氧化鋁廠孤網(wǎng)運行供電方案的研究

劉春昊

（沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110001）

氧化鋁廠約15%的負荷為一級負荷,65%的負荷為二級負荷,其它為三級負荷。特點是生產(chǎn)連續(xù)性強，一旦停電會發(fā)生冒料、沉降等現(xiàn)象，嚴重時可造成生產(chǎn)設(shè)備的永久損壞，需要很長時間才能恢復生產(chǎn)，帶來重大經(jīng)濟損失。因此氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的供電可靠性要求較高。對于氧化鋁廠來說，其供電系統(tǒng)應(yīng)是支持氧化鋁整個生產(chǎn)過程安全可靠的重點和基礎(chǔ)。一旦電力沒辦法做到長時間的穩(wěn)定供應(yīng)或者說經(jīng)常出現(xiàn)斷電、停電的情況，整個工藝系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備就會停止運作，所有的物料失去攪拌動力，隨之而來的就是逐漸凝固沉淀，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)對氧化鋁的生產(chǎn)過程來說是十分致命的打擊[1]。

1 自備電廠的作用

隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)水平的提升，我國一些有實力、有想法的氧化鋁制造商都不約而同的把視線轉(zhuǎn)向國際項目，海外投資建廠的步伐也越來越快，但是由于國際項目工程所在地的電力供應(yīng)系統(tǒng)與我國國內(nèi)的電力供應(yīng)系統(tǒng)大不相同，相對比我國國內(nèi)的電力供應(yīng)，國際項目的電力供應(yīng)往往存在著輸配電基礎(chǔ)薄弱、供電能力和供電質(zhì)量不夠、達不到氧化鋁廠正常生產(chǎn)用電需求的問題，所以在海外投資建設(shè)的氧化鋁廠需要合理配置自備熱電站，這個配套的熱電站不僅需要滿足氧化鋁廠的熱負荷，還需要滿足整個工藝生產(chǎn)過程的用電負荷。在國內(nèi)諸多氧化鋁廠自備熱電站中，運行模式一般采用和國家或地區(qū)電網(wǎng)并網(wǎng)運行，這樣的連接方式，能夠很好的保證整個氧化鋁廠的供電安全，但是在海外建設(shè)的氧化鋁廠，由于客觀條件限制，往往不具備和當?shù)氐碾娋W(wǎng)連接的條件，這主要是由于很多國外氧化鋁項目選址靠近礦區(qū)而遠離經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，周邊缺少工業(yè)基礎(chǔ)和供電設(shè)施，所以海外氧化鋁項目大多只能夠采用孤網(wǎng)運行的模式，才能實現(xiàn)電力供應(yīng)的自給自足，確保鋁廠運行安全和盈利需求。

2 對孤網(wǎng)運行的系統(tǒng)性分析

孤網(wǎng)（局域網(wǎng)）是孤立電網(wǎng)的簡稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。目前國內(nèi)氧化鋁廠在生產(chǎn)時，其供電電源均與外部電網(wǎng)相連，外部電網(wǎng)除為氧化鋁廠提供網(wǎng)上電能儲備（自備電廠發(fā)電機組退出供電能力不足時）外，同時為自備電廠供電系統(tǒng)的安全性、可靠性提供保障。而如果自備電廠孤網(wǎng)運行，其發(fā)電能力與氧化鋁廠的用電需求緊密關(guān)聯(lián)且相互影響，生產(chǎn)系統(tǒng)用電負荷的波動和沖擊都將對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響。

對于自備熱電站來說，孤網(wǎng)運行最突出的特點，是需要從負荷控制轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率控制。由于電網(wǎng)容量較小，其中旋轉(zhuǎn)慣量儲能和鍋爐所具備的能力勢能均較小，要求機組的調(diào)速系統(tǒng)具有更高的靈敏度，更小的遲緩和更快的動態(tài)響應(yīng)特性，要求調(diào)速系統(tǒng)具有負荷要求的靜態(tài)特性、良好的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性。孤網(wǎng)控制實際上包含兩種情況：一種是發(fā)電機組在孤網(wǎng)中正常運行，機組一次調(diào)頻必須滿足孤網(wǎng)中負荷變化的要求；另一種是發(fā)電機組由于用電負荷（電氣故障）突然甩掉，用電負荷減少，此時考核發(fā)電機組DEH（數(shù)字式電液控制系統(tǒng)）系統(tǒng)最大階躍負荷的快速性和穩(wěn)定性。因此發(fā)電機組原則上應(yīng)達到：①發(fā)電機組均具備一次調(diào)頻功能，須參與一次調(diào)頻；②發(fā)電機組均具備二次調(diào)頻功能，視情況投入其中的機組臺數(shù)，以消除一次調(diào)頻的后的頻差[2]。

