一、余熱發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)
目前，我國(guó)水泥工業(yè)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的核心內(nèi)容是熱力循環(huán)系統(tǒng)，熱力循環(huán)方式主要有單壓系統(tǒng)、閃蒸系統(tǒng)、雙壓系統(tǒng)三種基本模式，以及由此衍生的復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)成。理論和實(shí)踐表明，以上三種熱力系統(tǒng)的選擇，應(yīng)依據(jù)企業(yè)的具體情況來(lái)選擇合適的系統(tǒng)，采用哪種熱力循環(huán)方式最合理，應(yīng)依據(jù)熱平衡計(jì)算、生產(chǎn)線規(guī)模、企業(yè)管理水平、投資高低等實(shí)際情況，進(jìn)行綜合比較分析論證。而且無(wú)論何種模式的余熱利用發(fā)電系統(tǒng)，相對(duì)于外部常規(guī)供配電網(wǎng)絕大多數(shù)采取“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的并網(wǎng)運(yùn)行方式，主要有下列技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)要求：
1. 并網(wǎng)及上網(wǎng)含義
所謂并網(wǎng)運(yùn)行是指發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下，與外部常規(guī)配電網(wǎng)在主回路上存在電氣連接，連接點(diǎn)～般稱為“公共連接點(diǎn)”(簡(jiǎn)稱PCC)。電氣連接包括電纜直接連接、經(jīng)過(guò)變壓器連接、經(jīng)過(guò)逆變器連接等方式。并網(wǎng)運(yùn)行按照電能功率交換方式可分為普通并網(wǎng)和并網(wǎng)不上網(wǎng)2種。前者發(fā)電機(jī)組可以向外部電網(wǎng)輸送多余電能功率，而后者則嚴(yán)格禁止發(fā)電機(jī)組的電能功率外送，即PCC處功率流向只能是從外部電網(wǎng)流向電力用戶，因此，水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的含義是指水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)雖然與外部常規(guī)供配電網(wǎng)并網(wǎng)但其所發(fā)電量由水泥工廠全部自用，即所發(fā)電能并不傳輸?shù)酵獠侩娋W(wǎng)使用，純粹技術(shù)上的并網(wǎng)連接點(diǎn)也都在水泥企業(yè)的內(nèi)部供配電網(wǎng)線路上通過(guò)電纜直接連接。通俗一點(diǎn)講，并網(wǎng)也可理解為技術(shù)方面，一般指的是“設(shè)備”，是發(fā)電機(jī)及發(fā)電設(shè)備與電力系統(tǒng)間存在物理連接。上網(wǎng)則是市場(chǎng)交易方面，一般指的是“電”，是電熊，電量要通過(guò)電力系統(tǒng)向用戶傳送及銷售。
2. 并網(wǎng)的條件
水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)一般選用的是同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)要投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行(并網(wǎng)運(yùn)行)。必須滿足幾個(gè)條件：①發(fā)電機(jī)的電壓應(yīng)與電網(wǎng)電壓大小相等、相位相同；②發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)和電網(wǎng)頻率相同；③發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)和電網(wǎng)相序一致。但前兩個(gè)條件是允許稍有出入的，第三個(gè)條件必須絕對(duì)滿足，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，客觀上同相之間的電壓差和相位差是不可避免的，發(fā)電機(jī)沒(méi)并網(wǎng)前自己是一個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)，外部常規(guī)配電網(wǎng)算一個(gè)，兩個(gè)電網(wǎng)并列運(yùn)行前需要投同期，同期考慮三個(gè)問(wèn)題，電壓差，相位差，頻率差，理論上三者差為0，即為最佳同期點(diǎn)，實(shí)際上這是幾乎不存在的，所以只需要電壓差、相位差和頻率差在一個(gè)允許的范圍內(nèi)即可發(fā)并網(wǎng)信號(hào)，使發(fā)電機(jī)組安全可靠并網(wǎng)。差越小，沖擊電流越小，需要系統(tǒng)無(wú)功功率也最小，對(duì)外部常規(guī)配電網(wǎng)的影響亦越小。
3. 并網(wǎng)的方法
并網(wǎng)的一系列操作步驟稱為同步，俗稱并車。實(shí)際的同步方法有兩種，一種稱為準(zhǔn)同步法(準(zhǔn)同期)，另一種稱為自同步法。目前水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的方法均采用準(zhǔn)同步法，所謂準(zhǔn)同步法是指同步汽輪發(fā)電機(jī)與外部電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，調(diào)節(jié)其電壓、頻率及相位角，使待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電狀態(tài)盡可能與對(duì)方(外部電網(wǎng))一致，即完全合乎上述并聯(lián)運(yùn)行投入的條件。這樣的同步過(guò)程，亦稱為理想同步。一般采用技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、精度高的現(xiàn)代同步指示裝置和自動(dòng)化并聯(lián)裝置，水泥工業(yè)配套余熱發(fā)電系統(tǒng)在這方面設(shè)計(jì)的已經(jīng)非常先進(jìn)可靠與完美了。
