劉 婷
(內(nèi)蒙古自治區(qū)節(jié)能監(jiān)察中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)
為充分發(fā)揮節(jié)能監(jiān)察的監(jiān)督保障作用,持續(xù)推進(jìn)工業(yè)節(jié)能和能效提升,促進(jìn)綠色高質(zhì)量發(fā)展,助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn),根據(jù)工信部工業(yè)節(jié)能監(jiān)察計(jì)劃,從2016年到2021年內(nèi)蒙古自治區(qū)節(jié)能監(jiān)察中心承擔(dān)國(guó)家重大工業(yè)專項(xiàng)節(jié)能監(jiān)察工作,每年根據(jù)工信部的要求,按照工信部下發(fā)的《電解鋁行業(yè)能耗專項(xiàng)監(jiān)察工作手冊(cè)》對(duì)電解鋁企業(yè)開(kāi)展上一年度的階梯電價(jià)專項(xiàng)監(jiān)察工作[1]。
我國(guó)是電解鋁生產(chǎn)大國(guó),產(chǎn)量約占世界原鋁產(chǎn)量的50%左右,居世界首位。2020年國(guó)內(nèi)鋁冶煉企業(yè)建成產(chǎn)能4 294.9萬(wàn)t,運(yùn)行產(chǎn)能3 834.7萬(wàn)t。2020年電解鋁產(chǎn)能排名靠前的省份依次為山東、新疆、內(nèi)蒙、云南、甘肅等。內(nèi)蒙古自治區(qū)電解鋁企業(yè)共9家,2020年設(shè)計(jì)產(chǎn)能為638.30萬(wàn)t,占到全國(guó)電解鋁產(chǎn)能的14.86%,2020年實(shí)際產(chǎn)量575.79萬(wàn)t,占全國(guó)產(chǎn)量的15.15%[2-3]。
根據(jù)5年的監(jiān)察數(shù)據(jù),2016—2020年內(nèi)蒙古電解鋁產(chǎn)能和產(chǎn)量逐年遞增(如表1和表2),其中,鋁液產(chǎn)量由2016年的343.76萬(wàn)t增加至2020年的575.79萬(wàn)t,鋁液產(chǎn)能由2016年的336.70萬(wàn)t增加到2020年的638.30萬(wàn)t。2019年中電投鋁業(yè)關(guān)停,2018年華云二期和2019年創(chuàng)源、蒙泰、新恒豐3家企業(yè)建成投產(chǎn)逐步釋放產(chǎn)能,導(dǎo)致2019年、2020年鋁液產(chǎn)量大幅增加。
表1 2016—2020年鋁液產(chǎn)量
表2 2016—2020年鋁液產(chǎn)能
大型電解槽具有單位產(chǎn)能投資少、噸鋁成本折舊資金少、設(shè)備維護(hù)成本低、勞力成本低等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。截至2020年,內(nèi)蒙古9家電解鋁企業(yè)配備電解槽共5 794臺(tái),配備的大多是400 kA以上的大型電解槽,大型電解槽占比達(dá)70%,電解槽型號(hào)分布及占比如表3所示。
表3 2020年電解鋁企業(yè)電解槽型號(hào)分布
電解鋁行業(yè)是典型的用電大戶,電解鋁對(duì)電力能源的高度依賴是產(chǎn)業(yè)的重要特性之一,從內(nèi)蒙古電解鋁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程中能夠看出,該領(lǐng)域在能源上的趨向性十分顯著。以2020年的監(jiān)察數(shù)據(jù)為例,電解鋁企業(yè)用電能耗占企業(yè)綜合能耗的98.72%。電解鋁企業(yè)大都采取了煤電鋁一體化模式,即建立自備電廠或參股、控股電廠。內(nèi)蒙古電解鋁廠8家企業(yè)使用自備電,只有1家企業(yè)使用網(wǎng)電。雖然通過(guò)煤電鋁一體化方法降低了用電成本,但是電耗仍然占據(jù)了生產(chǎn)成本的50%左右,難以從根本上扭轉(zhuǎn)能源嚴(yán)重依賴的趨勢(shì)。電解鋁產(chǎn)業(yè)從開(kāi)始的綜合實(shí)力競(jìng)爭(zhēng),逐漸演變成以電力成本為核心的競(jìng)爭(zhēng)。
國(guó)家工信部從2015年起將電解鋁階梯電價(jià)列入專項(xiàng)節(jié)能監(jiān)察,針對(duì)內(nèi)蒙古9家電解鋁企業(yè)“十三五”期間的監(jiān)察情況,對(duì)比《電解鋁企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 21346—2013),對(duì)企業(yè)限額完成情況進(jìn)行分析。其中,中電投霍林河煤電集團(tuán)鋁業(yè)股份有限公司2019年關(guān)停;2018年內(nèi)蒙古華云新材料有限公司二期試運(yùn)行,2019年鄂爾多斯市蒙泰鋁業(yè)有限責(zé)任公司、包頭市新恒豐能源有限公司試運(yùn)行,當(dāng)年能耗指標(biāo)未列入[4]。2016—2020年企業(yè)鋁液交流電耗和鋁液綜合交流電耗加權(quán)平均值如表4、表5所示,企業(yè)分生產(chǎn)線鋁液交流電耗達(dá)標(biāo)情況匯總?cè)绫?所示。
