非并网多能源协同供电的电解铝系统

摘要

本发明涉及一种非并网多能源协同供电的电解铝系统，该系统包括电解铝装置、太阳能聚光发电装置和风力发电装置，在铝电解槽的侧壁外壳上设有换热器，还包括电量控制装置以及散热控制装置；所述换热器外侧设有保温层，所述换热器与所述管状接收器通过管路连接；所述散热控制装置与电量控制装置的控制输出端连接；在使用时，白天公用电网供给所述电解铝装置的电量为保温运行所需的最低电量，所述风力发电装置和太阳能聚光发电装置生成的电量作为补充；晚上则取消公用电网对所述电解铝装置的电量供给限制。该系统能够适应风力和太阳能发电的波动，充分利用公用电网的峰谷电价差提高企业经济效益，而且能够辅助公用电网进行调峰。

权利要求

1.一种非并网多能源协同供电的电解铝系统，包括电解铝装置、太阳能聚光发电装置和风力发电装置，所述太阳能聚光发电装置包括槽式反射镜和管状接收器，所述电解铝装置的铝电解槽的侧壁外壳上设有装有导热介质的换热器，其特征在于：还包括用于协调控制供给所述电解铝装置电量的电量控制装置以及用于控制所述换热器中导热介质的流速的散热控制装置；所述换热器外侧设有保温层，所述保温层将换热器包敷在所述铝电解槽的侧壁外壳上，所述换热器与所述管状接收器通过管路连接；所述电量控制装置的输入端与太阳能聚光发电装置的电力输出端、风力发电装置的电力输出端以及公用电网均连接，所述电量控制装置的电力输出端与电解铝装置的电极相连接；所述散热控制装置与电量控制装置的控制输出端连接，所述散热控制装置通过电量控制装置输出的电量作为参数控制换热器中导热介质的流速；所述电解铝系统在使用时，当公用电网处于峰时段时，公用电网按照所述电解铝装置为保温运行所需的最低电量给所述电解铝装置供电，所述风力发电装置和太阳能聚光发电装置生成的电量作为补充；当公用电网处于谷时段时，则公用电网取消按照所述电解铝装置为保温运行所需的最低电量给所述电解铝装置供电的限制。

2.根据权利要求1所述的非并网多能源协同供电的电解铝系统，其特征在于：所述电解铝装置保温运行所需的最低电量为仅对所述电解铝装置的铝电解槽进行保温而不再回收余热时电解铝液保持860-980℃时所需的供电量。

3.根据权利要求1所述的非并网多能源协同供电的电解铝系统，其特征在于：所述导热介质为熔盐或导热油。

说明书

非并网多能源协同供电的电解铝系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种非并网多能源协同供电的电解铝系统，属于电解铝技术领域。

背景技术

[0002] 改革开放以来，我国国民经济持续高速发展，经济总量不断跃上新台阶。伴随着经济的高速发展，我国的电力需求也迅速增长。2012年我国全社会用电量达到了49591亿千瓦时，同比增长5.5%。从1980年至2012年，我国全社会用电量增长16.8倍，年均增长9.2%。

[0003] 煤炭是我国的主体能源，占一次能源消费总量的70%左右。2012年我国煤电装机规模已达7.58亿千瓦，占总装机的66.2%；煤电发电量3.68万亿千瓦时，占总发电量的73.9%。我国丰富的煤炭资源禀赋决定了我国将在较长时间段内保持以煤电为主的电源结构。

[0004] 煤电为主的电源结构不能深度调峰，因此我国大区电网存在电源分布不合理，造成电源结构（基、腰、峰荷电源）性矛盾，即电网严重缺乏调峰电源。多年来我国一直迫使超临界和超超临界60万-100万千瓦机组非常规调峰，低谷时压到50%亚临界运行，使低碳机组高碳运行。随着城市化、工业化，电网每年增长的用电负荷，其峰谷差将超过50%。

[0005] 因此未来我国煤电发展必须走绿色环保的可持续发展道路。煤电的发展能力主要考虑气候变化、环境保护、煤炭产能三个因素影响。风能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为是世界能源战略的重要组成部分。目前世界上大规模风电场的应用方式主要以风电并网为主，风能的利用主要按照“风轮-发电机-电网-用户（负载）”的路线来进行，其中电网是风电的负载和用户的电源。但是由于风电的不稳定性和波动特性，大规模风电上网还存在着现阶段难以克服的技术障碍，风电对电网贡献率难以超过10%已经成为一个世界性难题。同时，风电上网对风力机提出了满足电网稳频、稳压和稳相的要求，由此大幅度增加了风力机制造成本和风电价格，使风电的大规模应用受到限制。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为是世界能源战略的重要组成部分。太阳能发电是一种替代常规能源的方法，是各国科学家和政府关注的重点之一。

