的随机性、波动性、间歇性，使得并网新能源电站普遍存在弃风现象，本工程试图通过局域电网方式，大幅减少弃风，实现风能的规模化利用；实现当地低质煤的就地利用，即通过煤—电—铝产业链，使当地低质煤通过转化为电力，并用于电解铝生产。为达到上述目标，在蒙东地区现有煤、电、铝生产设施的基础上，该工程项目新建2台燃用当地褐煤的大型发电机组，并建设较大规模的风力发电场，完善配套局域电网设施，形成风电和火电并网运行的电网结构，同时建设局域电网监测控制指挥系统，通过自动协调控制手段，实现发电与用电负荷的有机结合。
3主要技术创新
本工程局域电网与国内外相关研究和已有工程案例相比，具有燃煤发电机组单机容量较大、风电规模较大的特点，也与国内外研究较多的微电网有较大差别。电解铝生产工艺对供电负荷稳定性的要求较高，局域电网采用孤网运行方式，对火电机组、风电场和电解铝负荷的自动调节和协调控制的要求很高。在本工程实施时，没有国内外的工程经验和研究成果可供借鉴，必须通过技术创新来解决。国家电投集团牵头组织其在蒙东地区的下属区域公司、有关大学、研究院所、设计院、设备制造企业等单位，组成“产、学、研、用”联合创新团队，确定了创新的关键技术问题，申报了国家“863计划”课题，并得到国家科技部批准。课题围绕含大规模可再生能源的孤岛型局域电网系统的构建及安全、稳定、经济运行开展研究。技术创新主要分为以3个方面。
3.1局域电网运行控制技术研究开发
含有大规模风电（高渗透率）的局域电网的运行和控制具有很高的技术难度。创新团队针对拟建设局域电网的运行方式和网络结构，分析了该系统运行与控制中存在的技术难点，研究提出了孤岛型局域电网频率稳定机理与负荷—频率控制方法、电压稳定机理与动态电压稳定控制方法及大规模可再生能源接入孤岛型局域电网的技术。
3.2原有设备系统适应于局域电网运行的技术改造
风电具有随机性、波动性和间歇性的特点，较大规模的风电接入局域电网，极易造成局域电网负荷的较大波动，影响局域电网的安全、稳定运行。为此提出采用电解铝负荷与燃煤发电机组同时参与局域电网负荷（频率）调节，平缓局域电网负荷波动的技术方案。为解决发电机组和电解铝负荷无法满足局域电网负荷调节要求的问题，通过现场试验研究，提出了电解铝负荷稳流装置控制系统和发电机励磁调节器的技术改造方案，使其实现调频稳控的相关功能。
3.3示范工程的运行管理
专门成立了循环经济示范工程电力监控中心，对局域电网的协调控制和优化调度进行总体监控和管理，使技术创新成果能在工程运营中得到充分应用，有效地保障了工程的经济效益。
4工程运营效果
示范工程按期建成并顺利实现商业运营，形成了大比例消纳风电的“煤—电—铝”产业链，降低了企业生产成本，实现了资源的充分利用，社会经济效益明显。示范工程达到了创新目标。风能利用方面，示范工程局域电网风电渗透率达到32.25%。实现风电满发全额消纳，充分利用了当地丰富的风能资源。风机等效利用小时远高于本地区风电场平均值，处于全国领先水平。劣质煤资源利用方面，示范工程火电机组燃用当地低热值褐煤，劣质煤就地转化利用率大幅提高，提高了资源利用率。经济效益方面，示范工程经济效益明显，企业发成本和电解铝用电成本大幅度下降，电解铝总成本处于国内领先水平。
5总结经验
5.1紧密结合企业需求来开展创新
企业作为创新主体，必须根据自身产业定位、竞争环境、发展战略形成技术需求，同时结合需求确定创新方向、创新内容和创新形式，组建创新团队，依托创新项目实现成果落地。创新工作只有从企业实际和切实需求来开展，才能调动企业各方面的创新积极性，从而为克服创新过程中的阻力和风险，保证创新项目的顺利实施及创新成功提供强大驱动力和资源及组织保障。
5.2合理采用多种创新形式
创新可以划分为多种类型。在创新项目中，合理采用多种创新形式，优化组合创新类型，可以降低创新风险，节省创新资源的消耗，提高创新成功率。本案例与原有的煤、电、铝生产模式相比，实际上是采用了新的商业模式（由局域电网支撑的煤—电（煤电+风电）—铝产业链），总体上属于商业模式创新，为了实现这个商业模式，开展了技术研发、工艺流程创新和新技术应用等技术创新。在项目实施过程中，尽可能采用先进成熟的设备和通过设备集成方式构建局域电网系统，从而减少新技术研发量；通过仿真模拟手段对局域电网运行控制及故障预防进行系统地分析研究，从而降低了技术风险，节省了研究开发资金，保证了项目的成功。
5.3采取科学、合理的创新项目管理模式
在本项目实施前期，国家电投集团根据项目涉及到科学研究、技术开发、工程设计、设备制造、工程建设等多重任务的实际，组成以本企业为主导的、相关单位参加的“产、学、研、用”联合创新团队。国家电投集团组织创新团队共同确定创新目标和任务，根据参与单位各自优势，合理确定各单位承担的子任务，制订总任务和子任务节点和阶段目标。建立项目领导和协调机制、分工协作机制，并在项目实施过程中进行动态优化调整。国家电投集团充分发挥主导作用，指导各单位紧密围绕项目创新目标，按计划进度开展创新工作，保证项目资源及时到位，及时解决项目实施中出现的各种问题。
参考文献：
［1］许庆瑞.研究、发展与技术创新管理［M］.2版.北京：高等教育出版社，2010.
［2］陈劲，宋保华.首席创新官手册［M］.北京：机械工业出版社，2017.
［3］STEGERU.能源系统的可持续发展与创新［M］.北京：机械工业出版社，2011.
作者：黄智 董建勋 李晓民 顾荣伟 单位：国家电力投资集团有限公司