4. 并網(wǎng)電壓
我國(guó)的水泥工廠其總進(jìn)線電壓一般有10kV、35kV和110kV，也就是說(shuō)其配套余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組一般都是與110kV電壓等級(jí)以下的外部常規(guī)配電系統(tǒng)并網(wǎng)，我們知道，根據(jù)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組容量的不同，要選擇不同的并網(wǎng)電壓，設(shè)發(fā)電機(jī)組容量為S，電壓為U，電流為I，則三者滿足S=UI，I=S/U，可見(jiàn)在發(fā)電機(jī)組容量一定的情況下，為了盡量降低電流，就要相應(yīng)提高發(fā)電機(jī)組的電壓，因此，選擇適當(dāng)?shù)牟⒕W(wǎng)電壓也是為了將在PCC點(diǎn)的注入電流控制在合適的范圍之內(nèi)，同時(shí)降低線路損耗。根據(jù)我國(guó)各個(gè)地方的電網(wǎng)特點(diǎn)及水泥工廠內(nèi)部配電電壓等級(jí)，為了使機(jī)組運(yùn)行在一個(gè)安全合理的電壓水平上，水泥工業(yè)配套余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)電壓一般在6.3kV和10.5kV居多。
5. 接入容量
根據(jù)國(guó)外分布式發(fā)電裝置(Distributed Generation簡(jiǎn)稱DG)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)DG發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)潮流的變化，為了使這種變化處于可控的范圍內(nèi)，一般要對(duì)DG發(fā)電機(jī)組的容量進(jìn)行合理限制。另外，由于DG機(jī)組的啟、停機(jī)不受電力系統(tǒng)調(diào)度部門的控制，所以如果單臺(tái)機(jī)組容量過(guò)大，啟、停機(jī)時(shí)就會(huì)對(duì)周圍的用戶用電造成較大的影響。例如感應(yīng)發(fā)電機(jī)需要從電力系統(tǒng)中獲得無(wú)功支持才能正常運(yùn)行，當(dāng)它啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成電壓突然下降，而它運(yùn)行時(shí)吸收大量無(wú)功，使得線路上的無(wú)功電流和無(wú)功損耗都會(huì)增加。在美國(guó)德州的DG并網(wǎng)規(guī)定中為了減小機(jī)組啟、停機(jī)時(shí)的沖擊和保證其他用戶的安全用電，限制DG機(jī)組的總?cè)萘坎荒艹^(guò)最大負(fù)荷的25%。而在水泥行業(yè)，一般地處城市偏遠(yuǎn)地區(qū)，其配套余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組又都布置在水泥工廠內(nèi)部，發(fā)電機(jī)組容量占水泥工廠全廠總變壓器容量的比例一般也不超過(guò)25%，說(shuō)明其對(duì)外部電網(wǎng)的影響是很小的，理論上和實(shí)踐上也都充分證明了這一點(diǎn)，因此借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為余熱發(fā)電機(jī)組的啟、停機(jī)不受電力系統(tǒng)調(diào)度部門的控制也是可以的。
二、余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行政策落實(shí)上存在的問(wèn)題
水泥余熱發(fā)電是一項(xiàng)非常有效的節(jié)能減排途徑，應(yīng)該說(shuō)國(guó)家已經(jīng)給予政策上的大力支持，2005年也已被列入我國(guó)十大節(jié)能工程之一。
1. 主要相關(guān)法律條文引述
(1)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》(2007年10月28日修訂通過(guò)，自2008年4月1日起施行)：
“三十一條? 國(guó)家鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)采用高效、節(jié)能的電動(dòng)機(jī)、鍋爐、窯爐、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備，采用熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱余壓利用、潔凈煤以及先進(jìn)的用能監(jiān)測(cè)和控制等技術(shù)。
第三十二條? 電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)務(wù)院有關(guān)部門制定的節(jié)能發(fā)電調(diào)度管理的規(guī)定，安排清潔、高效和符合規(guī)定的熱電聯(lián)產(chǎn)、利用余熱余壓發(fā)電的機(jī)組以及其他符合資源綜合利用規(guī)定的發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行國(guó)家有關(guān)規(guī)定。
第七十八條? 電網(wǎng)企業(yè)未按照本法規(guī)定安排符合規(guī)定的熱電聯(lián)產(chǎn)和利用余熱余壓發(fā)電的機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，或者未執(zhí)行國(guó)家有關(guān)上網(wǎng)電價(jià)規(guī)定的，由國(guó)家電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)責(zé)令改正；造成發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失的，依法承擔(dān)賠償責(zé)任。”