3 孤網(wǎng)的黑啟動

當自備電廠孤網(wǎng)運行后，由于沒有外部電源，電廠的黑啟動（原始啟動）必須依靠柴油發(fā)電機才能啟動。黑啟動通常應(yīng)用于以下三種情況：①由于沒有外部電源，須通過系統(tǒng)中柴油發(fā)電機組帶動1臺發(fā)電機組的廠用電，以啟動該發(fā)電機組，再通過已啟動的發(fā)電機組啟動其它的發(fā)電機組，從而實現(xiàn)自備電站運轉(zhuǎn)。②氧化鋁廠側(cè)的負荷波動引起電網(wǎng)崩潰導致自備電站全停電，自備電站需要重新啟動。③自備電廠自身運行或設(shè)備損壞造成發(fā)電機大范圍跳閘，導致自備電站全停電引起電網(wǎng)崩潰，自備電站需要重新啟動。

從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮，通常認為黑啟動時，煤倉內(nèi)煤量和當前水量完全能滿足黑啟動要求，黑啟動一段時間內(nèi)不需要補充，因此柴油發(fā)電機選型時，可以不考慮輸煤系統(tǒng)和化學水的用電負荷。一般來說一個年產(chǎn)能為100萬噸的氧化鋁廠，其配套黑啟動柴油發(fā)電機裝機容量應(yīng)在8000kw~12000kw為宜，如果采用了軟啟動等其它技術(shù)措施，也可適當減少。下圖為一個年產(chǎn)能為100萬噸級的氧化鋁廠的供電主系統(tǒng)，當孤網(wǎng)運行時，可以配置4到6臺容量為2000kW柴油發(fā)電機作為黑啟動電源使用。

圖1 氧化鋁廠的供電主系統(tǒng)

當需要黑啟動時，首先讓柴油發(fā)電機具備供電能力，再逐漸啟動自備電廠的鍋爐引風機、高壓硫化風機、一次風機、二次風機、鍋爐給水泵等主要設(shè)備，當上述設(shè)備達到正常運行狀態(tài)時，鍋爐開始供油、點火、啟動，汽機具備發(fā)電能力，此時氧化鋁廠可以按工藝要求啟動相應(yīng)的用電設(shè)備。當鍋爐、發(fā)電機組達到正常運行發(fā)電時，可視具體情況退出柴油發(fā)電機，氧化鋁廠按計劃逐漸恢復正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語

總的來說，孤網(wǎng)運行屬于微電網(wǎng)范疇，屬于智能電網(wǎng)，其優(yōu)勢是用較小型的電源系統(tǒng)，形成一個能夠自動適應(yīng)的、實現(xiàn)發(fā)電與用電平衡的電力系統(tǒng)，因此在設(shè)計建設(shè)孤網(wǎng)運行時，無論是電廠側(cè)還是鋁廠側(cè)，均要求具有較高的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。為了保證氧化鋁廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，需要對自備電廠和氧化鋁廠內(nèi)部的用電負荷進行分類，并以此制定相應(yīng)的應(yīng)急方案。在海外的氧化鋁項目中，供配電系統(tǒng)的可靠性和可行性，更多的要基于在孤網(wǎng)條件下進行分析，這樣才能夠避免好的工程項目由于受基礎(chǔ)設(shè)施和客觀條件的制約無法實施的窘境，最終保證這些項目可以達到運行和效益的最佳平衡。

[1]周志平,孫新良,付晨鵬,劉恪.電力系統(tǒng)孤網(wǎng)運行動態(tài)特性試驗[J].電網(wǎng)技術(shù),2017年S2期:94.

[2]曾文清.馬鋼新區(qū)鋼軋系統(tǒng)電網(wǎng)孤網(wǎng)運行研究與探討[J].冶金動力,2013年04期:87.