表4 2016—2020年鋁液交流電耗
表5 2016—2020年鋁液綜合交流電耗
表6 電解鋁企業(yè)鋁液交流電耗達(dá)標(biāo)情況匯總表
根據(jù)5年監(jiān)察數(shù)據(jù),通過(guò)加強(qiáng)能源管理、進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造等措施,每個(gè)企業(yè)鋁液交流電耗總體呈逐年下降的趨勢(shì)。由于2020年自治區(qū)能耗政策的要求,大部分企業(yè)未能達(dá)產(chǎn),導(dǎo)致2020年鋁液交流電耗整體偏高。
對(duì)標(biāo)《電解鋁企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 21346—2013)標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開(kāi)發(fā)有限公司、東方希望包頭稀土鋁業(yè)有限責(zé)任公司、包頭鋁業(yè)有限公司、內(nèi)蒙古霍煤鴻駿鋁電有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古錦聯(lián)鋁材有限公司5家電解鋁企業(yè)11條生產(chǎn)線于2014年以前投產(chǎn),符合鋁液交流電耗13 700 kW·h/t限定值要求。內(nèi)蒙古華云新材料有限公司、鄂爾多斯市蒙泰鋁業(yè)有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古創(chuàng)源金屬有限公司、包頭市新恒豐能源有限公司4家電解鋁企業(yè)2018年以后投產(chǎn),5條生產(chǎn)線對(duì)標(biāo)鋁液交流電耗12 750 kW·h/t準(zhǔn)入值標(biāo)準(zhǔn),其中只有內(nèi)蒙古華云新材料有限公司華云一廠的2018年、內(nèi)蒙古創(chuàng)源金屬有限公司生產(chǎn)線1的2020年由于產(chǎn)能沒(méi)有完全釋放,電解槽未能全部啟動(dòng),導(dǎo)致電耗偏高,超過(guò)鋁液交流電耗準(zhǔn)入值要求。
通過(guò)對(duì)比分析,新建企業(yè)500 kA、600 kA大型電解槽能耗指標(biāo)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)300 kA、400 kA電解槽,指標(biāo)最優(yōu)的是內(nèi)蒙古華云新材料有限公司,但與2020年電解鋁行業(yè)能效“領(lǐng)跑者”的鋁液交流電耗12 580 kW·h/t相比仍有很大差距。
通過(guò)監(jiān)察發(fā)現(xiàn)[1],內(nèi)蒙古9家電解鋁企業(yè)建立了能源計(jì)量管理制度和能源計(jì)量器具臺(tái)賬,企業(yè)能源計(jì)量器具可以按時(shí)進(jìn)行檢定和校準(zhǔn),能源計(jì)量器具的配備率、完好率、檢定率、準(zhǔn)確度等級(jí)均符合要求;建立了能源計(jì)量管理制度,能源計(jì)量原始數(shù)據(jù)等書面資料健全,能源計(jì)量原始數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確和完整。
此外,還發(fā)現(xiàn)監(jiān)察企業(yè)存在以下問(wèn)題:
(1)使用落后淘汰機(jī)電設(shè)備。對(duì)照高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄(一至四批),5家企業(yè)有在使用淘汰電機(jī)設(shè)備,淘汰電機(jī)單臺(tái)功率普遍較小,數(shù)量較多,部分為備用電機(jī),全部淘汰困難較大。
(2)能源管理等相關(guān)制度執(zhí)行落實(shí)不嚴(yán)格。企業(yè)建立能源管理制度、能源計(jì)量器具管理制度、能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)管理制度后,執(zhí)行落實(shí)制度情況有待完善。
(3)能源管理人員職責(zé)不清晰。在監(jiān)察中發(fā)現(xiàn),能源管理負(fù)責(zé)人對(duì)節(jié)能管理工作重視程度普遍不高,職責(zé)不夠明確,尚未發(fā)揮節(jié)能管理負(fù)責(zé)人在企業(yè)節(jié)能工作中的領(lǐng)導(dǎo)作用。
(4)能源消耗分析工作開(kāi)展少。大部分企業(yè)缺少能源消耗分析工作,憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作,沒(méi)有形成科學(xué)、系統(tǒng)的能耗分析方法,不能為企業(yè)節(jié)能管理工作提供有效支撐。
