非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法

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的电力控制方法，所述电解铝系统包括电解铝装置、风力发电装置和太阳能发电装置，所述风力发电装置和太阳能发电装置以非并网的形式为所述电解铝装置供电，所述电解铝装置散发的余热回收后进行发电并供给铝电解槽；白天公用电网供给所述铝电解槽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。该方法能够适应风力和太阳能发电的波动，并能够充分利用公用电网的峰谷电价差提高企业经济效益，而且可以辅助公用电网进行调峰，减轻尖峰负荷和低谷负荷差值大所引起的调峰困难。

说明书

技术领域

本发明涉及一种非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法，属于电解铝系统技术领域。

背景技术

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%。

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。

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%。

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。

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，是典型的高耗能产业。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。

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白天（公用电网峰时段）电价为1.05元/度，夜间（公用电网谷时段）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。

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。但与传统的电解铝装置一样，该风光互补的电解铝装置生成的电力波动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），也不能解决高负荷的电解铝装置的电力波动对公用电网的影响。

发明内容

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的电力控制方法，该方法能够适应风力和太阳能发电的波动，大幅降低生产成本，并能够充分利用电网的峰谷差提高企业经济效益，而且可以辅助电网进行调峰，减轻尖峰负荷和低谷负荷差值大所引起的调峰困难。

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的电力控制方法，所述电解铝系统包括电解铝装置、风力发电装置和太阳能发电装置，所述风力发电装置和太阳能发电装置以非并网的形式为所述电解铝装置供电，所述电解铝装置散发的余热回收后进行发电并供给铝电解槽；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。

上述技术方案的改进是：所述太阳能发电装置为太阳能聚光发电装置，所述电解铝装置散发的余热利用导热介质通过管路传送至太阳能发电装置的管状接收器，从而可以利用太阳能发电装置进行余热发电。

优选的，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。

优选的，所述导热介质为熔盐或者导热油。

本发明带来的有益效果是：

1）本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法，太阳能发电装置和风力发电装置均采用非并网的方式为电解铝系统供电，可以适应大规模风电和太阳能发电的波动特性；本发明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。

2）本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法在充分利用公用电网的峰谷价格差为企业大幅增加经济效益的同时，还具有了夜间抽水蓄能电站的功能，可以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，电解铝系统可以超负荷使用公用电网的谷电，这比常规抽水蓄能电站节电30%以上，比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。

3）本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法商业前景好。本发明的非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法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，如我国40%铝产量采用此法生产，每年节标煤2244万吨，减排二氧化碳6000万吨。

具体实施方式

实施例

本实施例的非并网多能源协同供电的电解铝系统的电力控制方法，其中电解铝系统包括电解铝装置、风力发电装置和太阳能发电装置，风力发电装置和太阳能发电装置以非并网的形式为所述电解铝装置供电，电解铝装置散发的余热回收后进行发电并供给铝电解槽。

本实施例中，公用电网处于峰时段时，公用电网供给所述铝电解槽的电量为保温运行所需的最低电量，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；公用电网处于谷时段时则取消公用电网对所述电解铝装置的电量供给限制。本例中电解铝装置保温运行所需的最低电量为仅对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。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。

本实施例还可以作以下改进：太阳能发电装置采用太阳能聚光发电装置，电解铝装置散发的余热利用导热介质通过管路传送至太阳能发电装置的管状接收器，从而可以利用太阳能发电装置进行余热发电。导热介质可以采用熔盐或者导热油。

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。