■ 中國工業(yè)報記者 余娜

夏末秋初，地處內(nèi)蒙古東部、科爾沁草原腹地的塞北煤城——霍林郭勒風光醉人，生機勃勃。

霍林河煤田上，世界首臺120噸級純電動礦用自卸車，在南露天煤礦成功應(yīng)用，其采用磷酸鐵鋰動力電池替代柴油機作為源動力，實現(xiàn)了自卸車純電驅(qū)動，在世界范圍內(nèi)尚屬首次，推動中國礦山裝備駛?cè)肴蚣夹g(shù)高地。

霍林河循環(huán)經(jīng)濟夏營地場站新能源產(chǎn)業(yè)全貌

科爾沁草原腹地的群山間，266臺風機迎風傲立、36萬余塊光伏板熠熠生輝，持續(xù)為霍林河循環(huán)經(jīng)濟局域電網(wǎng)供給綠色能源。

這座因煤而建、緣煤而興的新興工業(yè)城市，早在2014年便全面建成霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程，形成了包括年消耗900萬噸劣質(zhì)褐煤的180萬千瓦火電裝機、105萬千瓦新能源裝機、86萬噸電解鋁產(chǎn)能以及配套自備電網(wǎng)、監(jiān)控指揮中心的產(chǎn)業(yè)集群。時至2024年上半年，電解鋁綠電消納占比達27.58%，全球首個“煤—新能源—電—鋁”循環(huán)經(jīng)濟新范式在這里成功打造。

依托煤、電、鋁三個支柱產(chǎn)業(yè)，按照“以煤發(fā)電、以電煉鋁、以鋁帶電、以電促煤”的模式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，霍林郭勒走出了一條資源轉(zhuǎn)化的新路子。

近日，在霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程建成投運十周年之際，中國工業(yè)報記者前往霍林郭勒，實地走訪智慧礦山、數(shù)字化電廠、智能化鋁產(chǎn)品生產(chǎn)線，探尋這座塞北煤城轉(zhuǎn)型的突圍之道。

就地消化劣質(zhì)煤 智慧礦山建設(shè)提速

煤，是霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程的第一環(huán)。

霍林郭勒煤炭資源儲量豐富，劣質(zhì)褐煤資源如何處理成為難題。劣質(zhì)褐煤遇水易散、遇硬易碎，長途運輸經(jīng)濟性差，長期存放還容易引起自燃，造成資源浪費和環(huán)境污染，就地消納是最好的處理方式。

依托霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程，國家電投集團內(nèi)蒙古能源有限公司（以下簡稱“國家電投內(nèi)蒙古公司”）每年將900余萬噸劣質(zhì)煤和近30億千瓦時綠電就地轉(zhuǎn)化煉鋁，以電解鋁產(chǎn)品為載體實現(xiàn)了劣質(zhì)煤和新能源的轉(zhuǎn)化與儲存，煤炭資源由此得到充分利用。

與此同時，依托霍林河地區(qū)現(xiàn)有的煤、電、鋁產(chǎn)業(yè)，霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程通過實時調(diào)度和系統(tǒng)優(yōu)化運行，實現(xiàn)了對霍林河地區(qū)低熱質(zhì)煤炭的分級消納，以及風能、太陽能、電力、疏干水、運輸?shù)饶茉促Y源的節(jié)約型綜合利用，促進了可再生能源和低熱質(zhì)褐煤資源的高效就地轉(zhuǎn)化。

近日，南露天煤礦全標段35臺無人駕駛礦用自卸車順利投入使用

地處霍林河煤田沙爾呼熱勘探區(qū)，始建于1976年4月的南露天煤礦，是國家“七五”“八五”重點建設(shè)項目，也是我國第一個自行設(shè)計、自行施工施工的千萬噸級露天煤礦，平均可采厚度約62.59米，界內(nèi)累計查明儲量8.12億噸。