(5)開(kāi)展能效水平對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)活動(dòng)有待加強(qiáng)。9家企業(yè)中只有5家企業(yè)選定了對(duì)標(biāo)標(biāo)桿,制定了對(duì)標(biāo)方案,建立了對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)規(guī)章制度,開(kāi)展了能效對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)活動(dòng)。加強(qiáng)對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo),找到企業(yè)與標(biāo)桿企業(yè)的差距,才能夠補(bǔ)短板,強(qiáng)弱項(xiàng)。
電解鋁工業(yè)生產(chǎn)通常采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法,該體系需要維持900 ℃以上的溫度才能進(jìn)行鋁的電解生產(chǎn)。因此,除了電解過(guò)程本身所需要消耗的電能以外,大量的電力用于維持較高的反應(yīng)溫度,造成至少50%的電能未能被充分利用,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的能量利用率低。根據(jù)研究數(shù)據(jù),當(dāng)前部分企業(yè)已配備了容量在400 kA以上的大型電解槽,取得了一定的節(jié)能降耗效果。雖然可以通過(guò)電解槽等設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)來(lái)適當(dāng)降低反應(yīng)溫度、提高能量利用率,但是高溫熔鹽電解法由于技術(shù)本身的缺陷,也不能片面追求較低的溫度,還需要考慮到對(duì)體系性質(zhì)的影響。過(guò)低的溫度不利于氧化鋁的溶解,進(jìn)一步影響到電解裝置的穩(wěn)定性。而控制電解槽電耗是最主要節(jié)能措施,在槽平均電壓、電流效率、余熱回收、優(yōu)化生產(chǎn)操作等方面均具有節(jié)能潛力。
通過(guò)監(jiān)察可知,大部分企業(yè)積極開(kāi)展能源管理體系建設(shè),目前在能源管理方面建立了完善的管理制度,計(jì)量器具配備齊全,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)范,但在定額管理制度、計(jì)量器具準(zhǔn)確性、統(tǒng)計(jì)層級(jí)等方面需進(jìn)一步細(xì)化。制定完善的節(jié)能管理制度并有效實(shí)施是管理節(jié)能的重點(diǎn)。
企業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)主要用能設(shè)備是空壓機(jī)、凈化風(fēng)機(jī)和水泵等,當(dāng)前企業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)存在運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題,未能滿載運(yùn)行。淘汰落后設(shè)備并配套高效節(jié)能型機(jī)電設(shè)備,節(jié)能效果明顯。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)察,對(duì)9家企業(yè)提出有針對(duì)性的節(jié)能改造建議如下:
(1)電解槽煙氣余熱回收。采用熱管余熱回收換熱裝置,把生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫廢氣余熱通過(guò)熱管回收,經(jīng)汽水換熱后,把冷水交換為熱水,再經(jīng)供水管道系統(tǒng)供全廠職工作為洗浴熱水和生活用水及用于冬季職工宿舍的供暖,實(shí)現(xiàn)余熱回收利用,從而減少企業(yè)生產(chǎn)成本。
(2)電機(jī)加裝變頻器方案。部分設(shè)備安裝變頻裝置,例如水泵供電系統(tǒng)安裝變頻調(diào)速裝置和壓力傳感裝置,通過(guò)壓力檢測(cè)反饋,采用變頻技術(shù)恒壓供水、排煙機(jī)變頻等,節(jié)能效果明顯。
(3)新型陰極結(jié)構(gòu)技術(shù)在電解槽的推廣應(yīng)用。該技術(shù)采用新型陰極結(jié)構(gòu)和陰極組裝方式(磷鐵澆注),降低了鋁液中的水平電流,降低爐底陰極壓降,能降低非工作消耗的能量,提高電解槽磁流體穩(wěn)定性,適用于傳統(tǒng)槽型改造,具有普遍的適用性,可以滿足不同容量電解槽的需要,能有效提高電解過(guò)程電能利用率,具有顯著的節(jié)電效果。
(4)用能設(shè)備升級(jí)及運(yùn)行優(yōu)化控制。通過(guò)更換落后淘汰電機(jī)與水泵、變壓器能效提升、高能效風(fēng)機(jī)應(yīng)用等,把企業(yè)在用的應(yīng)淘汰的落后機(jī)電設(shè)備更換為高效節(jié)能設(shè)備,降低電耗。
