有色金属行业用电分析

有色金属行业用电分析摘要：高耗能行业作为国民经济的重要组成部分，长期以来在全社会电能消耗中占据较大份额，并对电力行业产生深远影响。本文主要分析了高耗能行业中有色金属冶炼及压延加工业（以下简称有色金属行业）的用电量及用电特点、对电能质量要求及对电网电能影响、电价敏感性和节能措施，旨在对该行业的用电问题做一较为全面的概述。关键词：有色金属行业；用电量；电能质量；电价敏感性；节能0引言所谓高耗能产业，是指生产过程中，所消耗的一次能源或二次能源比重比较高，能源成本在产值中所占成分比较高的产业，也可称为消耗能源密集型的产业。根据《2010年国民经济和社会发展统计报告》，目前我国有六大高耗能行业，分别为：化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、石油加工炼焦及核燃料加工业、电力热力的生产和供应业。高耗能行业作为基础产业的一部分，是国民经济的重要支柱，对于我国社会的稳定和经济的发展有着重要的作用和深远的影响。近年来随着我国经济转型升级和产业结构调整的不断深化，以及资源环境问题的日益严峻，节能减排成为经济发展的重中之重，淘汰落后产能已是大势所趋。而高耗能行业中普遍存在落后的技术、工艺和产品，造成了高能耗、高污染、低效率，成为能耗和污染的重要源头，对其进行结构调整和产业转型是节能减排的有效途径。对高耗能行业用能问题的研究，能够了解高耗能行业能源需求与使用情况，为节能减排具体实施提供理论基础。电力是我国现阶段的重要能源，在我国能源消费中占据重要地位，长期以来电力供应的不足一直是制约我国经济发展的重要因素。高耗能行业在电力消费中同样占据相当大的比重，在部分地区甚至成为电力消费的绝对主力。有鉴于此，本文对我国高耗能行业中的有色金属行业的用电问题进行了分析，研究了该行业的用电量、用电特点、对电能质量的要求、对电网电能的影响和对电价的敏感性，并针对节能减排问题提出了一些看法。1有色金属行业用电量有色金属行业由于行业特点和落后技术的存在，用电量长期以来居高不下。行业用电总量在整个电力消费中占据较大份额。表一2008~2012五年间电力消费情况单位：亿千瓦时年份20122011201020092008总量49762.6447000.8841934.4937032.1434541.35工业36232.2134691.5530871.1726854.4925388.63有色金属行业3819.083501.83129.092576.152511.23有色金属行业占总量比重7.67%7.45%7.46%6.96%7.27%有色金属行业占工业比重10.54%10.09%10.13%9.59%9.89%图一有色金属行业用电量从表一和图一可以看出，2008~2012五年间，行业用电量逐年上升，从2008年的2511.23亿千瓦时增加到2012年的3819.08亿千瓦时，增加了52.1%。其中2008~2009年增长速度较慢，原因可能是受到2008年美国经济危机的影响，行业发展增速放缓使得行业用电量增速放缓。2009~2012年间增长速度较快，尤其是2009~2010年最快，此时中国推出“四万亿”计划，刺激了国民经济全面发展，有色金属行业随之高速发展。行业用电量在全社会用电总量中所占份额基本维持在7%左右，上下约有0.7个百分点的浮动，其中2009年份额最低，为6.96%，2012年份额最高，为7.67%。行业用电量在工业用电总量中所占份额基本维持在10%左右，上下约有1个百分点的浮动，其中2009年份额最低，为9.59%，2012年份额最高，为10.54%。总体来看，行业用电量所占社会用电总量和工业用电总量份额在2009~2012年间有微小上升，说明行业用电量几年中的发展中快于社会总电量的增长速度，对全社会用电量增长有较大贡献率。影响有色金属行业用电量的因素较为复杂，包括宏观经济以及行业内的需求、价格等直接或间接因素，相互交织、相互影响。行业用电量主要是由行业平均电耗和产品产量两方面决定的。行业平均电耗水平主要依赖于企业的技术进步和节能降耗措施，还与行业产品产量的结构有关。