(2)《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》(2008年8月29日第十一屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第四次會(huì)議通過(guò)，自2009年1月1日起施行)：
“第三十條 企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家規(guī)定，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉煤灰、煤矸石、尾礦、廢石、廢料、廢氣等工業(yè)廢物進(jìn)行綜合利用。
第三十二條企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用先進(jìn)或者適用的回收技術(shù)、工藝和設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱、余壓等進(jìn)行綜合利用。
建設(shè)利用余熱、余壓、煤層氣以及煤矸石、煤泥、垃圾等低熱值燃料的并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)依照法律和國(guó)務(wù)院的規(guī)定取得行政許可或者報(bào)送備案。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家規(guī)定，與綜合利用資源發(fā)電的企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議，提供上網(wǎng)服務(wù)，并全額收購(gòu)并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目的上網(wǎng)電量。”
2. 實(shí)際政策落實(shí)上存在的問(wèn)題及原因
但在實(shí)際并網(wǎng)問(wèn)題上，水泥行業(yè)往往受到當(dāng)?shù)仉娏π袠I(yè)的嚴(yán)重不公平待遇和刁難甚至“敲詐”，只要并網(wǎng)，有許多地區(qū)的電力行業(yè)(電網(wǎng)企業(yè))還要按余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的多少收取極不合理的“上網(wǎng)費(fèi)、并網(wǎng)費(fèi)或管理費(fèi)”等。余熱發(fā)電機(jī)組機(jī)組的啟、停機(jī)還要受到電網(wǎng)企業(yè)電力系統(tǒng)調(diào)度部門的嚴(yán)格控制，個(gè)別省市的水泥廠余熱發(fā)電并網(wǎng)仍然是老大難問(wèn)題，余熱發(fā)電系統(tǒng)具備發(fā)電條件后往往卻因并網(wǎng)問(wèn)題得不到合理解決而遲遲不能正常發(fā)電運(yùn)行，有的能拖半年之久，有的水泥企業(yè)甚至將并網(wǎng)問(wèn)題反映到省長(zhǎng)那里，依然得不到合理公平解決。該問(wèn)題基本上可以定性為普遍存在的問(wèn)題，大大侵蝕了水泥企業(yè)的利潤(rùn)空間，一定程度上也影響了新上水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目的積極性，阻礙了國(guó)家節(jié)能減排計(jì)劃的有效實(shí)施。為什么一個(gè)被國(guó)家出臺(tái)了一系列優(yōu)惠和鼓勵(lì)政策、技術(shù)上完全成熟并大力推廣的節(jié)能減排項(xiàng)目，在實(shí)際政策執(zhí)行與落實(shí)上，有許多偏差、阻力和不公平呢?我們通過(guò)調(diào)查，綜合分析認(rèn)為主要有以下原因：①行業(yè)利益上有沖突，由于水泥余熱發(fā)電會(huì)在一定程度上影響了電力電網(wǎng)企業(yè)的利益，電力電網(wǎng)企業(yè)從內(nèi)心里、真實(shí)的想法是：對(duì)水泥企業(yè)的余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)請(qǐng)求是不樂(lè)意接受的，態(tài)度也是不積極的；②在我國(guó)，集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)是電能生產(chǎn)、輸送和分配的主要方式，電力行業(yè)尤其是電網(wǎng)行業(yè)又是一個(gè)高度壟斷的的行業(yè)，有相當(dāng)一部分電力行業(yè)人員是有著比較固化的集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)及電網(wǎng)安全的行業(yè)習(xí)慣思維，對(duì)近年來(lái)國(guó)外發(fā)展較快的直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置也不是太了解，再加上近年來(lái)電力行業(yè)多是上大機(jī)組淘汰落后小機(jī)組的發(fā)展，應(yīng)該說(shuō)個(gè)別電力行業(yè)工作人員對(duì)容量一般不大的水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)組(一般有2MW 4.5MW 9MW 1.8MW和2.2MW以下幾個(gè)規(guī)格)能否保持較理想的發(fā)電技術(shù)指標(biāo)有些偏見(jiàn)或?qū)λ嘈袠I(yè)管理運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的技術(shù)力量和經(jīng)驗(yàn)不太信任，認(rèn)為一旦和他們管理運(yùn)營(yíng)的外部大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，會(huì)增加外部大電網(wǎng)的不安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。③一些政策法規(guī)尚不健全，尤其在針對(duì)水泥行業(yè)余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還是空白，已有政策法規(guī)條文的實(shí)際操作性差，水泥行業(yè)與電力電網(wǎng)行業(yè)雙方對(duì)政策法規(guī)條文的理解和領(lǐng)會(huì)存在差距，也是阻礙合理高效進(jìn)行并網(wǎng)的一個(gè)重要原因。往往使雙方在并網(wǎng)協(xié)議簽訂時(shí)對(duì)一些由各方應(yīng)承擔(dān)的基本義務(wù)、必須滿足的技術(shù)條件和行為規(guī)范等很難協(xié)商一致，存在分歧，就是已經(jīng)簽訂的一些并網(wǎng)協(xié)議也不能真正體現(xiàn)平等、自愿、協(xié)商一致和誠(chéng)實(shí)信用的公正原則。