通過鉆孔爆破——采裝——運輸——排土——裝車等主要生產(chǎn)流程，應(yīng)用世界首臺百噸級礦用純電自卸車、輸巖系統(tǒng)無人值守、電鏟遠程控制、換電礦卡、自卸車無人駕駛、智慧礦山綜合管控平臺、氫能礦卡等一批具有行業(yè)示范意義的創(chuàng)新項目，一噸噸煤炭資源從南露天煤礦開采出來。

在幾公里外的北露天煤礦作業(yè)區(qū)，梯田般盤繞的露天礦坑里，一臺臺標注著“無人駕駛礦卡”字眼的白色172T自卸車引起了記者注意。據(jù)北露天煤礦礦長、黨委副書記賀希格圖介紹，北露天煤礦自卸車無人駕駛技術(shù)項目是國內(nèi)露天煤礦首個基于無人/有人調(diào)度指揮系統(tǒng)下實現(xiàn)無人礦卡與有人設(shè)備在全場景內(nèi)裝載、運輸、卸載全流程無人運輸作業(yè)的生產(chǎn)模式。

資料顯示，國家電投內(nèi)蒙古公司擁有5座千萬噸級露天煤礦，煤炭產(chǎn)量位居全國第九位、內(nèi)蒙古自治區(qū)第二位、大東北地區(qū)第一位，是大東北地區(qū)重點煤炭生產(chǎn)單位及重要能源保供企業(yè)。煤炭資源主要分布于霍林河煤田和錫林郭勒盟白音華煤田，資源總儲量46.99億噸，可采儲量37.14億噸。圍繞兩大煤田，相繼開發(fā)建設(shè)5座現(xiàn)代化大型露天礦，核定產(chǎn)能8300萬噸/年。其中，扎哈淖爾露天礦1800萬噸/年、南露天煤礦2000萬噸/年、白音華二號露天礦1500萬噸/年、北露天煤礦1000萬噸/年、白音華三號露天礦2000萬噸/年。5座煤礦每年向霍林河、白音華循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈供煤約1250萬噸。

利用排土場閑置土地資源，針對排土場工程地質(zhì)條件差、不均勻沉降等因素，北露天煤礦創(chuàng)新采用強夯+可調(diào)式樁基基礎(chǔ)的設(shè)計，建成了國際首例排土場4MW分散式風電示范項目，實現(xiàn)風電項目在露天煤礦排土場“零”的突破。

作為全國首次在復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層上線應(yīng)用的“露天礦寬體自卸車5G+無人駕駛項目”，截至7月底，白音華露天礦無人駕駛編組運煤量累計突破300萬噸，為我國提供可復(fù)制、可推廣的露天礦多煤層穩(wěn)定運輸作業(yè)的成功經(jīng)驗。據(jù)悉，該無人駕駛自卸車加裝激光雷達可以自行剎車，同時系統(tǒng)依托5G技術(shù)智能分析各路口信息，告知車輛通行次序，解決會車難題。

扎哈淖爾露天煤礦是國家首個自行設(shè)計、建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的露天煤礦，煤礦定向開發(fā)應(yīng)用車輛智慧安防系統(tǒng)，集中對防撞預(yù)警、高精定位、實時監(jiān)控、軌跡播放、超速報警、駕駛員行為分析等17項車載安保功能進行集成、整合，構(gòu)建起露天煤礦“人－車－管”三位一體安全管理模式。現(xiàn)在已安裝覆蓋自卸車、電鏟及挖掘機、生產(chǎn)輔助設(shè)備和指揮車輛、通勤車等各類車輛1105臺。

新能源裝機破百萬 首個三模混合儲能投運

電，是霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程的第二環(huán)。

7月22日，霍林河循環(huán)經(jīng)濟四期、五期風電場榮獲中國電力企業(yè)聯(lián)合會2023年度電力行業(yè)風電運行“5A”和“4A”風電場榮譽稱號，智慧風場建設(shè)在這里持續(xù)提速。

