中國工業報記者  余娜

金秋,地處內蒙古東部、科爾沁草原腹地的塞北煤城——霍林郭勒風光醉人。

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用。其采用磷酸鐵鋰動力電池替代柴油機作為源動力,實現了自卸車純電驅動,在世界范圍內尚屬首次,推動中國礦山裝備駛入全球技術高地。

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,持續為霍林河循環經濟局域電網供給綠色能源。

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

依托煤、電、鋁三個支柱產業,按照“以煤發電、以電煉鋁、以鋁帶電、以電促煤”的模式發展循環經濟,霍林郭勒走出了一條資源轉化的新路子。

日前,在霍林河循環經濟示范工程建成投運十周年之際,中國工業報記者前往內蒙古霍林郭勒市,走訪該市的智慧礦山、數字化電廠、智能化鋁產品生產線,探尋這座塞北煤城轉型的突圍之道。

就地消化劣質煤  智慧礦山建設提速

煤,是霍林河循環經濟示范工程的第一環。霍林郭勒煤炭資源儲量豐富,劣質褐煤資源如何處理成為難題。劣質褐煤遇水易散、遇硬易碎,長途運輸經濟性差,長期存放還容易引起自燃,因此就地消納是最好的處理方式。

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

與此同時,依托霍林河地區現有的煤、電、鋁產業,霍林河循環經濟示范工程通過實時調度和系統優化,實現了對霍林河地區低熱質煤炭的分級消納,以及風能、太陽能、電力、疏干水、運輸等能源資源的節約型綜合利用,促進了可再生能源和低熱質褐煤資源的高效就地轉化。

資料顯示,國家電投內蒙古公司擁有5座千萬噸級露天煤礦,煤炭產量位居全國第九位、內蒙古自治區第二位、大東北地區第一位,是大東北地區重點煤炭生產單位及重要能源保供企業。該公司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,國家電投內蒙古公司相繼開發建設5座現代化大型露天礦,核定產能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。據介紹,5座煤礦每年向霍林河、白音華循環經濟產業鏈供煤約1250萬噸。

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

通過鉆孔爆破—采裝—運輸—排土—裝車等生產流程,應用世界首臺百噸級礦用純電自卸車、輸巖系統無人值守、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,一批具有行業示范意義的創新項目,把一噸噸煤炭從南露天煤礦開采出來。

在幾公里外的北露天煤礦作業區,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項目,是國內露天煤礦首個基于無人/有人調度指揮系統。

同時,北露天煤礦創新采用強夯+可調式樁基基礎的設計,建成了國際首例排土場4MW分散式風電示范項目,實現風電項目在露天煤礦排土場“零”的突破。

作為全國首次在復雜結構煤層上線應用的“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,為我國提供可復制、可推廣的露天礦多煤層穩定運輸作業的成功經驗。據悉,該無人駕駛自卸車加裝激光雷達可以自行剎車,同時系統依托5G技術智能分析各路口信息,告知車輛通行次序,解決會車難題。

作為國家首個自行設計、建設5G網絡技術應用的露天煤礦,扎哈淖爾露天煤礦定向開發應用車輛智慧安防系統,集中對防撞預警、高精定位、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,構建起露天煤礦“人-車-管”三位一體安全管理模式。目前,扎哈淖爾露天煤礦已安裝覆蓋自卸車、電鏟及挖掘機、生產輔助設備和指揮車輛、通勤車等各類車輛1105臺。

新能源裝機破百萬千瓦  首個三模混合儲能投運

電,是霍林河循環經濟示范工程的第二環。今年7月22日,霍林河循環經濟四期、五期風電場獲中國電力企業聯合會2023年度電力行業風電運行“5A”和“4A”風電場榮譽稱號,智慧風場建設在這里持續提速。

記者獲悉,霍林河循環經濟四期、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、大數據分析、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終端前監視著設備運轉情況。據介紹,該場站運用的智慧風場系統涵蓋9大模塊、87項具體功能,可以將人工智能技術深度融入場站運營的全方位、全過程。同時,應用智能爬塔機器人和升壓站巡檢機器人等技術產品,真正實現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“分公司”)是霍林河循環經濟示范項目電力供應、電網運營、市區供熱的實施單位,現總裝機容量285萬千瓦。其中,火電180萬千瓦、新能源裝機105萬千瓦,是集火力發電、風力發電、光伏發電、自備電網運營和供熱于一體的發電企業。

電力分公司共有A、B、C、D四個廠。A廠現有裝機500MW,是電力分公司成立最早的廠區。四臺機組通過兩臺聯絡變壓器與東北電網聯網運行,所發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電機組,同步建設煙氣脫硫設施。C廠建有2×350MW超臨界、單軸、供熱、燃煤、直接空冷發電機組,同步建設煙氣脫硫、脫硝設施。

