DOC《大型铝电解系列消纳风电的关键问题及应对方案》

1 铝电解消纳风电的关键问题 1.1 概念提出及铝电解的前期试验总结 铝电解消纳风电这一思路属于两个互不相关的行业通过国家电网这一桥梁实现跨行业、优势互补的创新发展战略,在以前的研究与工业过程中未曾有过报道.即便在铝电解工业中,也仅仅存在极少数类似的工业实践,如针对峰谷电价的铝电解错峰运行机制、铝电解低电压电流强化节能技术等. 众所周知,工业用电的峰谷电价差异非常大,有的地区甚至达到一倍多.对于铝电解这一耗能大户来说,如果能够在电价峰值减小产能、在电价低估增大产能,同时通过实时调节铝电解的生产运行与操作参数,将会极大地拉低吨铝平均电价.此为极少数铝电解企业针对峰谷电价错峰运行机制的原理,下面以系列运行设计电流200 kA的某铝厂为例进行说明. 错峰运行的方式:将一天分为4个阶段,根据电价波动周期,以6个小时为一个阶段,分别对应早晚峰谷电价.在电价高峰段(8:00-12:00和18:00-22:00),此时电价高达0.9元/kWh,对电解槽实行减负荷运行,即降低电流至190 kA;

而在电价低谷段(12:00-18:00和22:00-8:00),此时电价0.3元/kWh,对电解槽实行超负荷运行,即强化电流至220 kA.将两种负荷交替进行,每天维持4种阶段,同时,采用较高质量的阳极,并通过合适的保温料的控制将电解槽保温控制在一个范围,利用电解槽的自调整能力,使得电解槽在两种负荷情况下均保持热平衡、电流效率基本保持一致. 错峰运行的效果:通过错峰运行,在河南地区可实现吨铝成本降低190元(计算结果见表1),本案例中,如果该铝厂为年产20万t原铝,则节约电力成本就达到3 800万元. 表1 错峰运行前后吨铝成本价格对比 Table

1 Comparison of unit aluminum cost price before and after flexible operation 种类 能耗/ kWh 电价/ (元・kWh-1) 人工/ 元 电流效率/ % 总成本/ 元 错峰运行前

13 300 0.579

2 200 91.50

15 200 错峰运行后

13 200 0.9(峰)/0.3(谷)

210 91.30

15 010 不难看出,在铝电解行业已经存在通过强化电流来实现电解槽增产节能或降低成本的前期探索.从供电负荷的角度看,铝电解系列属于一类负荷,即为了电解槽低能耗稳定运行,现代大型工业槽的生产一般要求载荷尽可能稳定,波动幅度在±1%以内,但这仅仅是从供电角度来看待问题的,而实际生产过程中,如果电解槽能够维持较为合理的保温条件,且阳极质量、母线电流密度等其他因素得到保障,则电解槽的系列电流完全可以在设计电流的-20%~+10%的幅度内波动. 1.2 制约铝电解系列消纳风电的关键问题分析 铝电解系列对于电能的需求量极大,但是由于风电的不稳定性,因此应用铝电解消纳风电即可视为铝电解需要在各种变负荷的条件下运行,表现在电解系列上即为电解槽的系列电流要根据需要进行波动.而电解槽的系列电流一旦出现波动,则会带来一系列的影响,主要表现以下几点. 1)系列电流波动对电解槽安全性的影响 由于铝电解槽母线系统全部为金属铝板带,其熔点相对降低(660 ℃左右),考虑到铝母线用量极大(达到50~60 t/槽),因此电解槽在设计时,皆尽可能将铝母线的电流密度最大化,从而减少母线系统的用铝量.此时,一旦电解槽的运行电流超过设计值,则必须考虑母线电流密度的承载能力,要求母线的温度与电流密度不能超过额定值,否则将会出现母线过热甚至母线熔断的重大安全事故.因此,在开展试验前必须对母线的电流密度与温度进行系统分析,寻找到电流波动的安全阈值. 2)系列电流波动对电解槽热平衡的影响 电解槽系列电流的波动将直接影响电解槽的热收入,假如电解槽热平衡的自平衡能力过弱(如炉帮不规整、覆盖料太厚等),则电解槽在消纳风电时会处在一种亚平衡状态,电解槽的相关指标会变得极不稳定,直接导致能耗升高. 3)系列电流波动对电解槽稳定性的影响 系列电流的波动还会导致电解槽内磁场的非线性波动,直接影响电磁力的分布,表现在电解槽内电磁力出现较大的波动........