有色金屬行業(yè)用電分析

1、有色金屬行業(yè)用電分析摘要：高耗能行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，長(zhǎng)期以來在全社會(huì)電能消耗中占據(jù)較大份額，并對(duì)電力行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文主要分析了高耗能行業(yè)中有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)（以下簡(jiǎn)稱有色金屬行業(yè)）的用電量及用電特點(diǎn)、對(duì)電能質(zhì)量要求及對(duì)電網(wǎng)電能影響、電價(jià)敏感性和節(jié)能措施，旨在對(duì)該行業(yè)的用電問題做一較為全面的概述。關(guān)鍵詞：有色金屬行業(yè)；用電量；電能質(zhì)量；電價(jià)敏感性；節(jié)能0 引言所謂高耗能產(chǎn)業(yè)，是指生產(chǎn)過程中，所消耗的一次能源或二次能源比重比較高，能源成本在產(chǎn)值中所占成分比較高的產(chǎn)業(yè)，也可稱為消耗能源密集型的產(chǎn)業(yè)。根據(jù)2010年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)報(bào)告，目前我國(guó)有六大高耗能行業(yè)，分別為：化

2、學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)、電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)。高耗能行業(yè)作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，對(duì)于我國(guó)社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用和深遠(yuǎn)的影響。近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深化，以及資源環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，節(jié)能減排成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重，淘汰落后產(chǎn)能已是大勢(shì)所趨。而高耗能行業(yè)中普遍存在落后的技術(shù)、工藝和產(chǎn)品，造成了高能耗、高污染、低效率，成為能耗和污染的重要源頭，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型是節(jié)能減排的有效途徑。對(duì)高耗能行業(yè)用能問題的研究，能夠了解高耗能行業(yè)能源需求

3、與使用情況，為節(jié)能減排具體實(shí)施提供理論基礎(chǔ)。電力是我國(guó)現(xiàn)階段的重要能源，在我國(guó)能源消費(fèi)中占據(jù)重要地位，長(zhǎng)期以來電力供應(yīng)的不足一直是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。高耗能行業(yè)在電力消費(fèi)中同樣占據(jù)相當(dāng)大的比重，在部分地區(qū)甚至成為電力消費(fèi)的絕對(duì)主力。有鑒于此，本文對(duì)我國(guó)高耗能行業(yè)中的有色金屬行業(yè)的用電問題進(jìn)行了分析，研究了該行業(yè)的用電量、用電特點(diǎn)、對(duì)電能質(zhì)量的要求、對(duì)電網(wǎng)電能的影響和對(duì)電價(jià)的敏感性，并針對(duì)節(jié)能減排問題提出了一些看法。1 有色金屬行業(yè)用電量有色金屬行業(yè)由于行業(yè)特點(diǎn)和落后技術(shù)的存在，用電量長(zhǎng)期以來居高不下。行業(yè)用電總量在整個(gè)電力消費(fèi)中占據(jù)較大份額。表一 20082012五年間電力消費(fèi)情況 單

4、位：億千瓦時(shí)年份20122011201020092008總量49762.6447000.8841934.4937032.1434541.35工業(yè)36232.2134691.5530871.1726854.4925388.63有色金屬行業(yè)3819.083501.83129.092576.152511.23有色金屬行業(yè)占總量比重7.67%7.45%7.46%6.96%7.27%有色金屬行業(yè)占工業(yè)比重10.54%10.09%10.13%9.59%9.89%圖一 有色金屬行業(yè)用電量從表一和圖一可以看出，20082012五年間，行業(yè)用電量逐年上升，從2008年的2511.23億千瓦時(shí)增加到2012年的3

5、819.08億千瓦時(shí)，增加了52.1%。其中20082009年增長(zhǎng)速度較慢，原因可能是受到2008年美國(guó)經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，行業(yè)發(fā)展增速放緩使得行業(yè)用電量增速放緩。20092012年間增長(zhǎng)速度較快，尤其是20092010年最快，此時(shí)中國(guó)推出“四萬億”計(jì)劃，刺激了國(guó)民經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展，有色金屬行業(yè)隨之高速發(fā)展。行業(yè)用電量在全社會(huì)用電總量中所占份額基本維持在7%左右，上下約有0.7個(gè)百分點(diǎn)的浮動(dòng)，其中2009年份額最低，為6.96%，2012年份額最高，為7.67%。行業(yè)用電量在工業(yè)用電總量中所占份額基本維持在10%左右，上下約有1個(gè)百分點(diǎn)的浮動(dòng)，其中2009年份額最低，為9.59%，2012年份額最高，