大小企业之间的生产电耗往往存在较大差异，所以不同规模企业在总产量中所占比例会对行业平均电耗有一定影响。从长期来看，行业平均电耗是逐步下降的，但在数月或一年等较短时间内一般相对稳定。所以有色金属行业的用电量对产品产量有较强的依赖，而影响产品产量的因素包括需求、进出口、价格等多方面因素。影响有色金属行业用电量的主要因素如图二所示。图二有色金属行业用电量影响因素（图摘自张维等《电解铝行业用电的影响因素分析》）2有色金属行业用电特点有色金属行业作为高耗能行业，有其自身的用电特点，主要包括以下几个方面。1.电量消耗大从上文分析可知，有色金属行业用电量很大，仅此一个行业，就占到工业用电总量的10%左右，全社会用电总量的7%左右。用电量之大由此可见。2.供电电压等级高我国国家标准GB50673-2011规定，金属冶炼厂设计时，新建企业采用10kV、35kV、66kV或110kV电压等级供电，大型冶炼厂也可采用220kV或330kV电压等级。当两种电压方案经技术经济比较相差不大或企业规模有发展前景时，应优先采用较高电压供电。因此，在实际用电时，输入到工厂中的电压等级较高，从而可以有效利用电力系统发电和输电设备，节约投资，降低供电成本。3.电价敏高性高有色金属行业由于要消耗大量电能，电费在生产成本中占据很大部分，电价的微小变动都可能导致生产成本的大幅变化，具体分析见后文。4.地域分布明显我国有色金属矿产地域分布明显，部分地区有色金属矿藏集中，由此造成金属冶炼加工厂集中于矿区的分布特点。加之近年来我国进行产业结构调整，重工业企业纷纷向中西部迁移，所以使得用电呈现明显的地域特点。在北京等地，有色金属冶炼加工企业大量迁出，由此导致的有色金属行业用电量明显下降，比重较小。而甘肃内蒙古等地，有色金属行业较为发达，行业用电量比重很大。以甘肃为例，2014年上半年甘肃全省全社会用电量为518.58亿千瓦时，有色金属行业用电量为156.65亿千瓦时，占全部用电量的30.2%。3有色金属行业对电能质量的要求高耗能产业作为工业生产的一部分，和其它工业一样也需要稳定的电能质量。其中有色金属冶炼厂电力负荷应结合企业规模及在国民经济中的地位，根据其对供电可靠性的要求、中断供电所造成的损失或影响程度，分为以下三级：1．一级负荷：中断供电超过允许中断供电时间，将造成人身伤害，或引起重大设备损坏、重要产品大量报废、企业的连续生产流程被打乱，需要长时间才能恢复的用电或造成重大环境污染应为一级负荷。一级负荷中，中断供电将发生中毒、爆炸和火灾危险等情况的用电，大型关键设备的保安用电以及重要的计算机控制系统、通讯系统等的用电，属于一级负荷中特别重要的负荷。一级负荷应由两个电源供电。当一个电源故障时，另一电源应能连续供电或在不超过负荷允许的中断供电时间内恢复供电。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，尚应增设独立于电力网的应急电源。应根据一级负荷允许中断供电的时间，确定备用电源手动或自动方式投入。2.二级负荷：大中型冶炼厂中，影响主流程正常运转的生产用电和停电后将造成环境污染的用电，除属于一级负荷者外，应为二级负荷。检修用电及停电后将造成生活用水困难的水泵、严寒地区采暖锅炉房的用电宜列为二级负荷。当地区供电条件允许且投资不高时，二级负荷宜由两个电源或两回线路供电。条件不具备时，也可由一回专用架空线路供电。3．三级负荷：不属于一级和二级负荷者应为三级负荷，三级负荷宜由一个电源供电。偏僻地区的小型冶炼厂，由地区电力系统供电技术经济不合理时，或具有一级负荷的冶炼厂，从地区电力系统取得第二电源不能满足要求或技术经济不合理时，可以设置自备电厂。正常情况下，用电设备端子处电压偏差允许值（以额定电压的百分数表示），应符合下列规定：1．电动机为±5%；2．照明：1)一般工作场所为±5%；2)远离变电所的小面积一般工作场所可为+5%、-10%；3)应急照明、道路照明和警卫照明为+5%、-10%；3．其他用电设备当无特殊规定时为±5%。事实上，电能质量对有色金属冶炼的生产有相当大的影响。