鋁電解——高載能產(chǎn)業(yè)，工業(yè)用電大戶，有較高的碳排放，具有24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。

　　蓄能調(diào)峰——電網(wǎng)調(diào)節(jié)發(fā)用電不均衡，高效運(yùn)行的重要舉措之一。在“碳達(dá)峰，碳中和”形勢(shì)下，任務(wù)更加艱巨，是電力系統(tǒng)當(dāng)前一項(xiàng)重大命題。

　　原本看似不相關(guān)的兩個(gè)問題，卻使一項(xiàng)技術(shù)的誕生成為歷史的必然，HORRS——實(shí)現(xiàn)鋁電解槽參與蓄能調(diào)峰的一次革命！

　　以煤炭、石油、天然氣為代表的化石能源，在使用過程排放了大量的溫室氣體，造成全球變暖、極地冰層融化、海平面上升等環(huán)境問題，已經(jīng)威脅到人類的生存?；茉吹牟豢稍偕砸彩沟萌祟惪衫玫哪茉丛絹碓缴?，開發(fā)利用可再生能源成為共識(shí)和未來能源工業(yè)發(fā)展的方向。未來30年全球一次能源預(yù)期將增加30-50%，但要求碳排放保持基本不增加或有所減少，必須要靠增加以水能、風(fēng)能、太陽能為代表的可再生能源。

　　根據(jù)英國(guó)BP所作的不同模型下預(yù)測(cè)：到2040年，能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性變化，可再生能源將成為最大的電力來源。然而，盡管可再生能源的開發(fā)利用已經(jīng)成為共識(shí)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于可再生能源受自然條件變化的影響巨大，水能、風(fēng)能、太陽能不同季節(jié)、晝夜和不同時(shí)段負(fù)荷差別巨大，使得未來電力供給在技術(shù)上存在突出的問題。2019年，由于電力供、需峰谷差異造成我國(guó)全年棄水、棄風(fēng)、棄光負(fù)荷達(dá)到515億千瓦時(shí)。

　　2020年我國(guó)電解鋁產(chǎn)量約3700萬噸，電解鋁工業(yè)年用電量約5000億千瓦時(shí)，約占全國(guó)總用電量的7%。由于電解鋁生產(chǎn)24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的工藝特點(diǎn)，電解鋁工業(yè)對(duì)于供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著極高的要求，蓄能調(diào)峰更是遙不可及的一項(xiàng)難題！

　　但近年來，一項(xiàng)電解鋁技術(shù)的革命正在悄然來臨。通過電解槽輸出端能量流調(diào)節(jié)技術(shù)，開發(fā)適應(yīng)寬幅柔性的電力輸入，使電解槽擺脫對(duì)電力穩(wěn)定性的高依賴性要求，從而可使電解鋁工廠成為大容量的“虛擬電池”。

電解鋁蓄能調(diào)峰示意圖

　　國(guó)際上，2017年新西蘭奧克蘭大學(xué)輕金屬研究中心經(jīng)歷17年研究開發(fā)的EnPot技術(shù)在德國(guó)TRIMET鋁廠12臺(tái)120kA工業(yè)電解槽上投入運(yùn)行?？蛇m應(yīng)在電力供應(yīng)大負(fù)荷波動(dòng)條件下電解槽的穩(wěn)定操作，成功地將電解鋁工業(yè)成為“虛擬電池”，實(shí)現(xiàn)蓄能調(diào)峰幅度達(dá)到±25%。

　　在國(guó)內(nèi)，我國(guó)科技工作者歷經(jīng)多年研究開發(fā)，電解鋁蓄能調(diào)峰技術(shù)近日取得重大突破。由鄭州大學(xué)梁學(xué)民教授團(tuán)隊(duì)與鄭州輕冶科技股份有限公司、河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司以及河南省電力設(shè)計(jì)院等單位聯(lián)合攻關(guān)，在與挪威、加拿大、美國(guó)等國(guó)際公司廣泛合作的基礎(chǔ)上，歷經(jīng)四年研究開發(fā)的“鋁電解能量流調(diào)控與輸出端節(jié)能技術(shù)”（HORRS系統(tǒng)）研制成功，兩臺(tái)400kA電解槽已分別于3月11日和5月16日投入工業(yè)化運(yùn)行?；厥沼酂岢晒λ腿腱柫x市熱網(wǎng)和中孚電廠火力發(fā)電機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)。

HORRS系統(tǒng)原理圖

　　由于采用了獨(dú)特的熱管集熱器技術(shù)，HORRS系統(tǒng)的研制成功，首次完成鋁電解槽能量流調(diào)節(jié)、槽體熱聚集、輸出端余熱利用成套工業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)以下三大目標(biāo)：

　　一、輸入端節(jié)能——電化學(xué)過程優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定熱特性控制、降低電解槽平均壓降、提高電流效率，實(shí)現(xiàn)噸鋁節(jié)電300-500千瓦時(shí)；

　　二、輸出端節(jié)能——余熱回收利用?；厥针娊獠塾酂?-10%，折合噸鋁節(jié)電400-500千瓦時(shí)；

　　三、虛擬電池——實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)蓄能調(diào)峰。在電力供應(yīng)波動(dòng)±20%情況下，實(shí)現(xiàn)電解鋁生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　HORRS技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用將通過電解槽熱特性優(yōu)化控制為電解鋁探索優(yōu)化工藝條件奠定理論基礎(chǔ)，并取得電解槽槽體散熱的高效聚集和利用，使電解鋁工業(yè)首次實(shí)現(xiàn)輸入端與輸出端“雙端節(jié)能”目標(biāo)，綜合節(jié)能達(dá)8-10%，同時(shí)為電解鋁工廠成為“虛擬電池”工廠創(chuàng)造了良好條件。

　　2020年全國(guó)電解鋁產(chǎn)量3730萬噸，若按50%使用HORRS技術(shù)，年用電量減少180億千瓦時(shí)，減少CO2排放1800萬噸，對(duì)于節(jié)能效益和碳減排意義重大；同時(shí)，按照2019年電力需求月度最大峰谷差為1879億千瓦，當(dāng)年鋁冶煉用電量4730億千瓦時(shí)，其蓄能調(diào)峰將調(diào)節(jié)電量可達(dá)4730×40%×50%=946億千瓦時(shí)，對(duì)可再生能源利用和國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)貢獻(xiàn)巨大。

　　此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，有助于在北方地區(qū)秋冬季重污染天氣情況下，實(shí)施電解鋁生產(chǎn)線的錯(cuò)峰生產(chǎn)和限產(chǎn)措施。也可以在南方水電枯水期，實(shí)施錯(cuò)峰生產(chǎn)，保持電解鋁生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并減少電解鋁限產(chǎn)和錯(cuò)峰生產(chǎn)給企業(yè)生產(chǎn)帶來的負(fù)面影響；在水電豐水期，可實(shí)現(xiàn)電解鋁增產(chǎn)。在調(diào)節(jié)并高效利用風(fēng)電、光伏等新能源電力方面，也有同樣的應(yīng)用場(chǎng)景和作用。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，將深度挖掘電解鋁行業(yè)在減少碳排放上的潛力，具有極大的社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境收益。

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