周瑩瑩，田博，向崢，田哲

近年來，隨著“智能化”和“雙碳”概念的提出，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、余熱發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于水泥工業(yè)領(lǐng)域。新能源發(fā)電系統(tǒng)接入到水泥廠電力系統(tǒng)后，并電網(wǎng)點的電壓、電流，新能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、有功功率、無功功率等數(shù)據(jù)，應(yīng)能被全面采集并實時上傳至水泥廠電能管理系統(tǒng)和電網(wǎng)調(diào)度部門，這就要求水泥廠遵循“就地消納”的原則，建立完善的電能計量與分析系統(tǒng)，合理選擇新能源發(fā)電系統(tǒng)并入配電網(wǎng)的位置，從而保證水泥廠配電網(wǎng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。本文以某水泥廠4 400t/d帶窯外分解爐的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線為例，闡述光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、余熱發(fā)電等新能源發(fā)電系統(tǒng)并入水泥廠配電網(wǎng)時的接入點選擇方案。

1 電能計量與分析系統(tǒng)布置方案

該水泥廠設(shè)一座總降壓變電站，總降壓變電站內(nèi)設(shè)一臺35 000kVA、110/10.5kV總降變壓器，為水泥生產(chǎn)線所有設(shè)備提供電能?？偨底儔浩?10kV側(cè)設(shè)0.2 級別精度電度表用于計費，總降變壓器高低壓側(cè)所有10kV 出線回路均設(shè)置多功能智能儀表。所有智能儀表信號通過通訊總線進入總降壓變電站后臺系統(tǒng)和電能管理系統(tǒng)，總降壓變電站后臺系統(tǒng)通過調(diào)度設(shè)備網(wǎng)接入電能管理系統(tǒng)，與電網(wǎng)調(diào)度部門實現(xiàn)遙信功能，將智能儀表數(shù)據(jù)上傳至電網(wǎng)調(diào)度部門。

本生產(chǎn)線10kV中壓配電系統(tǒng)劃分為4座配電站，供電范圍如表1 所示。配電站中10kV 中壓柜的進線柜安裝了多功能智能儀表，車間內(nèi)重要10kV設(shè)備，如主機回路、車間變壓器回路等均單獨設(shè)置多功能智能儀表。所有智能儀表信號通過通訊總線進入總降壓變電站后臺系統(tǒng)和電能管理系統(tǒng)。

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合總圖布置及負荷分布情況，本生產(chǎn)線的380V低壓配電系統(tǒng)劃分為12個電力室，如表2所示。各低壓電力室中，進線柜及為下級配電柜供電的饋電回路均設(shè)置具有通訊功能的多功能電表；同一工藝子項的設(shè)備，其配電開關(guān)均集中布置，并在主母線上口設(shè)置多功能智能儀表；非生產(chǎn)用電部分也單獨設(shè)置多功能智能儀表；所有智能儀表信號通過通訊總線進入電能管理系統(tǒng)。

表2 生產(chǎn)線低壓電力室供電范圍的劃分情況

綜上可知，本生產(chǎn)線合理規(guī)劃了電力室和配電站的供電范圍，安裝了合理數(shù)量的多功能智能儀表，表計采集信號由ModBus總線通訊，可有效保證數(shù)據(jù)的實時性和準確性。電能管理系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進行記錄存儲，通過數(shù)據(jù)的計算、分析、查詢和整合，以報表和圖形的方式展示。此外，10kV及以上智能儀表均接入總降壓變電站后臺系統(tǒng)，可通過調(diào)度設(shè)備網(wǎng)接入電能管理系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)上傳至電網(wǎng)調(diào)度部門。

2 并網(wǎng)電壓等級和容量要求

發(fā)改能源2013-1381《分布式發(fā)電管理暫行辦法》（以下簡稱《辦法》）中規(guī)定，分布式發(fā)電是指在用戶所在場地或附近建設(shè)安裝、運行方式以用戶端自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電網(wǎng)系統(tǒng)以平衡調(diào)節(jié)為特征的發(fā)電設(shè)施或有電力輸出的能量綜合梯級利用多聯(lián)供電設(shè)施?！掇k法》中還明確，分布式發(fā)電包括以各個電壓等級接入配電網(wǎng)的風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿刃履茉窗l(fā)電。水泥工廠的新能源發(fā)電即屬于分布式發(fā)電范圍。

新能源發(fā)電容量與接入配電網(wǎng)電壓等級的關(guān)系見表3。根據(jù)Q/GDW 10370-2016《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》第11章“分布式電源接入”的要求，分布式電源接入配電網(wǎng)的電壓等級，可根據(jù)裝機容量進行初步選擇。在分布式電源容量合計不超過配電變壓器額定容量和線路允許載流的條件下，并網(wǎng)電壓可參考表3。分布式電源可以通過專線或T接方式接入配電網(wǎng)系統(tǒng)，最終并網(wǎng)電壓等級應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較選擇確定。若高低兩級電壓均具備接入條件，優(yōu)先采用低電壓等級接入。

