【摘 要】随着近年来电解铝企业的快速扩张，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成为众多同行业面对的共同问题。本文围绕在满足电解铝生产安全的经济平稳运行条件下，阐述了供电系统具体节能措施，以便在生产系统高效运行中，保证企业取得经营效益最大化。
【关键词】供电系统；电解铝企业；节能措施
引言
近年来，节能指标已成为约束性指标，我国已对化工、建材、铁合金、纺织、造纸、冶金等高能耗企业下达了节能限耗指标，今后随着节能工作的逐步深入，相关限额指标还会增多。对超过限额指标的企业，国家将通过电价上涨、限产停产等惩罚性措施，来调节和限制发展。电解铝生产是典型的高耗能行业，亦被下达了节能限耗指标。按照铝行业规范条件要求新建和改造的电解铝项目铝锭综合交流电耗必须低于13200千瓦时/吨铝，因此，对其电气设备进行节能降耗方面的研究，符合国家能源政策，有利于企业进一步降低生产成本，增强市场竞争力。
一、电解铝生产工艺简介
目前电解铝企业普遍采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法进行生产。其原理是以氧化铝为原料，冰晶石等氟化盐为溶剂，炭素材料为阳极和阴极，通入直流电，在阳极和阴极间发生电化学反应，使电解质中的铝离子在阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体。定期用真空抬包将电解槽中铝液吸出运往铸造工序铸造成铝锭。
电解铝生产的主体设备是铝电解槽，预焙阳极电解槽为当今铝工业发展的主流槽型，我国预焙电解槽槽型种类较多，槽容量包括从70kA～400kA多种槽型。
电解铝企业能源消耗，主要是电力，包括直流电、交流电两部分，电解槽生产工艺用电是直流电。还有燃料油、煤气、天然气、蒸汽、压缩空气、煤、新水、循环水等。电解铝综合交流电耗是在铝液交流电耗的基础上加上焙烧启动、停槽、铸造工序和辅助附属工序及线路损失等部分电耗。
二、电气设备能耗问题
现有电解铝厂内的电气设备虽然采用的是成熟可靠的技术，但随着电气设备制造水平和技术的不断发展，在能耗方面存在以下几方面的问题：
目前采用的递降式连续调压整流变压器，其结构容量约是电气容量的2倍，使用时必须设置角形稳定绕组并兼做补偿绕组；全部自藕连续调压整流变压器，其结构容量约是电气容量的1.5倍，但考虑到主变绝缘等级提高的结构因素以及粗调绕组实际结构容量大的因素后，该容量系数可达到1.75以上，使用时同样需要设置角形稳定绕组并兼做补偿绕组。以上两种调压整流变压器均存在容量系数较大、使用时必须设置角形稳定绕组，导致自身损耗增加的问题。
低压电动机采用低效电机，对应原标准GB18613-2006能效等级为eff3及以下，能效限定值与新颁布标准GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》相比存在一定差距，导致运行损耗增加。
三、电解铝厂电气设备节能技术的应用分析
（一）注重节能技术的供配电系统应用
电解铝厂中电气设备的技能技术的应用，首先要注重节能技术的供配电系统应用。供配电系统中，节能技术的关键环节是设计及优化阶段，这是极容易被忽视的环节，选择适合的电解铝厂供配电设备，要结合工厂自身的实际条件，将成本投资考虑在内，使节能型配电系统充分发挥优势。在选择供配电设备时，首先要确保供电电压的合理性，电容量的大小能够直接控制用电成本，以此方式进行节能。其次，由于变压器耗能大的特点，因此要选择节能型变压器，在满足正常功能与安全的前提下，降低变压器的用电成本。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，还要选用无功补偿装置，提升功率因数，避免电能的浪费，保证电气设备提高利用率。