記者獲悉，霍林河循環(huán)經(jīng)濟四期、五期風電場，由霍煤鴻駿鋁電有限責任公司電力分公司打造。以“智慧化風電場”為抓手，通過不斷融合先進的信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等手段，風電場智能化管理和運維水平不斷提升。

走進偌大的新能源場站集控室里，僅有的3名值班人員在智慧風場平臺系統(tǒng)終端前監(jiān)視著設(shè)備運轉(zhuǎn)情況。據(jù)介紹，該場站運用的智慧風場系統(tǒng)涵蓋9大模塊、87項具體功能，可以將人工智能技術(shù)深度融入場站運營的全方位、全過程，同時應(yīng)用智能爬塔機器人和升壓站巡檢機器人等技術(shù)產(chǎn)品，真正實現(xiàn)新能源場站的少人值班和無人值守。

資料顯示，霍煤鴻駿鋁電有限責任公司電力分公司（以下簡稱“電力分公司”）是霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范項目電力供應(yīng)、電網(wǎng)運營、市區(qū)供熱的實施單位，現(xiàn)總裝機容量285萬千瓦，其中，火電180萬千瓦、新能源裝機105萬千瓦，是集火力發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、自備電網(wǎng)運營和供熱于一體的發(fā)電企業(yè)。

電力分公司共有A、B、C、D四個廠。A廠現(xiàn)有裝機500MW（2×100MW+2×150MW機組），是電力分公司成立最早的廠區(qū)。四臺機組通過兩臺聯(lián)絡(luò)變壓器與東北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，所發(fā)電量直供霍煤鴻駿鋁電公司用電，并為電力分公司B、C、D廠提供可靠廠用電備用電源。B廠建有2×300MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽直接空冷凝氣式發(fā)電機組，同步建設(shè)煙氣脫硫設(shè)施。C廠建有2×350MW超臨界、單軸、供熱、燃煤、直接空冷發(fā)電機組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝設(shè)施。

作為電力分公司唯一一個全部由新能源裝機構(gòu)成的子廠，D廠現(xiàn)有新能源裝機105萬千瓦，其中風電90萬千瓦，光伏15萬千瓦。由此，霍林河循環(huán)經(jīng)濟局域網(wǎng)新能源裝機突破百萬。

2013年8月20日，電力分公司首臺風機并網(wǎng)發(fā)電，所發(fā)電量通過220千伏線路并入霍林河循環(huán)經(jīng)濟局域網(wǎng)向霍煤鴻駿鋁電公司供電。2023年8月9日，火電靈活性改造促進市場化消納新能源30萬千瓦風電項目全容量并網(wǎng)發(fā)電。

“目前，霍林河循環(huán)經(jīng)濟六期20萬千瓦、七期45萬千瓦續(xù)建風電項目正在快速推進，預(yù)計到2025年項目達產(chǎn)后，局域網(wǎng)新能源裝機將達到170萬千瓦，占總裝機的48.57%。”霍煤鴻駿電廠D廠總工程師楊坤表示。

火電靈活性改造亦在促進新能源消納。

2024年初，電力分公司完成2臺30萬千瓦和2臺35萬千瓦火電機組靈活性改造，在不投油的前提下具備深度調(diào)峰至20%額定負荷的能力，進一步提高了火電機組的調(diào)峰幅度、爬坡能力以及啟停速度，將火電裝機由主體型電源轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｕ闲碗娫矗诖龠M新能源就地消納的過程中起到“寬負荷、穩(wěn)頻率”的基礎(chǔ)保障作用。極限情況下，每小時可為新能源讓出近百萬千瓦的發(fā)電空間，配合三模混合儲能示范項目進行聯(lián)合調(diào)峰，基本實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)105萬千瓦新能源全額消納，實現(xiàn)了風、光資源的“零棄用”。

霍林河循環(huán)經(jīng)濟三模混合儲能項目一角

全國首個三模混合儲能項目的投運，為霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程“源網(wǎng)荷儲用”示范項目的大規(guī)模儲能系統(tǒng)建設(shè)，奠定了技術(shù)與裝備基礎(chǔ)。