[0006] 随着近年来电解铝规模的快速扩张，面临居高不下的用电成本，如何降低供电系统设备的能量消耗已经成为众多同行业面对的共同问题。2008年，我国电解铝产量达到1317万吨。按照目前国内电解铝的生产水平，每生产1吨铝的直流耗电约为13 200kWh，全行业直流用电量约为1738亿度，占全国用电量的7 %左右，是典型的高载能产业。由于大容量铝电解槽一般系列规模较大，巨大的用电负荷集中在一个生产系列上，铝电解系列生产生成的任何电力波动都会对电网造成较大的影响。

[0007] 因此，充分利用现有的风能和太阳能，并适合中国国情，充分利用电网的峰谷差（如江苏沿海规模化用电企业的峰时电价为1.05元/度，谷时电价则降至0.27元/度），提高企业经济效益（利润），成为一个亟待解决的问题。

[0008] 申请人检索发现，公开号为CN 102943287A的中国专利公开了一种风光互补的电解铝装置。该风光互补的电解铝装置采用了以风电、太阳能热发电和网电三者联合为电解铝提供电能的方式，将风能以非并网的形式与太阳能以及铝电解槽产生的余热互补利用。该装置需要设置一个蓄能多级利用装置，蓄能多级利用装置分别与太阳能集热产生蒸汽装置和电解铝装置的出口相接，蓄能多级利用装置产生的蒸汽通过热能利用装置产生电能。
但是，蓄能多级利用装置有两个缺点：1）与直接将太阳能产生的蒸汽带动汽轮机发电相比，增加蓄能多级利用装置，造成了能量的损失，损失的能量不低于30%；2）增加了成本，蓄能多级利用装置体积较大，而且工艺要求高，建设成本较高。

[0009] 另外，与传统的电解铝装置一样，该风光互补的电解铝装置产生的电力波动都会对电网造成较大的影响，而且不能充分利用电网的峰谷差提高企业经济效益（利润）。

发明内容

[0010] 本发明解决的技术问题是：提出一种非并网多能源协同供电的电解铝系统，该系统能够适应风力和太阳能发电的波动，充分利用公用电网的峰谷电价差提高企业经济效益，而且能够辅助电网进行调峰。

[0011] 为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种非并网多能源协同供电的电解铝系统，包括电解铝装置、太阳能聚光发电装置和风力发电装置，所述太阳能聚光发电装置包括槽式反射镜和管状接收器，所述电解铝装置的铝电解槽的侧壁外壳上设有装有导热介质的换热器；还包括用于协调控制供给所述电解铝装置电量的电量控制装置以及用于控制所述换热器中导热介质的流速的散热控制装置；所述换热器外侧设有保温层，所述保温层将换热器包敷在所述铝电解槽的侧壁外壳上，所述换热器与所述管状接收器通过管路连接；所述电量控制装置的输入端与太阳能聚光发电装置的电力输出端、风力发电装置的电力输出端以及公用电网均连接，所述电量控制装置的电力输出端与电解铝装置的电极相连接；所述散热控制装置与电量控制装置的控制输出端连接，所述散热控制装置通过电量控制装置输出的电量作为参数控制换热器中导热介质的流速；所述电解铝系统在使用时，当公用电网处于峰时段时，公用电网按照所述电解铝装置为保温运行所需的最低电量给所述电解铝装置供电，所述风力发电装置和太阳能聚光发电装置生成的电量作为补充；当公用电网处于谷时段时，则公用电网取消按照所述电解铝装置为保温运行所需的最低电量给所述电解铝装置供电的限制。这样可以充分利用公用电网的峰谷电价差提高企业的经济效益，并辅助公用电网进行深度调峰。

[0012] 作为优选的方案，所述导热介质为熔盐或导热油。

[0013] 作为优选的方案，所述电解铝装置保温运行所需的最低电量为仅对所述电解铝装置的铝电解槽进行保温而不再回收余热时电解铝液保持860-980℃时所需的供电量。