(5)電解槽工藝優(yōu)化、優(yōu)化電解質(zhì)成分、電解槽絕緣處理等項(xiàng)目。通過(guò)優(yōu)化電解質(zhì)成分降低電解質(zhì)壓降,提升電解電流,提高電解槽效率,實(shí)現(xiàn)電耗的進(jìn)一步降低。推廣石墨化陰極應(yīng)用項(xiàng)目、陽(yáng)極導(dǎo)桿鋁鋼自動(dòng)焊接設(shè)備應(yīng)用。
(6)運(yùn)用新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽FHEST技術(shù),達(dá)到穩(wěn)定鋁液波動(dòng),降低水平電流,降低槽電壓,減少側(cè)下部散熱的目的,確保電解槽低電壓高效率穩(wěn)定運(yùn)行。
國(guó)家發(fā)展改革委等部門發(fā)布的《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平(2021年版)》(發(fā)改產(chǎn)業(yè)〔2021〕1609號(hào))要求,鋁液交流電耗標(biāo)桿水平13 000 kW·h/t,基準(zhǔn)水平13 350 kW·h/t,依據(jù)能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平,限期分批實(shí)施改造升級(jí)和淘汰。
根據(jù)5年監(jiān)察數(shù)據(jù),內(nèi)蒙古電解鋁企業(yè)都能達(dá)到基準(zhǔn)水平,但距離標(biāo)桿水平還有一定差距。
《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于完善電解鋁行業(yè)階梯電價(jià)政策的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2021〕1239號(hào))要求,按鋁液綜合交流電耗對(duì)電解鋁行業(yè)階梯電價(jià)進(jìn)行分檔,2022年分檔標(biāo)準(zhǔn)為每噸13 650 kW·h。電解鋁企業(yè)鋁液綜合交流電耗不高于分檔標(biāo)準(zhǔn)的,鋁液生產(chǎn)用電量不加價(jià);高于分檔標(biāo)準(zhǔn)的,每超過(guò)20 kW·h,鋁液生產(chǎn)用電量每千瓦時(shí)加價(jià)0.01元,不足20 kW·h的,按20 kW·h計(jì)算。穩(wěn)步調(diào)整分檔標(biāo)準(zhǔn),自2023年起,分檔標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為鋁液綜合交流電耗每噸13 450 kW·h(不含脫硫電耗);自2025年起,分檔標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為鋁液綜合交流電耗每噸13 300 kW·h(不含脫硫電耗)。
根據(jù)5年監(jiān)察數(shù)據(jù),對(duì)標(biāo)2022年鋁液綜合交流電耗分檔加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為每噸13 650 kW·h(扣除脫硫電量),扣除脫硫電量仍然有一定差距。監(jiān)察數(shù)據(jù)中,鋁液綜合交流電耗中已把脫硫電耗計(jì)算在內(nèi),據(jù)了解大部分企業(yè)脫硫電耗均合并在動(dòng)力電耗中核算,沒(méi)有單獨(dú)計(jì)量,企業(yè)必須盡快加裝電表單獨(dú)統(tǒng)計(jì)脫硫電耗。
2020年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議將“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”列為2021年的重點(diǎn)任務(wù)之一,提出我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)2030年前達(dá)到峰值,力爭(zhēng)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。
隨著碳達(dá)峰、碳中和政策的確定,未來(lái)光伏、風(fēng)電等新能源在電解鋁生產(chǎn)中的重要性將越來(lái)越突出。未來(lái),區(qū)域內(nèi)的新能源資源稟賦,將會(huì)成為影響電解鋁企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要變量。
在“雙碳”目標(biāo)要求下,鋁行業(yè)作為高耗能行業(yè)減排壓力大,甚至未來(lái)可能將面臨碳排放成本的問(wèn)題,存在被迫減產(chǎn)的情況。從能耗上看,用火電生產(chǎn)1 t電解鋁的碳排放總量約為13 t,其中發(fā)電環(huán)節(jié)碳排放11.2 t,電解環(huán)節(jié)碳排放1.8 t,這迫使企業(yè)不得不加快推動(dòng)節(jié)能減排方面的技術(shù)發(fā)展。再生鋁耗能僅為原生鋁的5%左右,生產(chǎn)1 t原鋁的碳排放量約為11.2 t,而生產(chǎn)1 t再生鋁的碳排放量?jī)H為0.2 t?!半p碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),有利于促進(jìn)國(guó)內(nèi)再生鋁行業(yè)的發(fā)展。
