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直流电站创新电解行业(2012年2月号)

2012-05-15 10:38:18 文/ 本刊记者 赵沛楠

伴随着国家对工业企业用电价格上调力度的不断加大,在节能减排的大背景下本已捉襟见肘的高耗能电解行业更是举步维艰。

在中铝华大科技股份有限公司总经理罗隆福看来,电解铝、电解锌、电解铜、电解锰、电解食盐水(氯碱)电解水制氢等一系列工业都有一个共同的特点:采用大功率的整流供电系统,交流变直流问题不可回避。因此也造成降低电网的电能质量以及高耗电能的特点。

而绿色节能直流电站正是通过创新交流变直流这一重要环节的技术,以达到节能降耗目标。罗隆福这样表示:“我们可以帮助一家年产量为40万吨的电解铝企业每年节约资金4000万左右。以去年全国现有的电解铝产能计算,我们可以帮助国家节约12亿”。

罗隆福告诉记者,当前电解行业传统的解决方案主要是基于目前供电系统所采用的国家电能质量标准所做的被迫治理措施,近乎于一种公益性的投入。而湖南大学创新研发的绿色节能直流电站,以感应滤波专利技术为核心,在靠近源头处,利用整流变压器固有功能,治理整流系统对电能质量的破坏,且降低整流系统的损耗,使得大功率整流系统电能质量提高、噪音污染减小,且能够将之前单纯性的投入转化为3年内可以收回的一笔投资。

三方面创新合力

在绿色节能直流电站中,3个方面的关键技术,即谐波屏蔽技术、无功优化补偿技术和节能降耗技术成为创新攻克主要关卡。

“谐波屏蔽技术又称为感应滤波技术,是绿色节能直流电站中最关键的核心技术”,罗隆福告诉记者,这一技术最初来源于电气化铁道对谐波的治理要求。

所谓谐波,主要是指电压的波形质量,即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变。当前,我国非线性用电设备在电网中大量投运,造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。不仅增加了电网的供电损耗,而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行,造成了这些装置的误动与拒动,直接威胁电网的安全运行。

在早期的电气化铁道牵引网中,需要将27.5kV的单相交流电变换为直流电以作为直流电机的电源,并由直流电机驱动电力机车。在交流变直流的过程中,会产生大量的谐波。

罗隆福表示:“传统治理谐波的方法是采用分流技术,即在27.5kV的交流侧加装LC滤波器对谐波进行分流。该技术一方面效果欠佳且可能产生谐振,另一方面,由于电压等级较高,导致滤波装置的成本增加”。

湖南大学退休教师刘福生教授于1995年首次提出利用变压器的安匝平衡原理实现滤波的理论构想,即感应滤波技术。在2006年5月湖南大学投入1000万元的输变电新技术研究开发平台上,这一专利获得验证。

    率先发力电解行业

湖南大学项目组在研究过程中发现,即通过上述的感应滤波技术可以降低变压器的谐波损耗和基波损耗,实现节能。考虑到当时整流机组没有专门针对节能的技术,而节能在此高耗能的电解整流行业显得尤为重要。因此,项目组在推广过程中重点强调了节能的概念,并提出绿色节能直流电站的思想。

在罗隆福的介绍中,绿色节能直流电站包括三大部件:感应滤波整流变压器、整流器和感应滤波功补装置,具有显著的优势:在高耗能行业的大功率整流系统中,电网谐波少,变压器噪声低——绿色;感应滤波、变压器设计、整流柜和滤波器设计、系统优化运行——节能。

根据上述“绿色节能直流电站”的思想,项目组得到了中盐株洲化工集团6脉波首台套“绿色节能直流电站”的应用机会,并多方筹集研发资金600万元,于2009年4月完成整流变压器、整流柜、滤波器等系统研发并投入运行。

权威机构测试结果表明:整体运行效率比原系统提高2.38%,5、7、11、13次谐波滤除率90%以上,网侧功率因数0.97,变压器噪音明显低于原系统。这一系统稳定运行至今已经两年多。

2011年10月,中铝国际工程股份有限公司以现金出资,湖南大学和发明人团队以无形资产出资,共同组建“中铝华大科技股份有限公司”,实现研发成果成功产业化之路。

“目前,国际上直流电站大多采用多重化整流机组并联运行方案。该方案需要各机组之间的运行情况完全对称,否则,将影响其谐波治理的效果。当退出某台机组时,可能会使得原来被消除的某些次谐波又重新出现。”在罗隆福看来,这一方案仅具有谐波治理的功能,并不能实现节能效果。

实际运行数据显示,绿色节能直流电站节能效果明显,系统效率可提高1%-3%。而接下来,这一创新成果还能进一步向化工、冶金等工矿行业,轧钢等高压变频行业,地铁牵引行业,海上风力发电并网等领域延伸。