[0014] 本发明带来的有益效果是：

[0015] 1）本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统，换热器中的导热介质通过管路与太阳能发电装置的管状接收器直接连接，省去了如背景技术中所述的公开号为CN102943287A的中国专利中公开的蓄能多级利用装置，从而大幅度降低了太阳能发电装置的成本，可以节约40-50%的资金，并减少了能量转换的中间流程，使能量利用的效率提高了
30%以上。

[0016] 2）本发明的电解槽外侧设置换热器，并在换热器的外侧设置保温层，采用特殊动态热平衡工艺设计，可以适应大规模风电和太阳能发电的波动特性；同时，采用这种结构的电解槽可以充分利用公用电网的峰谷电价差（如江苏沿海规模化用电企业的白天（公用电网峰时段）电价为1.05元/度，晚上（公用电网谷时段）则降至0.27元/度），白天铝电解槽保温运行，以风电和太阳能发电作为补充；晚上则主要利用风电、余热发电以及公用电网的网电使得铝电解槽满负荷工作，这样就增加了企业的经济效益。

[0017] 3）本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统在公用电网的峰时段所述公用电网保证铝电解槽至少能够保温运行。铝电解槽保温运行时，换热器内的导热介质不流动，同时太阳能聚光发电装置和风力发电装置产生的电量则作为有益的补充；在公用电网的谷时段则主要利用风电、余热发电以及公用电网使得铝电解槽满负荷工作，这样高耗能的电解铝系统就具有了夜间抽水蓄能电站的功能，减轻尖峰负荷和低谷负荷差值大所引起的调峰困难，对提高我国电网效率具有十分重要的现实和战略意义。在风电和太阳能发电100%利用的前提下，本发明的电解铝系统可以超负荷使用电网谷电，这比常规抽水蓄能电站节电30%以上，如一座新型电解铝工程调峰能力达到100万KW时，相当于节省投资80亿元人民币，还综合节电30%以上，另外还节省了建设土地、保护了环境。

[0018] 4）本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统商业前景好。本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统使得电解铝行业由高耗能产业变绿色、电网友好型的可持续新兴产业，具有很好的经济、社会和环境效益，综合经济效益远高于常规电解铝项目。本发明可以快速推动我国高载能产业结构与空间布局调整每吨风电铝减排二氧化碳12吨，如果我国40%铝产量采用此法生产，每年节省标煤2244万吨，减排二氧化碳6000万吨。

附图说明

[0019] 下面结合附图对本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统作进一步说明。

[0020] 图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例

[0021] 本实施例的非并网多能源协同供电的电解铝系统，如图1所示，包括电解铝装置1、太阳能聚光发电装置3和风力发电装置2，太阳能聚光发电装置3包括槽式反射镜3-1和管状接收器3-2，电解铝装置1的铝电解槽的侧壁外壳上设有装有导热介质的换热器1-1。

[0022] 本实施例还包括用于协调控制供给电解铝装置1电量的电量控制装置5以及用于控制换热器1-1中导热介质的流速的散热控制装置6；换热器1-1外侧设有保温层，保温层将换热器1-1包敷在铝电解槽的侧壁外壳上，换热器1-1与管状接收器3-2通过管路连接；电量控制装置5的输入端与太阳能聚光发电装置3的电力输出端、风力发电装置2的电力输出端以及公用电网均连接，电量控制装置5的电力输出端与电解铝装置的电极相连接；
散热控制装置6与电量控制装置5的控制输出端连接，通过电量控制装置5输出的电量作为散热控制装置6控制换热器1-1中导热介质的流速的参数，输出的电量增加，则导热介质的流速也相应增加。

[0023] 本实施例在使用时，在公用电网4的峰时段公用电网4供给电解铝装置1的电量为保温运行所需的最低电量，风力发电装置2和太阳能聚光发电装置3生成的电量作为有益补充；在公用电网4的谷时段则取消公用电网4对电解铝装置1的电量供给限制。这样可以充分利用公用电网4的峰谷电价差提高企业的经济效益，并辅助公用电网4进行深度调峰。

[0024] 本实施例中导热介质可以选用熔盐或导热油。

[0025] 本实施例中电解铝装置1保温运行所需的最低电量为仅对电解铝装置1的铝电解槽进行保温而不再回收余热时电解铝液保持860-980℃时所需的供电量。

[0026] 本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。