以电解铝为例，当前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽电解铝，熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电。即使使用稳定的直流电，焙烧启动过程中仍会有电流分布不均的问题，且焙烧启动过程中的能耗大；投入运行后电解槽的物理场（电场、磁场、流场）容易波动，热平衡的维持较困难；槽电阻极易受外界的干扰而波动，阳极效应发生后熄灭困难，且由于电解槽的惯性大，一旦出现槽况波动或槽况异常现象，很难快速恢复正常。可见如果电能质量差，电解铝就几乎无法生产了。4有色金属行业对电网的影响有色金属如钠、镁、铝的工业生产只能使用直流电进行电解，而其它有色金属如铜的精炼也需要使用直流电电解。故有色金属的冶炼需要消耗大量的直流电。直流电源采用免维护无端电池的铅酸蓄电池组，设置充电和浮充电硅整流装置。整流器将交流电转换成直流电的过程中，会产生大量的谐波并消耗大量的无功功率。过多的谐波对电网有相当大的危害：1.谐波容易被电力系统中的电容器放大产生更大的危害。由于电容器的本身特性会使得其在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，如果电容器还同电网中其他元件发生谐振的话，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，从而导致电容器因过流而损坏。2.增加旋转电机的损耗，引起附加损耗和过热，并产生机械振动、噪声和谐波过压。这些将缩短电机的寿命，情况严重时会损坏电机。3.增加输电线和变压器的损耗，缩短输电线寿命，引起变压器的磁路饱和。4.造成继电保护、自动装置工作紊乱。5.干扰通讯系统。不平衡的谐波电流则会对通讯系统产生非常大的干扰，引起通信系统的噪声，降低通话的质量,干扰严重时可能引起信号的丢失。无功功率消耗过大甚至大幅波动，也会对电网产生相当大的危害：1.电网总电流增加。进而使设备及线路的损耗增加，使线路及变压器的电压损失增大。2.电网的无功容量不足，会造成负荷端的供电压低，影响正常生产和生活用电。3.使电网的功率因数发生异常，危害各种生产和生活电气设备的正常运行。为此国家规定，有色金属冶炼厂的功率因数应符合国家标准及电力部门的有关要求。设计中应采取措施提高企业的自然功率因数。电解整流所供电系统注入电网的谐波电流值和母线的电压畸变率，应按国家现行标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549的有关规定进行校核。电解整流所产生的谐波和无功消耗，可以采用下列方式治理：1.无自动稳流的二极管整流机组，使用多机组构成等效多相整流系统；2.有自动稳流的多机组系列整流所，宜采用单机组为6相或等效12相构成的等效多相制整流系统，并设调谐滤波补偿装置。必要时亦可加装调谐滤波补偿装置。3.高压部分无功功率宜由高压补偿，低压部分无功功率宜由低压补偿。补偿装置应根据全厂无功补偿的需要，有选择地分散布置在相应的高、低压配电室内。一般选用电容器进行无功补偿。且调谐滤波应结合无功补偿统一考虑。此外，当有色金属工厂设备检修或工人下班减产时，也会产生一个巨大的电力需求落差，对电网产生冲击。虽然不至于像某省的轧钢厂那样使电网不停波动，但也是不容忽略的。因此这些工厂在减产或停工前应与调度员做好沟通，使电网维持可靠地运行。5有色金属行业对电价的敏感性电费支出是高能耗企业的比较大的一笔支出，电价的调动对高能耗企业生产影响很大。尤其是靠电解法制取金属的部分有色金属冶炼工业。有色金属行业耗电约占全国发电量的6%～7%。有色金属行业中，电解铝占总能耗的75%，铜、铅、锌冶炼能耗占总能耗的15%左右。这些行业对电价都很敏感。如国内生产1吨电解铝平均要耗费1.45万度电，电价在电解铝成本中约占40%左右的份额。再如湘西地区标志性电解锰生产企业溶江锰业，在2010年国家取消了优惠电价后，每吨电解锰电费增加到4270元，总成本增加到15059元，每吨生产成本增加了50