在電力分公司B廠，記者看到了全國首個由鐵鉻液流、飛輪、鋰電三種形式組成的混合儲能項目。據(jù)電力分公司B廠廠長張鵬林介紹，混合儲能項目于2023年8月19日投運。項目包括飛輪儲能、液冷鋰電池儲能和鐵-鉻液流電池儲能項目各1MW。其中1MW鐵-鉻液流電池儲能項目應(yīng)用國家電投自主研發(fā)的“容和一號”電池堆，是全球首例兆瓦級鐵-鉻液流電池儲能項目。其目的就是探索不同形式的儲能在霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范項目中的應(yīng)用情況和適配能力，為下一步大規(guī)模引入儲能項目，促進綠電消納能力提升，保障局域電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供可靠的決策依據(jù)和實證數(shù)據(jù)。

“目前，三模混合儲能項目運行穩(wěn)定，待下一步儲能大規(guī)模應(yīng)用到局域電網(wǎng)后，將通過儲存、釋放綠電達到‘削峰填谷’的目的，有效解決大比例新能源電量接入對局域電網(wǎng)造成的沖擊。”張鵬林透露。

值得一提的是，依托霍林河循環(huán)經(jīng)濟局域電網(wǎng)統(tǒng)一管控、居中調(diào)度，霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程以“風光火儲”互補發(fā)電模式，搭建了新能源全額消納的智慧平臺，利用火電、儲能系統(tǒng)實現(xiàn)深度調(diào)峰，最大限度提升局域電網(wǎng)新能源消納能力，發(fā)揮了“煤-新能源-電-鋁”產(chǎn)業(yè)協(xié)同效應(yīng)。

鋁業(yè)變“綠業(yè)”  電解鋁轉(zhuǎn)型升級加快

鋁，是霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程的第三環(huán)。

隨著2012年國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于進一步促進內(nèi)蒙古經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展的若干意見》，為了創(chuàng)新性落實文件要求，中電投蒙東能源（國家電投內(nèi)蒙古公司前身）將重點落在了“又快又好發(fā)展”上，即不僅不能為了自身的快速發(fā)展，破壞生態(tài)環(huán)境，影響當?shù)啬撩竦恼Ｉ睿€要通過循環(huán)經(jīng)濟項目帶動地方經(jīng)濟、修復(fù)自然生態(tài)。因此在規(guī)劃時不僅考慮到“煤-電-鋁”的協(xié)同，更是確定了建設(shè)新能源，推動綠色轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。從而兼顧了生態(tài)環(huán)保和經(jīng)濟發(fā)展兩條主線，實現(xiàn)了企地共贏。

近年來，國家電投內(nèi)蒙古公司按照“風光火儲鋁”綠色發(fā)展思路將新能源與電解鋁高載能行業(yè)融合發(fā)展，將綠電鋁作為綠色電力長時儲存的重要載體，不斷提升循環(huán)經(jīng)濟新能源裝機規(guī)模和新能源消納占比。

霍煤鴻駿鋁電公司全景

在全國首批“綠電鋁”產(chǎn)品認證中，霍煤鴻駿鋁電公司完成8.6萬噸重熔用鋁錠、9.9萬噸電解原鋁液認證，大比例的綠電轉(zhuǎn)化為“綠電鋁”，讓鋁業(yè)變?yōu)椤熬G業(yè)”。今年上半年，電解鋁綠電消納占比達27.58%，為清潔能源產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，高載能產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整開辟了新路徑。

