塞北煤城焕新记：以煤为底 “绘”出循环经济新动能

  夏末秋初，地处内蒙古东部、科尔沁草原腹地的塞北煤城——霍林郭勒风光醉人，生机勃勃。

  霍林河煤田上，世界首台120吨级纯电动矿用自卸车，在南露天煤矿成功应用，其采用磷酸铁锂动力电池替代柴油机作为源动力，实现了自卸车纯电驱动，在全球范围内尚属首次，推动中国矿山装备驶入全球技术高地。

  科尔沁草原腹地的群山间，266台风机迎风傲立、36万余块光伏板熠熠生辉，持续为霍林河循环经济局域电网供给绿色能源。

  这座因煤而建、缘煤而兴的新兴工业城市，早在2014年便全面建成霍林河循环经济示范工程，形成了包括年消耗900万吨劣质褐煤的180万千瓦火电装机、105万千瓦新能源装机、86万吨电解铝产能以及配套自备电网、监控指挥中心的产业集群。时至2024年上半年，电解铝绿电消纳占比达27.58%，全球首个“煤—新能源—电—铝”循环经济新范式在这里成功打造。

  依托煤、电、铝三个支柱产业，按照“以煤发电、以电炼铝、以铝带电、以电促煤”的模式，发展循环经济，霍林郭勒走出了一条资源转化的新路子。

  近日，在霍林河循环经济示范工程建成投运十周年之际，中国工业报记者前往霍林郭勒，实地走访智慧矿山、数字化电厂、智能化铝产品生产线，探寻这座塞北煤城转型的突围之道。

  霍林郭勒煤炭资源储量丰富，劣质褐煤资源怎么样处理成为难题。劣质褐煤遇水易散、遇硬易碎，长途运输经济性差，长期存放还会造成自燃，造成资源浪费和环境污染，就地消纳是最好的处理方式。

  依托霍林河循环经济示范工程，国家电投集团内蒙古能源有限公司（以下简称“国家电投内蒙古公司”）每年将900余万吨劣质煤和近30亿千瓦时绿电就地转化炼铝，以电解铝产品为载体实现了劣质煤和新能源的转化与储存，煤炭资源由此得到充分利用。

  与此同时，依托霍林河地区现有的煤、电、铝产业，霍林河循环经济示范工程通过实时调度和系统优化运行，实现了对霍林河地区低热质煤炭的分级消纳，以及风能、太阳能、电力、疏干水、运输等能源资源的节约型综合利用，促进了可再次生产的能源和低热质褐煤资源的高效就地转化。

  地处霍林河煤田沙尔呼热勘探区，始建于1976年4月的南露天煤矿，是国家“七五”“八五”重点建设项目，也是我国第一个自行设计、自行施工施工的千万吨级露天煤矿，平均可采厚度约62.59米，界内累计查明储量8.12亿吨。

  通过钻孔爆破——采装——运输——排土——装车等主要生产流程，应用世界首台百吨级矿用纯电自卸车、输岩系统无人值守、电铲远程控制、换电矿卡、自卸车无人驾驶、智慧矿山综合管控平台、氢能矿卡等一批具有行业示范意义的创新项目，一吨吨煤炭资源从南露天煤矿开采出来。

  在几公里外的北露天煤矿作业区，梯田般盘绕的露天矿坑里，一台台标注着“无人驾驶矿卡”字眼的白色172T自卸车引起了记者注意。据北露天煤矿矿长、党委副书记贺希格图介绍，北露天煤矿自卸车无人驾驶技术项目是国内露天煤矿首个基于无人/有人调度指挥系统下实现无人矿卡与有人设备在全场景内装载、运输、卸载全流程无人运输作业的生产模式。

  资料显示，国家电投内蒙古企业具有5座千万吨级露天煤矿，煤炭产量位居全国第九位、内蒙古自治区第二位、大东北地区第一位，是大东北地区重点煤炭生产单位及重要能源保供企业。煤炭资源主要分布于霍林河煤田和锡林郭勒盟白音华煤田，资源总储量46.99亿吨，可采储量37.14亿吨。围绕两大煤田，相继开发建设5座现代化大型露天矿，核定产能8300万吨/年。其中，扎哈淖尔露天矿1800万吨/年、南露天煤矿2000万吨/年、白音华二号露天矿1500万吨/年、北露天煤矿1000万吨/年、白音华三号露天矿2000万吨/年。5座煤矿每年向霍林河、白音华循环经济产业链供煤约1250万吨。

  利用排土场闲置土地资源，针对排土场工程地质条件差、不均匀沉降等因素，北露天煤矿创新采用强夯+可调式桩基基础的设计，建成了国际首例排土场4MW分散式风电示范项目，实现风电项目在露天煤矿排土场“零”的突破。