6、為10.54%?？傮w來看，行業(yè)用電量所占社會(huì)用電總量和工業(yè)用電總量份額在20092012年間有微小上升，說明行業(yè)用電量幾年中的發(fā)展中快于社會(huì)總電量的增長(zhǎng)速度，對(duì)全社會(huì)用電量增長(zhǎng)有較大貢獻(xiàn)率。影響有色金屬行業(yè)用電量的因素較為復(fù)雜，包括宏觀經(jīng)濟(jì)以及行業(yè)內(nèi)的需求、價(jià)格等直接或間接因素，相互交織、相互影響。行業(yè)用電量主要是由行業(yè)平均電耗和產(chǎn)品產(chǎn)量?jī)煞矫鏇Q定的。行業(yè)平均電耗水平主要依賴于企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能降耗措施，還與行業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量的結(jié)構(gòu)有關(guān)。大小企業(yè)之間的生產(chǎn)電耗往往存在較大差異，所以不同規(guī)模企業(yè)在總產(chǎn)量中所占比例會(huì)對(duì)行業(yè)平均電耗有一定影響。從長(zhǎng)期來看，行業(yè)平均電耗是逐步下降的，但在數(shù)月或一年等較短時(shí)

7、間內(nèi)一般相對(duì)穩(wěn)定。所以有色金屬行業(yè)的用電量對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量有較強(qiáng)的依賴，而影響產(chǎn)品產(chǎn)量的因素包括需求、 進(jìn)出口、 價(jià)格等多方面因素。影響有色金屬行業(yè)用電量的主要因素如圖二所示。圖二 有色金屬行業(yè)用電量影響因素（圖摘自張維等電解鋁行業(yè)用電的影響因素分析）2 有色金屬行業(yè)用電特點(diǎn)有色金屬行業(yè)作為高耗能行業(yè)，有其自身的用電特點(diǎn)，主要包括以下幾個(gè)方面。1. 電量消耗大從上文分析可知，有色金屬行業(yè)用電量很大，僅此一個(gè)行業(yè)，就占到工業(yè)用電總量的10%左右，全社會(huì)用電總量的7%左右。用電量之大由此可見。2. 供電電壓等級(jí)高我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50673-2011規(guī)定，金屬冶煉廠設(shè)計(jì)時(shí)，新建企業(yè)采用10kV、35kV、

8、66kV或110kV電壓等級(jí)供電，大型冶煉廠也可采用220kV或330kV電壓等級(jí)。當(dāng)兩種電壓方案經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較相差不大或企業(yè)規(guī)模有發(fā)展前景時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用較高電壓供電。因此，在實(shí)際用電時(shí)，輸入到工廠中的電壓等級(jí)較高，從而可以有效利用電力系統(tǒng)發(fā)電和輸電設(shè)備，節(jié)約投資，降低供電成本。3. 電價(jià)敏高性高有色金屬行業(yè)由于要消耗大量電能，電費(fèi)在生產(chǎn)成本中占據(jù)很大部分，電價(jià)的微小變動(dòng)都可能導(dǎo)致生產(chǎn)成本的大幅變化，具體分析見后文。4. 地域分布明顯我國(guó)有色金屬礦產(chǎn)地域分布明顯，部分地區(qū)有色金屬礦藏集中，由此造成金屬冶煉加工廠集中于礦區(qū)的分布特點(diǎn)。加之近年來我國(guó)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，重工業(yè)企業(yè)紛紛向中西部遷移，所

9、以使得用電呈現(xiàn)明顯的地域特點(diǎn)。在北京等地，有色金屬冶煉加工企業(yè)大量遷出，由此導(dǎo)致的有色金屬行業(yè)用電量明顯下降，比重較小。而甘肅內(nèi)蒙古等地，有色金屬行業(yè)較為發(fā)達(dá)，行業(yè)用電量比重很大。以甘肅為例，2014年上半年甘肅全省全社會(huì)用電量為518.58億千瓦時(shí)，有色金屬行業(yè)用電量為156.65億千瓦時(shí)，占全部用電量的30.2%。3 有色金屬行業(yè)對(duì)電能質(zhì)量的要求高耗能產(chǎn)業(yè)作為工業(yè)生產(chǎn)的一部分，和其它工業(yè)一樣也需要穩(wěn)定的電能質(zhì)量。其中有色金屬冶煉廠電力負(fù)荷應(yīng)結(jié)合企業(yè)規(guī)模及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位，根據(jù)其對(duì)供電可靠性的要求、中斷供電所造成的損失或影響程度，分為以下三級(jí)：1一級(jí)負(fù)荷：中斷供電超過允許中斷供電時(shí)間，將造

