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    HORRS系統——電解鋁蓄能調峰的一次革命!
    時間:2021-05-22 10:22    來源:    點擊:

     鋁電解——高載能產業,工業用電大戶,有較高的碳排放,具有24小時穩定運行的特點。


    蓄能調峰——電網調節發用電不均衡,高效運行的重要舉措之一。在“碳達峰,碳中和”形勢下,任務更加艱巨,是電力系統當前一項重大命題。

    原本看似不相關的兩個問題,卻使一項技術的誕生成為歷史的必然,HORRS——實現鋁電解槽參與蓄能調峰的一次革命!
     
    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、海平面上升等環境問題,已經威脅到人類的生存?;茉吹牟豢稍偕砸彩沟萌祟惪衫玫哪茉丛絹碓缴?,開發利用可再生能源成為共識和未來能源工業發展的方向。未來30年全球一次能源預期將增加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、風能、太陽能為代表的可再生能源。



    快速發展的可再生能源

    根據英國BP所作的不同模型下預測:到2040年,能源結構將發生根本性變化,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利用已經成為共識,但是在實際應用中,由于可再生能源受自然條件變化的影響巨大,水能、風能、太陽能不同季節、晝夜和不同時段負荷差別巨大,使得未來電力供給在技術上存在突出的問題。2019年,由于電力供、需峰谷差異造成我國全年棄水、棄風、棄光負荷達到515億千瓦時。

    2020年我國電解鋁產量約3700萬噸,電解鋁工業年用電量約5000億千瓦時,約占全國總用電量的7%。由于電解鋁生產24小時穩定運行的工藝特點,電解鋁工業對于供電系統的穩定性有著極高的要求,蓄能調峰更是遙不可及的一項難題!

    但近年來,一項電解鋁技術的革命正在悄然來臨。通過電解槽輸出端能量流調節技術,開發適應寬幅柔性的電力輸入,使電解槽擺脫對電力穩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”。
     

     

     

     

    電解鋁蓄能調峰示意圖

    國際上,2017年新西蘭奧克蘭大學輕金屬研究中心經歷17年研究開發的EnPot技術在德國TRIMET鋁廠12臺120kA工業電解槽上投入運行??蛇m應在電力供應大負荷波動條件下電解槽的穩定操作,成功地將電解鋁工業成為“虛擬電池”,實現蓄能調峰幅度達到±25%。

    在國內,我國科技工作者歷經多年研究開發,電解鋁蓄能調峰技術近日取得重大突破。由鄭州大學梁學民教授團隊與鄭州輕冶科技股份有限公司、河南中孚實業股份有限公司以及河南省電力設計院等單位聯合攻關,在與挪威、加拿大、美國等國際公司廣泛合作的基礎上,歷經四年研究開發的“鋁電解能量流調控與輸出端節能技術”(HORRS系統)研制成功,兩臺400kA電解槽已分別于3月11日和5月16日投入工業化運行?;厥沼酂岢晒λ腿腱柫x市熱網和中孚電廠火力發電機組的回熱系統。

     

     

     

    HORRS系統原理圖

    由于采用了獨特的熱管集熱器技術,HORRS系統的研制成功,首次完成鋁電解槽能量流調節、槽體熱聚集、輸出端余熱利用成套工業系統的開發,實現以下三大目標:

     

    一、輸入端節能——電化學過程優化。實現穩定熱特性控制、降低電解槽平均壓降、提高電流效率,實現噸鋁節電300-500千瓦時;


    二、輸出端節能——余熱回收利用?;厥针娊獠塾酂?-10%,折合噸鋁節電 400-500千瓦時;


    三、虛擬電池——實現電網蓄能調峰。在電力供應波動±20%情況下,實現電解鋁生產的穩定運行。

     


     

     

     


    HORRS技術的開發應用將通過電解槽熱特性優化控制為電解鋁探索優化工藝條件奠定理論基礎,并取得電解槽槽體散熱的高效聚集和利用,使電解鋁工業首次實現輸入端與輸出端“雙端節能”目標,綜合節能達8-10%,同時為電解鋁工廠成為“虛擬電池”工廠創造了良好條件。

    2020年全國電解鋁產量3730萬噸,若按50%使用HORRS技術,年用電量減少180億千瓦時,減少CO2排放1800萬噸,對于節能效益和碳減排意義重大;同時,按照2019年電力需求月度最大峰谷差為1879億千瓦,當年鋁冶煉用電量4730億千瓦時,其蓄能調峰將調節電量可達4730×40%×50%=946億千瓦時,對可再生能源利用和國家智能電網建設貢獻巨大。

     

     

     

    3月11日,HORRS系統啟動儀式

    此項技術的應用,有助于在北方地區秋冬季重污染天氣情況下,實施電解鋁生產線的錯峰生產和限產措施。也可以在南方水電枯水期,實施錯峰生產,保持電解鋁生產運行的穩定性,并減少電解鋁限產和錯峰生產給企業生產帶來的負面影響;在水電豐水期,可實現電解鋁增產。在調節并高效利用風電、光伏等新能源電力方面,也有同樣的應用場景和作用。此項技術的應用,將深度挖掘電解鋁行業在減少碳排放上的潛力,具有極大的社會效益,經濟效益和環境收益。

     

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