  作为全国首次在复杂结构煤层上线应用的“露天矿宽体自卸车5G+无人驾驶项目”，截至7月底，白音华露天矿无人驾驶编组运煤量累计突破300万吨，为我国提供可复制、可推广的露天矿多煤层稳定运输作业的成功经验。据悉，该无人驾驶自卸车加装激光雷达能自行刹车，同时系统依托5G技术智能分析各路口信息，告知车辆通行次序，解决会车难题。

  扎哈淖尔露天煤矿是国家首个自行设计、建设5G网络技术应用的露天煤矿，煤矿定向开发应用车辆智慧安防系统，集中对防撞预警、高精定位、实时监控、轨迹播放、超速报警、驾驶员行为分析等17项车载安保功能进行集成、整合，构建起露天煤矿“人－车－管”三位一体安全管理模式。现在已安装覆盖自卸车、电铲及挖掘机、生产辅助设备和指挥车辆、通勤车等各类车辆1105台。

  7月22日，霍林河循环经济四期、五期风电场荣获中国电力企业联合会2023年度电力行业风电运行“5A”和“4A”风电场荣誉称号，智慧风场建设在这里持续提速。

  记者获悉，霍林河循环经济四期、五期风电场，由霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司打造。以“智慧化风电场”为抓手，通过不断融合先进的信息技术、大数据分析、人工智能等手段，风电场智能化管理和运维水准不断提升。

  走进偌大的新能源场站集控室里，仅有的3名值班人员在智慧风场平台系统终端前监视着设备运转情况。据介绍，该场站运用的智慧风场系统涵盖9大模块、87项具体功能，可以将人工智能技术深度融入场站运营的全方位、全过程，同时应用智能爬塔机器人和升压站巡检机器人等技术产品，真正的完成新能源场站的少人值班和无人值守。

  资料显示，霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司（以下简称“电力分公司”）是霍林河循环经济示范项目电力供应、电网运营、市区供热的实施单位，现总装机容量285万千瓦，其中，火电180万千瓦、新能源装机105万千瓦，是集火力发电、风力发电、光伏发电、自备电网运营和供热于一体的发电企业。

  电力分公司共有A、B、C、D四个厂。A厂现有装机500MW（2×100MW+2×150MW机组），是电力分公司成立最早的厂区。四台机组通过两台联络变压器与东北电网联网运行，所发电量直供霍煤鸿骏铝电公司用电，并为电力分公司B、C、D厂提供可靠厂用电备用电源。B厂建有2×300MW亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、抽汽直接空冷凝气式发电机组，同步建设烟气脱硫设施。C厂建有2×350MW超临界、单轴、供热、燃煤、直接空冷发电机组，同步建设烟气脱硫、脱硝设施。

  作为电力分公司唯一一个全部由新能源装机构成的子厂，D厂现有新能源装机105万千瓦，其中风电90万千瓦，光伏15万千瓦。由此，霍林河循环经济局域网新能源装机突破百万。

  2013年8月20日，电力分公司首台风机并网发电，所发电量通过220千伏线路并入霍林河循环经济局域网向霍煤鸿骏铝电公司供电。2023年8月9日，火电灵活性改造促进市场化消纳新能源30万千瓦风电项目全容量并网发电。

  “目前，霍林河循环经济六期20万千瓦、七期45万千瓦续建风电项目正在快速推进，预计到2025年项目达产后，局域网新能源装机将达到170万千瓦，占总装机的48.57%。”霍煤鸿骏电厂D厂总工程师杨坤表示。

  2024年初，电力分公司完成2台30万千瓦和2台35万千瓦火电机组灵活性改造，在不投油的前提下具备深度调峰至20%额定负荷的能力，进一步提升了火电机组的调峰幅度、爬坡能力及启停速度，将火电装机由主体型电源转变为保障型电源，在促进新能源就地消纳的过程中起到“宽负荷、稳频率”的基础保障作用。极限情况下，每小时可为新能源让出近百万千瓦的发电空间，配合三模混合储能示范项目进行联合调峰，基本实现系统内105万千瓦新能源全额消纳，实现了风、光资源的“零弃用”。

  全国首个三模混合储能项目的投运，为霍林河循环经济示范工程“源网荷储用”示范项目的大规模储能系统建设，奠定了技术与装备基础。

  在电力分公司B厂，记者看到了全国首个由铁铬液流、飞轮、锂电三种形式组成的混合储能项目。据电力分公司B厂厂长张鹏林介绍，混合储能项目于2023年8月19日投运。项目包括飞轮储能、液冷锂电池储能和铁-铬液流电池储能项目各1MW。其中1MW铁-铬液流电池储能项目应用国家电投自主研发的“容和一号”电池堆，是全球首例兆瓦级铁-铬液流电池储能项目。其目的是探索不同形式的储能在霍林河循环经济示范项目中的应用情况和适配能力，为下一步大规模引入储能项目，促进绿电消纳能力提升，保障局域电网稳定运行提供较为可靠的决定依据和实证数据。