10、成人身傷害，或引起重大設(shè)備損壞、重要產(chǎn)品大量報(bào)廢、企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)流程被打亂，需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)的用電或造成重大環(huán)境污染應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷中，中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)等情況的用電，大型關(guān)鍵設(shè)備的保安用電以及重要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等的用電，屬于一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電。當(dāng)一個(gè)電源故障時(shí)，另一電源應(yīng)能連續(xù)供電或在不超過負(fù)荷允許的中斷供電時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，尚應(yīng)增設(shè)獨(dú)立于電力網(wǎng)的應(yīng)急電源。應(yīng)根據(jù)一級(jí)負(fù)荷允許中斷供電的時(shí)間，確定備用電源手動(dòng)或自動(dòng)方式投入。2. 二級(jí)負(fù)荷：大中型冶煉廠中，影響主流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)用電和

11、停電后將造成環(huán)境污染的用電，除屬于一級(jí)負(fù)荷者外，應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷。檢修用電及停電后將造成生活用水困難的水泵、嚴(yán)寒地區(qū)采暖鍋爐房的用電宜列為二級(jí)負(fù)荷。當(dāng)?shù)貐^(qū)供電條件允許且投資不高時(shí)，二級(jí)負(fù)荷宜由兩個(gè)電源或兩回線路供電。條件不具備時(shí)，也可由一回專用架空線路供電。3三級(jí)負(fù)荷：不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者應(yīng)為三級(jí)負(fù)荷，三級(jí)負(fù)荷宜由一個(gè)電源供電。偏僻地區(qū)的小型冶煉廠，由地區(qū)電力系統(tǒng)供電技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理時(shí)，或具有一級(jí)負(fù)荷的冶煉廠，從地區(qū)電力系統(tǒng)取得第二電源不能滿足要求或技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理時(shí)，可以設(shè)置自備電廠。正常情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值（以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示），應(yīng)符合下列規(guī)定：1電動(dòng)機(jī)為5%；2照明：1)一

12、般工作場(chǎng)所為5%；2)遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場(chǎng)所可為+5%、-10%；3)應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明為+5%、-10%；3其他用電設(shè)備當(dāng)無特殊規(guī)定時(shí)為5%。事實(shí)上，電能質(zhì)量對(duì)有色金屬冶煉的生產(chǎn)有相當(dāng)大的影響。以電解鋁為例，當(dāng)前世界上大部分國(guó)家及生產(chǎn)企業(yè)都在使用大型預(yù)焙槽電解鋁，熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽(yáng)極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電。即使使用穩(wěn)定的直流電，焙燒啟動(dòng)過程中仍會(huì)有電流分布不均的問題，且焙燒啟動(dòng)過程中的能耗大；投入運(yùn)行后電解槽的物理場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)）容易波動(dòng)，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動(dòng)，陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣

13、性大，一旦出現(xiàn)槽況波動(dòng)或槽況異常現(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。可見如果電能質(zhì)量差，電解鋁就幾乎無法生產(chǎn)了。4 有色金屬行業(yè)對(duì)電網(wǎng)的影響有色金屬如鈉、鎂、鋁的工業(yè)生產(chǎn)只能使用直流電進(jìn)行電解，而其它有色金屬如銅的精煉也需要使用直流電電解。故有色金屬的冶煉需要消耗大量的直流電。直流電源采用免維護(hù)無端電池的鉛酸蓄電池組，設(shè)置充電和浮充電硅整流裝置。整流器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波并消耗大量的無功功率。過多的諧波對(duì)電網(wǎng)有相當(dāng)大的危害：1.諧波容易被電力系統(tǒng)中的電容器放大產(chǎn)生更大的危害。由于電容器的本身特性會(huì)使得其在諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，如果電容器還同電網(wǎng)中其

14、他元件發(fā)生諧振的話，很小的諧波電壓就可引起很大的諧波電流，從而導(dǎo)致電容器因過流而損壞。2.增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗，引起附加損耗和過熱，并產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過壓。這些將縮短電機(jī)的壽命，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電機(jī)。3.增加輸電線和變壓器的損耗，縮短輸電線壽命，引起變壓器的磁路飽和。4.造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作紊亂。5.干擾通訊系統(tǒng)。不平衡的諧波電流則會(huì)對(duì)通訊系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的干擾，引起通信系統(tǒng)的噪聲，降低通話的質(zhì)量,干擾嚴(yán)重時(shí)可能引起信號(hào)的丟失。無功功率消耗過大甚至大幅波動(dòng)，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生相當(dāng)大的危害：1.電網(wǎng)總電流增加。進(jìn)而使設(shè)備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓損失增大。2.電網(wǎng)的無功容量不足