（二）选择恰当节能设备提升技术水平
为了使电解铝厂中的电气设备发挥节能作用，必须选择恰当的节能设备，提升电气设备的技术水平。选择恰当的节能设备需要注意两方面，一方面是大力推广变频器，改变闸阀控制流量的工频状态，降低电能的耗费。通过变频调节，使电机的输出功率在可控制的范围之内，减少功率的输出，以提高节能效果，达到节能的目的。另一方面要注意使用低电阻电缆，合理的选择导线截面。在输电线张，电阻越小，消耗的能量就越少，根据该关系，一般要选用低阻值降低损失，降低电缆的散热量，同时减少事故发生的概率。在设计电缆的时候，要充分考虑负荷容量和扩建，使用截面面积较小的电缆。
（三）加强电解铝厂中电力计量的管理
电解铝厂中的电气设备节能技术应用，需要加强对电力计量的管理。主要包含量方面的含义。首先加强管理避免计量问题为电解铝厂带来隐患，对其装置进行实时跟踪和抽样鉴定，对测量数据进行分析。另外，根据电能计量的相关结果，电解铝厂要根据结果制定长期有效的机制。在电解铝厂中，无论是办公室还是车间，都可以通过这些设备的电量使用情况，制定相关措施，降低不必要的能源损耗，以此降低企业产品成本。总之，加强电解铝厂中电力计量的管理，就是通过空调、照明电量的比较，判定设备的使用情况，提升节能技术水平。
（四）加强对重点用电设备的合理设计，降低不必要的损耗
针对电解铝供电系统的重点用电设备，应在满足生产同时充分考虑实际经济效益，节省无谓消耗的能量。一是在器件的选择上，以满足安全性能为前提，可选择正向压降和反向漏流都小的整流元件。二是连接变压器、整流器和开关类设备载体的母线类损耗，特别是变压器二次母线流经的电流比较大，要选用合理的导线截面积，损耗是电流与导体的截面积成反比的。在满足安全和检修的前提下，尽量紧密连接整流所，尽可能地缩小各设备之间的距离。对连接方式一般采用相同材质，即铝和铝相连接，铜和铜相连接。如必须是不同材质相连，则在连接处要涂导电膏，并且要加强检修质量和日常巡视，发现温度上升就应该立即处理。三是变压器的空载与有载损耗，针对特别是铁心的这部分损耗，可要求变压器在制造时采用高导磁的冷轧硅钢片，并在装配结构时采取“取向”处理，使硅钢片的磁场方向接近一致，减小铁心的涡流损耗。在叠片过程中采用斜接缝处理，使接缝密合性好，可减少漏磁的损耗。同时针对变压器的有载损耗，选用优质的无氧铜线，使单位导电体的电阻在最小的范围内，这样可以减小损耗。
（五）工业余热利用
工业余热利用是工业节能重要途径，是工业二次能源的开发利用。余热资源可分为高温烟气余热、高温炉渣余热、高温产品余热、冷却机余热、可燃废气余热、冷却水余热等。
随着铝电解工艺的发展，与其配套的炭素系统预焙阳极生产工艺也逐渐完善。在铝用炭素行业中，石油焦在煅烧工序中排出大量高温烟气，烟气温度约在900-1100℃，大量的高温烟气为余热发电提供了稳定的余热资源。可在回转窑窑尾安装余热锅炉，回收余热进行发电，从而避免了能源浪费。
结语
电解铝这一高耗能行业在面对快速扩张，只有借助不断发展的科学技术水平，深挖设备的潜力行技术和设备改造，充分发挥企业员工的聪明才智，积极献计献策，才能将这项工作扎扎实实的推进做好，共同为建设节约型的社会做出贡献。
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[2]佘海波，张廷安.面向循环经济的电解铝和再生铝生产与技术[J].过程工程学报，2010，10（z1）：283-287.
[3]侯光辉，邱仕麟.能效对标是电解铝行业实现节能减排的重要途径[J].轻金属，2011，（8）：9-11.
论文作者:刘发财,韩顺忠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
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