DOC《大型铝电解系列消纳风电的关键问题及应对方案》

大型铝电解系列消纳风电的关键问题及应对方案 何桂雄1,熊敏1,张红亮2,唐艳梅1,蒋利民1,钟鸣1 (1.

中国电力科学研究院,北京 100192;

2.中南大学 冶金与环境学院,长沙 410083) 摘要:从铝电解角度出发,提出一种应用大型铝电解系列消纳风电的新思路.首先通过分析铝电解行业及风电分布的特征,探索了铝电解消纳风电的理论可行性;

进而基于铝电解工业的特征,从安全性、热平衡及磁流体稳定性等方面深入剖析了铝电解消纳风电的关键问题;

最后,从风电消纳理论值、消纳现场评估及工业试验等角度,提出了铝电解消纳风电的具体实施方案.仿真结果验证了电解槽对于风电的巨大消纳潜力,在理想的工艺技术条件和消纳制度下,电解槽能够在较稳定的状态下消纳风电. 关键词:铝电解;

风电;

消纳;

能耗;

数值模拟 中图分类号:TF821 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2016)10-0000-00 Key Problems and Countermeasures of Wind Power Accommodation by Aluminum Electrolysis Series HE Gui-xiong1, XIONG Min1, ZHANG Hong-liang2, TANG Yan-mei1, JIANG Li-min1, ZHONG Ming1 (1. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China;

2. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China) Abstract:A novel idea for wind power accommodation by aluminum electrolysis nearby was proposed. Firstly, features of wind power distribution and aluminum electrolysis industry were analyzed to explore theoretical feasibility of wind power accommodation by aluminum electrolysis. Then, based on characters of aluminum reduction cell, key problems were thoroughly analyzed from the aspects of safety, thermal balance, and MHD (magnetohydrodynamics) instabilities. Finally, a whole accommodation implementation plan of wind power by aluminum reduction was introduced from the points of theoretical value of accommodation, evaluation of reduction cell, and industrial experiment plane. Numerical simulation result proves huge accommodation potential for aluminum reduction cell. Aluminum electrolysis cell can stably accommodate win power under proper technique and accommodation scheme. Key words:aluminum electrolysis;

wind power;

accommodation;

energy consumption;

numerical simulation 风电属于可再生、清洁的间歇性能源,目前我国西部、北部等风电资源丰富的地区,发展速度极快,但这些地区的电网建设相对落后,消纳风电成为难题.据2015年上半年风电并网运行报告,弃风最严重的地区包括甘肃、新疆、蒙西;

较严重地区包括河北、蒙东等,最高弃风比例超过40%[1-2]. 与此同时,我国铝电解工业发展迅猛.2015年中国原铝产量达到3 200万t,占全球原铝总产量的56.7%[3].而2015年我国全年铝电解工业电耗约达4 378亿kWh,占全社会用电总量的7.9%[4],尽管近年来我国研发了一系列铝电解节能技术[5-9],在工业试验中取得了吨铝11 819~12

300 kWh的直流电耗指标,但能量效率依然较低.我国铝电解工业面临巨大的节能压力.我国铝电解行业对电力资源极度依赖,电价已经成为决定铝电解企业生存的核心要素,主要原因是:首先,电解铝用电量极大;

其次,我国铝电解工业用电的平均价格偏高(平均0.3~0.6元/kWh,少数自备电场或者独立电网的企业可以低至0.2元/kWh),吨铝成本中电力成本占40%~50%,电力成本价格已经成为各大铝电解企业盈利甚至存亡的关键所在.在这一因素的驱使下,我国铝电解近几年正在向能源资源相对便宜的北部(内蒙)、西部(甘肃、青海、新疆等地)地区飞速发展,且这些地区的铝电解企业多自建有配套的火力发电厂,能够保证本企业相对稳定的能源供给. 不难看出,我国电解铝高产能地区恰好与风电资源丰富的地区基本重叠(如内蒙、新疆与甘肃等地),如果能通过电网与铝电解相关技术的研发与设备升级,配合电价补偿机制,完全可以让铝电解这一高耗能产业消纳风电等新能源,实现多个产业链的优势互补.2015年我国风电并网年发电量接近2 000亿kWh[1],约为铝电解总耗电量的一半,因此实现风电的就近消纳对铝电解和风电产业都具有极其重要的意义. 收稿日期:2016-04-14 基金项目:国家科技支撑计划项目(2015BAA01B04) 作者简介:何桂雄(1984-),男,湖北人,硕士研究生,工程师. 本文在总结我国风电及铝电解发展基本特点的基础上,分析了应用铝电解消纳风电的关键因素,并针对铝电解的特征,提出了应用铝电解系列消纳风电的措施和建议,最后,应用仿真对铝电解消纳风电进行简单的理论计算,验证其可行性及巨大的潜力.