15、，會(huì)造成負(fù)荷端的供電壓低，影響正常生產(chǎn)和生活用電。3.使電網(wǎng)的功率因數(shù)發(fā)生異常，危害各種生產(chǎn)和生活電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。為此國(guó)家規(guī)定，有色金屬冶煉廠的功率因數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及電力部門的有關(guān)要求。設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施提高企業(yè)的自然功率因數(shù)。電解整流所供電系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波電流值和母線的電壓畸變率，應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T14549的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行校核。電解整流所產(chǎn)生的諧波和無功消耗，可以采用下列方式治理：1.無自動(dòng)穩(wěn)流的二極管整流機(jī)組，使用多機(jī)組構(gòu)成等效多相整流系統(tǒng)；2.有自動(dòng)穩(wěn)流的多機(jī)組系列整流所，宜采用單機(jī)組為6相或等效12相構(gòu)成的等效多相制整流系統(tǒng)，并設(shè)調(diào)諧濾波補(bǔ)償裝置。必要時(shí)

16、亦可加裝調(diào)諧濾波補(bǔ)償裝置。3.高壓部分無功功率宜由高壓補(bǔ)償，低壓部分無功功率宜由低壓補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置應(yīng)根據(jù)全廠無功補(bǔ)償?shù)男枰?，有選擇地分散布置在相應(yīng)的高、低壓配電室內(nèi)。一般選用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。且調(diào)諧濾波應(yīng)結(jié)合無功補(bǔ)償統(tǒng)一考慮。此外，當(dāng)有色金屬工廠設(shè)備檢修或工人下班減產(chǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的電力需求落差，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。雖然不至于像某省的軋鋼廠那樣使電網(wǎng)不停波動(dòng)，但也是不容忽略的。因此這些工廠在減產(chǎn)或停工前應(yīng)與調(diào)度員做好溝通，使電網(wǎng)維持可靠地運(yùn)行。5 有色金屬行業(yè)對(duì)電價(jià)的敏感性電費(fèi)支出是高能耗企業(yè)的比較大的一筆支出，電價(jià)的調(diào)動(dòng)對(duì)高能耗企業(yè)生產(chǎn)影響很大。尤其是靠電解法制取金屬的部分有色金屬冶煉工

17、業(yè)。有色金屬行業(yè)耗電約占全國(guó)發(fā)電量的6% 7%。有色金屬行業(yè)中，電解鋁占總能耗的75%，銅、鉛、鋅冶煉能耗占總能耗的15%左右。這些行業(yè)對(duì)電價(jià)都很敏感。如國(guó)內(nèi)生產(chǎn)1噸電解鋁平均要耗費(fèi)1.45萬度電，電價(jià)在電解鋁成本中約占40%左右的份額。再如湘西地區(qū)標(biāo)志性電解錳生產(chǎn)企業(yè)溶江錳業(yè)，在2010年國(guó)家取消了優(yōu)惠電價(jià)后，每噸電解錳電費(fèi)增加到4270元，總成本增加到15059元，每噸生產(chǎn)成本增加了500元左右，電費(fèi)平均占電解錳總生產(chǎn)成本的28%。鑒于這些行業(yè)對(duì)電價(jià)如此敏感，國(guó)家也出臺(tái)了一些措施來促進(jìn)有色金屬冶煉的正常發(fā)展，如階梯化電價(jià)，限制這一行業(yè)的過度發(fā)展，減輕供大于求的壓力。6 有色金屬行業(yè)的節(jié)約用

18、電有色金屬工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，工藝越來越成熟，很多耗能大、產(chǎn)率低的小工廠也已經(jīng)被淘汰了，但是整個(gè)行業(yè)的能源消耗仍然居高不下。這就要求金屬冶煉的技術(shù)必須取得新的發(fā)展。比如當(dāng)前電解鋁中的研究熱點(diǎn)低溫電解鋁，使生產(chǎn)環(huán)境的溫度大幅降低，減少了對(duì)電能的消耗，也提高了反應(yīng)容器的使用壽命。除了改進(jìn)工藝外，對(duì)自備電廠的升級(jí)也是十分重要的。自備電廠往往用來應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，或是為了減少電費(fèi)成本自己發(fā)電，因此自備電廠對(duì)環(huán)境和效率的追求遠(yuǎn)不如大電廠。大電廠也可以繞過電網(wǎng)直接給有色金屬冶煉廠供電，這樣既減少了費(fèi)用，又降低了對(duì)自備電廠的需求。當(dāng)然也不能使冶煉廠占用太多相對(duì)低廉的直供電，不利于冶煉行業(yè)的正常發(fā)展，也不利于維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。7 結(jié)語 高耗能行業(yè)尤其是有色金屬行業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中起到了相當(dāng)重要的推動(dòng)作用，但也消耗了大量的電能，且其行業(yè)特點(diǎn)也給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來了很大的負(fù)擔(dān)。我國(guó)社會(huì)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型階段，在處理高耗能行業(yè)的問題時(shí)需要正確認(rèn)識(shí)其對(duì)電力的需求特點(diǎn)和對(duì)電網(wǎng)的影響