作為電力分公司唯一一個全部由新能源裝機構成的子廠,D廠現有新能源裝機105萬千瓦,其中風電90萬千瓦、光伏15萬千瓦,讓霍林河循環經濟局域網新能源裝機突破百萬千瓦。

“目前,霍林河循環經濟六期20萬千瓦、七期45萬千瓦續建風電項目正在快速推進,預計到2025年項目達產后,局域網新能源裝機將達到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,具備深度調峰至20%額定負荷的能力,進一步提高了火電機組的調峰幅度、爬坡能力以及啟停速度,將火電裝機由主體型電源轉變為保障型電源,在促進新能源就地消納的過程中起到“寬負荷、穩頻率”的基礎保障作用。極限情況下,每小時可為新能源讓出近百萬千瓦的發電空間,配合三模混合儲能示范項目進行聯合調峰,基本實現系統內105萬千瓦新能源全額消納,實現了風、光資源的“零棄用”。

全國首個三模混合儲能項目的投運,為霍林河循環經濟示范工程“源網荷儲用”示范項目的大規模儲能系統建設,奠定了技術與裝備基礎。

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用國家電投自主研發的“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經濟示范項目中的應用情況和適配能力,為下一步大規模引入儲能項目提供可靠的決策依據和實證數據。

“目前,三模混合儲能項目運行穩定,待下一步儲能大規模應用到局域電網后,將通過儲存、釋放綠電達到‘削峰填谷9的目的,有效解決大比例新能源電量接入對局域電網造成的沖擊。”張鵬林說。

值得一提的是,依托霍林河循環經濟局域電網統一管控、居中調度,霍林河循環經濟示范工程以“風光火儲”互補發電模式,搭建了新能源全額消納的智慧平臺,利用火電、儲能系統實現深度調峰,最大限度提升局域電網新能源消納能力,發揮了“煤—新能源—電—鋁”產業協同效應。

鋁業變“綠業"  電解鋁轉型升級加快

鋁,是霍林河循環經濟示范工程的第三環。因此,在規劃的時候不僅考慮到“煤—電—鋁”的協同,更是確定了建設新能源、推動綠色轉型的發展方向,從而兼顧了生態環保和經濟發展兩條主線,實現了企地共贏。

隨著2012年國務院辦公廳發布《關于進一步促進內蒙古經濟社會又好又快發展的若干意見》,為了創新性落實文件要求,中電投蒙東能源(國家電投內蒙古公司前身)將重點落在了“又快又好發展”上。

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

在全國首批“綠電鋁”產品認證中,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,大比例的綠電轉化為“綠電鋁”,讓鋁業變為“綠業”。今年上半年,電解鋁綠電消納占比達27.58%,為清潔能源產業化、規模化發展,高載能產業優化調整開辟了新路徑。

霍煤鴻駿鋁電公司電解一分廠廠長高濤向記者介紹,該廠電解鋁生產采用的是熔鹽電解法。

在大力發展新能源與電解鋁高載能行業融合的同時,霍煤鴻駿鋁電公司也在注重環保設備設施升級改造、智慧鋁廠系統建設。今年,該公司投運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的焙燒凈化系統,處理后的煙氣中脫硫效率可達99%以上。

在鋁錠鑄造生產現場,全國首套鋁錠鑄造自動化生產線正在有序平穩運行,打渣、鑄錠、碼垛、打包、稱重等環節全部由機器人操作,實現了自動化生產。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等智能制造項目,有效提升設備自動化、智能化水平。

值得一提的是,以“源—網—荷—儲—用”多能互補關鍵技術研究為課題,國家電投內蒙古公司正全力打造霍林河循環經濟升級版。

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)建設動員大會在內蒙古通遼市扎哈淖爾工業園區舉辦,標志著兩個項目建設全面啟動。國內首條“綠電鋁”生產線的開工,有望引領鋁產業鏈由“煤電鋁”向“綠電鋁”加速轉型升級。

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蒙古電投能源股份有限公司投資建設的新能源自發自用綠電鋁生產線。作為打造霍林河循環經濟“煤-新能源—電—鋁”聯營及源網荷儲直供新范式標志性工程。該項目規劃建設電解鋁產能35萬噸/年,采用目前國內最先進的500千安系列預焙陽極電解槽及其配套技術。

根據規劃,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。屆時,霍林河循環經濟示范工程新能源裝機將達到170萬千瓦,電解鋁產能擴增至121萬噸,綠電消納整體占比達到40%,遠超國家電解鋁行業25%可再生能源利用比例要求。