2021年2月,內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)展改革委、工信廳發(fā)布《關(guān)于調(diào)整部分行業(yè)電價(jià)政策和電力市場(chǎng)交易政策的通知》(以下簡(jiǎn)稱《通知》),對(duì)部分行業(yè)電價(jià)政策和電力市場(chǎng)交易政策進(jìn)行調(diào)整。
內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)電解鋁廠多數(shù)使用自備電,少量企業(yè)配合使用網(wǎng)電。從當(dāng)前情況來(lái)看,《通知》中影響較大的是第二條,即對(duì)蒙西、蒙東電網(wǎng)分別征收每千瓦時(shí)0.01元、0.02元的政策性交叉補(bǔ)貼,折合電解鋁生產(chǎn)成本提升100~300元/t。
內(nèi)蒙古自治區(qū)工業(yè)和信息化廳2021年10月底下發(fā)《關(guān)于開(kāi)展淘汰高耗能落后機(jī)電設(shè)備行動(dòng)的通知》,要求全區(qū)年綜合能源消費(fèi)量1萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤以上的重點(diǎn)用能企業(yè)按20%、80%的進(jìn)度要求,分兩年淘汰全區(qū)工業(yè)重點(diǎn)用能企業(yè)在用的屬工信部第一批至第四批《高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄》中的高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品),到2022年底,實(shí)現(xiàn)全區(qū)工業(yè)重點(diǎn)用能企業(yè)高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)全部淘汰。
目前內(nèi)蒙古電解鋁行業(yè)有4家企業(yè)存在在用淘汰落后機(jī)電設(shè)備,1家企業(yè)存在在用淘汰落后變壓器。企業(yè)已制定淘汰計(jì)劃,按自治區(qū)要求加快淘汰進(jìn)度。
內(nèi)蒙古自治區(qū)工業(yè)和信息化廳2019年12月底下發(fā)《內(nèi)蒙古自治區(qū)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》,對(duì)電解鋁產(chǎn)能做如下要求:圍繞準(zhǔn)格爾地區(qū)高鋁煤炭資源(高鋁粉煤灰)綜合利用,通過(guò)產(chǎn)能置換重點(diǎn)在包頭、鄂爾多斯、通遼建設(shè)300萬(wàn)t左右電解鋁項(xiàng)目,配套布局一批鋁型材、鋁板(帶、箔)、鋁合金等項(xiàng)目,到2022年電解鋁產(chǎn)能控制在1 000萬(wàn)t左右,鋁后加工產(chǎn)能達(dá)到700萬(wàn)t。電解鋁等重點(diǎn)高耗能行業(yè)單位產(chǎn)品能耗比2019年平均下降1.5%左右;實(shí)施延鏈補(bǔ)鏈行動(dòng);打造鋁-鋁后加工產(chǎn)業(yè)鏈,新增鋁后加工產(chǎn)能200萬(wàn)t,鋁-鋁后加工產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值達(dá)到1 000億元。
“雙碳”背景以及輕量化需求使得市場(chǎng)給予了鋁冶煉行業(yè)更多利潤(rùn)空間,有利于企業(yè)利潤(rùn)大幅改善,具有更充足的資本進(jìn)行技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新等,進(jìn)一步提高相關(guān)產(chǎn)品的附加值,尤其在輕量化和低碳化方面,使得自治區(qū)企業(yè)的產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力,包括高端鋁合金材料等。
內(nèi)蒙古自治區(qū)電解鋁行業(yè)發(fā)展前景:不斷優(yōu)化工藝流程,提高設(shè)備效率,完善節(jié)能降耗機(jī)制,提升生產(chǎn)組織過(guò)程中的能源管控水平,實(shí)現(xiàn)能源的高效梯級(jí)利用,不斷降低單位工藝能耗;加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā),對(duì)標(biāo)行業(yè)先進(jìn)指標(biāo);穩(wěn)定推進(jìn)節(jié)能技術(shù)升級(jí)改造,提升自治區(qū)電解鋁行業(yè)整體能效水平;實(shí)施節(jié)能降碳和污染物治理協(xié)同控制。