  “目前，三模混合储能项目运行稳定，待下一步储能大规模应用到局域电网后，将通过储存、释放绿电达到‘削峰填谷’的目的，有效解决大比例新能源电量接入对局域电网造成的冲击。”张鹏林透露。

  值得一提的是，依托霍林河循环经济局域电网统一管控、居中调度，霍林河循环经济示范工程以“风光火储”互补发电模式，搭建了新能源全额消纳的智慧平台，利用火电、储能系统实现深度调峰，最大限度提升局域电网新能源消纳能力，发挥了“煤-新能源-电-铝”产业协同效应。

  随着2012年国务院办公厅发布《关于进一步促进内蒙古经济社会又好又快发展的若干意见》，为了创新性落实文件要求，中电投蒙东能源（国家电投内蒙古公司前身）将重点落在了“又快又好发展”上，即不仅不能为了自身的加快速度进行发展，破坏生态环境，影响当地牧民的正常生活，还要通过循环经济项目带动地方经济、修复自然生态。因此在规划时不仅考虑到“煤-电-铝”的协同，更是确定了建设新能源，推动绿色转型的发展趋势。从而兼顾了生态环保和经济发展两条主线，实现了企地共赢。

  近年来，国家电投内蒙古公司依照“风光火储铝”绿色发展思路将新能源与电解铝高载能行业融合发展，将绿电铝作为绿色电力长时储存的重要载体，不断的提高循环经济新能源装机规模和新能源消纳占比。

  在全国首批“绿电铝”产品认证中，霍煤鸿骏铝电公司完成8.6万吨重熔用铝锭、9.9万吨电解原铝液认证，大比例的绿电转化为“绿电铝”，让铝业变为“绿业”。今年上半年，电解铝绿电消纳占比达27.58%，为清洁能源产业化、规模化发展，高载能产业优化调整开辟了新路径。

  霍煤鸿骏铝电公司电解一分厂厂长高涛向记者介绍，该厂电解铝生产采用的是熔盐电解法，将碳素材作为阴阳两极，经整流所出来的强大直流电流由阳极炭块导入，经过电解质与铝液层，由阴极导出，在电解槽内的两极上进行电化学反应。随着电化学反应的不断进行，在阳极上得到气态物质，主要是二氧化碳，由此形成的烟气经过净化系统除尘除氟脱硫环保指标达标后排放到大气中。在阴极上得到液态铝，产出的铝液通过真空抬包从电解槽内抽出送往铸造车间或以原铝液的形式外销。电解槽内参与电化学反应的阳极炭块，随着生产的不断进行逐渐被消耗，剩余残极送往阳极组装车间，同时运回新组装的阳极进入电解槽内继续参与电化学反应，以保持生产的连续性。

  在大力发展新能源与电解铝高载能行业融合的同时，霍煤鸿骏铝电公司也在注重环保设备设施升级改造、智慧铝厂系统建设。今年，全国首例采用炉面干式高温脱硝+炭粉吸附除尘+湿法超细液滴脱硫烟气净化技术的焙烧净化系统在该公司投运，处理后的烟气中脱硫效率可达99%以上，效果显著。

  在铝锭铸造生产现场，全国首套铝锭铸造自动化生产线正在有序平稳运行，打渣、铸锭、码垛、打包、称重等环节全部由机器人操作，实现了自动化生产。除此之外，该公司还实施电解智能精准出铝、智能安全排查报警系统等智能制造项目，有效提升设备自动化、智能化水平，智能制造建设取得阶段性成果，最终实现机械化换人、自动化减人、智能化无人作业，提升劳动生产率，提高本质安全水平。

  值得一提的是，以“源-网-荷-储-用”多能互补关键技术探讨研究为课题，国家电投内蒙古公司正全力打造霍林河循环经济升级版。

  9月26日，通辽市防沙治沙和风电光伏一体化110万千瓦项目、通辽市扎哈淖尔35万吨绿电铝项目（扎铝二期）建设动员大会在内蒙古通辽市扎哈淖尔工业园区举办，标志着两个项目建设全面启动。国内首条“绿电铝”生产线的开工，有望引领铝产业链由“煤电铝”向“绿电铝”加速转型升级。

  记者获悉，通辽市扎哈淖尔35万吨绿电铝项目（扎铝二期）是由国家电投旗下内蒙古电投能源股份有限公司投资建设的新能源自发自用绿电铝生产线。作为打造霍林河循环经济“煤－新能源-电-铝”联营及源网荷储直供新范式标志性工程，该项目规划建设电解铝产能35万吨/年，采用目前国内最先进的500千安系列预焙阳极电解槽及其配套技术。

  根据规划，到2025年底，通辽市扎哈淖尔35万吨绿电铝配套的65万千瓦风电项目与35万吨绿电铝将同步投产，届时霍林河循环经济示范工程新能源装机将达到170万千瓦，电解铝产能扩增至121万吨，绿电消纳整体占比达到40%，远超国家电解铝行业25%可再次生产的能源利用比例要求。

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