霍煤鴻駿鋁電公司電解一分廠廠長高濤向記者介紹，該廠電解鋁生產(chǎn)采用的是熔鹽電解法，將碳素材作為陰陽兩極，經(jīng)整流所出來的強大直流電流由陽極炭塊導(dǎo)入，經(jīng)過電解質(zhì)與鋁液層，由陰極導(dǎo)出，在電解槽內(nèi)的兩極上進行電化學(xué)反應(yīng)。隨著電化學(xué)反應(yīng)的不斷進行，在陽極上得到氣態(tài)物質(zhì)，主要是二氧化碳，由此形成的煙氣經(jīng)過凈化系統(tǒng)除塵除氟脫硫環(huán)保指標達標后排放到大氣中。在陰極上得到液態(tài)鋁，生產(chǎn)出來的鋁液通過真空抬包從電解槽內(nèi)抽出送往鑄造車間或以原鋁液的形式外銷。電解槽內(nèi)參與電化學(xué)反應(yīng)的陽極炭塊，隨著生產(chǎn)的不斷進行逐漸被消耗，剩余殘極送往陽極組裝車間，同時運回新組裝的陽極進入電解槽內(nèi)繼續(xù)參與電化學(xué)反應(yīng)，以保持生產(chǎn)的連續(xù)性。

在大力發(fā)展新能源與電解鋁高載能行業(yè)融合的同時，霍煤鴻駿鋁電公司也在注重環(huán)保設(shè)備設(shè)施升級改造、智慧鋁廠系統(tǒng)建設(shè)。今年，全國首例采用爐面干式高溫脫硝+炭粉吸附除塵+濕法超細液滴脫硫煙氣凈化技術(shù)的焙燒凈化系統(tǒng)在該公司投運，處理后的煙氣中脫硫效率可達99%以上，效果顯著。

在鋁錠鑄造生產(chǎn)現(xiàn)場，全國首套鋁錠鑄造自動化生產(chǎn)線正在有序平穩(wěn)運行，打渣、鑄錠、碼垛、打包、稱重等環(huán)節(jié)全部由機器人操作，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。除此之外，該公司還實施電解智能精準出鋁、智能安全排查報警系統(tǒng)等智能制造項目，有效提升設(shè)備自動化、智能化水平，智能制造建設(shè)取得階段性成果，最終實現(xiàn)機械化換人、自動化減人、智能化無人作業(yè)，提升勞動生產(chǎn)率，提高本質(zhì)安全水平。

值得一提的是，以“源-網(wǎng)-荷-儲-用”多能互補關(guān)鍵技術(shù)研究為課題，國家電投內(nèi)蒙古公司正全力打造霍林河循環(huán)經(jīng)濟升級版。

9月26日，通遼市防沙治沙和風電光伏一體化110萬千瓦項目、通遼市扎哈淖爾35萬噸綠電鋁項目（扎鋁二期）建設(shè)動員大會在內(nèi)蒙古通遼市扎哈淖爾工業(yè)園區(qū)舉辦，標志著兩個項目建設(shè)全面啟動。國內(nèi)首條“綠電鋁”生產(chǎn)線的開工，有望引領(lǐng)鋁產(chǎn)業(yè)鏈由“煤電鋁”向“綠電鋁”加速轉(zhuǎn)型升級。

記者獲悉，通遼市扎哈淖爾35萬噸綠電鋁項目（扎鋁二期）是由國家電投旗下內(nèi)蒙古電投能源股份有限公司投資建設(shè)的新能源自發(fā)自用綠電鋁生產(chǎn)線。作為打造霍林河循環(huán)經(jīng)濟“煤－新能源-電-鋁”聯(lián)營及源網(wǎng)荷儲直供新范式標志性工程，該項目規(guī)劃建設(shè)電解鋁產(chǎn)能35萬噸/年，采用目前國內(nèi)最先進的500千安系列預(yù)焙陽極電解槽及其配套技術(shù)。

根據(jù)規(guī)劃，到2025年底，通遼市扎哈淖爾35萬噸綠電鋁配套的65萬千瓦風電項目與35萬噸綠電鋁將同步投產(chǎn)，屆時霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范工程新能源裝機將達到170萬千瓦，電解鋁產(chǎn)能擴增至121萬噸，綠電消納整體占比達到40%，遠超國家電解鋁行業(yè)25%可再生能源利用比例要求。