三、建議與對(duì)策
針對(duì)新時(shí)期我國(guó)水泥工業(yè)配套余熱發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行方面客觀存在的許多問(wèn)題，結(jié)合其技術(shù)特點(diǎn)，站在科學(xué)發(fā)展觀的立場(chǎng)，本著公平合理不偏不倚的原則，集思廣益，特提出以下建議與對(duì)策：
1．充分利用行業(yè)協(xié)會(huì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮其技術(shù)指導(dǎo)和服務(wù)作用，針對(duì)當(dāng)前存在問(wèn)題，認(rèn)真學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和政策立法理念，組織相關(guān)技術(shù)專家進(jìn)行認(rèn)真專題論證，積極向國(guó)家有關(guān)主管部門(如國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家電監(jiān)會(huì)等)提出建議和議案，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)解決，盡快制定出余熱利用發(fā)電并網(wǎng)(審批、優(yōu)惠政策等)管理辦法，提高優(yōu)惠政策的可操作性。
2．水泥企業(yè)要高度重視對(duì)真正熟悉余熱利用發(fā)電技術(shù)及國(guó)家節(jié)能減排優(yōu)惠政策等優(yōu)秀人才的選培工作，在與電力行業(yè)工作人員商談水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)協(xié)議時(shí)，充分發(fā)揮他們的技術(shù)專業(yè)特長(zhǎng)，最大限度用好國(guó)家的政策法規(guī)，以理服人，盡最大可能為水泥行業(yè)多爭(zhēng)取合理合法利益，使簽訂的并網(wǎng)協(xié)議能充分體現(xiàn)公平合理的原則，提升整個(gè)水泥行業(yè)的應(yīng)有價(jià)值。
3．水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行一定要用“想在前頭，力求完美”的理念，提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，凡事，預(yù)則立，不預(yù)則廢(預(yù)：預(yù)先，指事先作好計(jì)劃或準(zhǔn)備；立：成就；廢：敗壞。)，不能等項(xiàng)目已經(jīng)快具備發(fā)電運(yùn)行的條件時(shí)再與電力行業(yè)商談并網(wǎng)協(xié)議。
4．水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題要充分借鑒學(xué)習(xí)國(guó)外近年來(lái)發(fā)展較快的分布式能源系統(tǒng)的思想和經(jīng)驗(yàn)，例如完全可以把水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)看作是直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置(Distributed Generation，簡(jiǎn)稱DG)，這里的用戶就是水泥工廠自身，揚(yáng)長(zhǎng)避短，和諧科學(xué)發(fā)展。日本的經(jīng)驗(yàn)是分布能源系統(tǒng)的發(fā)電容量最好在25%-35%之間，不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充，友好供電，相互依存。
5．為規(guī)范水泥廠余熱發(fā)電的設(shè)計(jì)工作，我國(guó)《水泥工廠純低溫余熱發(fā)電設(shè)計(jì)規(guī)范》正在編制之中，針對(duì)業(yè)內(nèi)以噸熟料發(fā)電量評(píng)價(jià)發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)象，還應(yīng)抓緊編制余熱發(fā)電技術(shù)評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)。
四、結(jié)束語(yǔ)
水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)是國(guó)家節(jié)能減排工作中的重要技術(shù)之一，同外部常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，能夠充分發(fā)揮余熱發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)，提高能源利用率，降低配電網(wǎng)網(wǎng)損，提高供電可靠性。其機(jī)組并網(wǎng)在技術(shù)上是完全可行的，只要設(shè)計(jì)合理，設(shè)備選型得當(dāng)，運(yùn)行良好，不會(huì)影響外部常規(guī)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，我國(guó)應(yīng)加快余熱利用發(fā)電并網(wǎng)條例或并網(wǎng)管理辦法的制定，盡快消除在水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行中存在的不合理現(xiàn)象，合理平衡水泥行業(yè)與電力電網(wǎng)行業(yè)之間的關(guān)系，使得水泥余熱利用發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有章可循，從而促進(jìn)我國(guó)節(jié)能減排項(xiàng)目的快速健康發(fā)展。