表3 新能源發(fā)電容量與接入配電網(wǎng)電壓等級的關(guān)系

結(jié)合以上要求及本生產(chǎn)線運行實際，擬規(guī)劃光伏發(fā)電裝機功率9.2MW、風(fēng)力發(fā)電裝機功率45.5MW，且配備一套7.5MW純低溫余熱發(fā)電機組，總裝機發(fā)電功率遠期規(guī)劃為61.86MW。

3 不同新能源發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)方案的選擇

3.1 光伏發(fā)電接入方案

本生產(chǎn)線有大量可利用的平面布置光伏發(fā)電板，主要布置于建筑物頂部（33 826m2）、護坡（27 641m2）、綠化帶（2 480m2）等。但這些可利用平面光伏發(fā)電板位置較為分散，面積有大有小，存在較大差異。如果將所有光伏發(fā)電板匯集至一個接入點，再引入水泥廠配電網(wǎng)，勢必造成輸電距離過長、電能損耗大、電纜量浪費大等問題。因此，結(jié)合光伏發(fā)電板在總圖上的分布位置及電力室和配電站的位置，本生產(chǎn)線共設(shè)置了3 個光伏發(fā)電接入點，接入點參數(shù)設(shè)置見表4。

表4 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入點參數(shù)設(shè)置

由表4可以看出，原料電力室的總裝機負荷為1 734.16kW，光伏發(fā)電總裝機容量為786.24kWp；原料磨配電站的總裝機負荷為20 045.35kW，光伏發(fā)電總裝機容量為5 198.58kWp；水泥磨配電站的總裝機負荷為18 527.62kW，光伏發(fā)電總裝機容量為3 291.3kWp。三個接入點的光伏發(fā)電總裝機容量均遠小于相應(yīng)接入點的總裝機負荷。初步推測，在不改變廠區(qū)原有供電、運行方式及水泥生產(chǎn)線全部正常運行的前提下，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電量將基本全部用于廠內(nèi)負荷供電。

3.2 風(fēng)力發(fā)電接入方案

本生產(chǎn)線北側(cè)為山脈，受遮擋嚴重，且周邊居民區(qū)密集，因此廠區(qū)內(nèi)僅規(guī)劃2 臺風(fēng)力發(fā)電機組，共約9MW。而廠區(qū)周邊有豐富的風(fēng)力資源，可進行集中式風(fēng)電場規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臏y風(fēng)塔數(shù)據(jù)、地形圖、地貌圖、風(fēng)場范圍等情況，擬在廠區(qū)周邊規(guī)劃36MW風(fēng)力發(fā)電場，包括8臺機組及2座升壓站。

按照如上規(guī)劃，根據(jù)發(fā)電容量，本生產(chǎn)線風(fēng)力發(fā)電推薦兩個接入點：一是將廠區(qū)內(nèi)的兩臺風(fēng)力發(fā)電機組劃為一組，就近接入廠區(qū)總降壓變電站，通過單回路電纜線路與總降壓變電站內(nèi)10kV開關(guān)柜相連接；二是將廠區(qū)周邊集中式風(fēng)電場內(nèi)規(guī)劃的兩座升壓站，電壓升至110kV，直接并入最近的國家電網(wǎng)110kV變電站，向電力系統(tǒng)輸送電能。

3.3 余熱發(fā)電接入方案

配套建設(shè)一套7.5MW 的純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機端電壓為10.5kV，發(fā)電機由余熱電站10kV 母線經(jīng)單回路電纜線路與總降變電站10kV母線連接，從而實現(xiàn)余熱電站與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，同期并網(wǎng)操作設(shè)在余熱電站側(cè)，并且在發(fā)電機出口斷路器、電站側(cè)發(fā)電機聯(lián)絡(luò)斷路器處設(shè)置同期并網(wǎng)點。水泥廠負荷總裝機容量為45MW，余熱電站與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行后，發(fā)電量可全部用于廠內(nèi)負荷，運行方式為并網(wǎng)電量不上網(wǎng)。

4 結(jié)語

近年來，我國水泥行業(yè)對余熱發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等一系列分布式發(fā)電技術(shù)進行了深入探索，為企業(yè)降本增效、節(jié)能減排起到了重要作用。通過合理規(guī)劃配電網(wǎng)、電能監(jiān)測網(wǎng)和新能源發(fā)電接入點，可實時且全面地收錄水泥廠電力系統(tǒng)運行的所有重要數(shù)據(jù)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，并結(jié)合工廠班制、峰谷電價、新能源發(fā)電特征等各種因素，可持續(xù)優(yōu)化水泥廠電能管理，節(jié)約電能，為水泥工廠數(shù)字化、智能化發(fā)展添磚加瓦，也為水泥廠實現(xiàn)“零購電”打下了良好基礎(chǔ)。■