河南電解鋁產業能源結構與發展問題及對策*

鄭 勇，田大勇，牛永生，侯紹剛

(安陽工學院化學與環境工程學院，河南 安陽 455000)

能源是人們賴以生存和發展的重要資源，受到了世界各國的廣泛重視。目前，我國已成為世界上最大的能源消費與生產國。其中，河南是國內主要的能源開發和消費省份之一，相關產業近年來得到了長足進步，為社會發展提供了良好的保障。然而，省內的能源結構相對單一，基本上以煤炭為主，存在著能量利用率較低、環境污染等問題[1]。另外，水電、核電、光伏、生物質等新型清潔能源的利用不足，能源消費所占比重較小。因此，加強相關產業的能源研究是解決上述問題的重要途徑。

電解鋁是河南省內主要的化工、能源產業之一，在地方經濟發展中起著重要的作用。早在建國初期，在鄭州成立的河南鋁業公司是省內第一家鋁制造企業。此后，中國鋁業公司、中州鋁廠等企業相繼建立，推動了河南電解鋁產業的發展。改革開放以后，河南省依靠較為豐富的煤炭和鋁土資源，并利用交通的優勢建成了大批電解鋁工廠，產量和產能得到了提升。近年來，河南省電解鋁的年產量達到了200萬噸以上，位于全國各省份的前列。由于該行業普遍采用高溫電解法進行生產，致使反應過程嚴重依賴電能。在此背景下，受到較高電力成本的影響，電解鋁企業長期面對著能源問題的困擾，帶來了生產成本高、利潤低、產量下滑等負面影響[2]。針對這一現狀，本文對河南電解鋁產業的能源問題進行了系統研究，從不同角度深入分析了其內在原因，并對該產業未來的發展提出了解決對策，以此為電解鋁等化工相關行業的能源結構優化調整奠定科學研究基礎。

1 河南電解鋁產業能源結構現狀

河南電解鋁產業大多采用冰晶石和氧化鋁作為主要原料，將其在950 ℃附近的高溫下加熱熔融后進行直流電解，從而通過電化學還原反應得到液態金屬鋁[3]。高溫鋁液經過抽出、冷卻和純化后獲得商品化的鋁錠，純度大約為99.5%左右。目前，此工藝方法已發展得比較成熟，具有投資低、設備裝置簡便以及建設周期較短等優點。一般情況下，每生產1噸鋁，大約需要消耗電能1.3萬度左右。因此，根據年產量估算，河南電解鋁產業的年耗電量可達到260億度以上。可以說，該行業是典型的用電大戶。以2013年為例，電解鋁產業年用電量分別占據了省內社會用電總量、工業用電總量的15%和21%左右。

電解鋁對電力能源的高度依賴是產業的重要特征之一，特別是當下較高的電價制約了其發展。在原料供給、生產效率、企業管理、技術水平等因素中，電力消耗對生產成本的影響最大。從河南電解鋁產業的發展歷程中能夠看出，該領域在能源上的趨向性十分顯著。上世紀末，在省內煤炭富集的地區出現了很多小火電，一定程度上促進了經濟發展。后來隨著金融危機的影響，為了進一步降低生產中的電力成本，很多省內電解鋁企業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。其中，一些大型骨干企業建成并擁有了自己的電廠和煤礦，自備電廠供電比重達到了70%以上。雖然通過上述方法降低了用電成本并減輕了虧損，但是電耗仍然占據了生產成本的50%左右，難以從根本上扭轉能源嚴重依賴的趨勢。因此，電解鋁產業從開始的綜合實力競爭逐漸演變到電力成本為核心的競爭。

2 能源問題的內在原因

對于上述河南電解鋁行業存在的能源問題來說，其內在原因主要為傳統高溫熔鹽體系的局限性。通常情況下，冰晶石-氧化鋁體系需要維持900 ℃以上的溫度才能進行鋁的電解生產。因此，除了電解過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溫度。這造成實際生產過程中的能量利用率低，至少有一半左右的電能沒有充分利用起來。

河南不僅是國內的電解鋁大省，而且在技術和設備上也處于較為先進的水平。其中，一些企業已配備了容量在400 kA以上的大型電解槽，取得了一定的節能降耗效果。例如，焦作萬方鋁業股份有限公司參與完成的“新型陰極結構鋁電解槽重大節能技術的開發應用”獲得了國家科技進步獎。

在上述背景下，雖然可以通過電解槽等設備的優化改進來適當降低反應溫度、提高能量利用率，但是高溫熔鹽電解法也不能片面追求較低的溫度，還需要考慮到對體系性質的影響。過低的溫度不利于氧化鋁的溶解，進一步影響到電解裝置的穩定性。因此，由于技術本質的缺陷，反應能耗和溫度降低的幅度較為有限，仍然難以改變河南電解鋁行業高能耗的局面。近年來，隨著生產方法和設備的不斷發展，預焙槽的容量持續增長，不過始終沒有脫離擴大設備尺寸和生產電流的常規技術路徑。所以，電解鋁行業能耗過高的問題無法得到突破，依然嚴重依賴相關電力部門，從而造成了生產和能量不對等的現狀。

3 產業發展趨勢

為了應對存在的問題并使企業擺脫目前的困境，河南電解鋁產業的主要發展趨勢可以歸納為以下幾點。

(1)經濟和社會的發展離不開商業化的鋁產品。從長遠來看，河南電解鋁產業的市場需求和應用空間仍有較大的增長潛力，主要集中在建筑、交通運輸、電力和機械等行業。值得注意的是，在經濟轉型與消費提升的驅動下，人們對鋁的種類和品質需求越來越高。其中，高精度、高純度的鋁箔、鋁板、鋁粉、鋁帶等已成為了具有廣闊前景的消費品[4]。因此，高端鋁產品的市場仍將保持較為旺盛的需求。另一方面，省內人均鋁的消費量與發達地區還有一定的差距，消費量的頂峰尚未真正到來，在未來必將繼續帶動電解鋁生產規模的發展。

(2)電解鋁產業對能源的依賴將會長期持續。在河南電解鋁相關的產業鏈中，受制于上游礦產資源的稀缺性，鋁土礦工業的盈利前景較好。另外，歸功于較高的附加值，下游的鋁加工也有著較大的利潤空間。相比之下，位于中心的電解鋁成為了產業鏈中最為薄弱的環節。從產業均衡的角度來看，為了促進企業脫困增效、擺脫長期虧損的局面，未來的發展中需要推動煤電鋁的一體化、規模化。同時，強化資源的調控，提高能源的利用率，保障產業鏈的系統性、完整性。

(3)由于傳統高溫熔鹽電解鋁技術的固有局限性，反應難以大幅降低能耗和溫度。因此，如果從根本上來解決這一問題，則需要研發新型的低溫電解質體系并實現低溫下的電解鋁過程。近年來，省內外相關企業、高校和科研單位在這方面進行了大量的研究，研制了一些卓有成效的低溫熔鹽體系，取得了階段性的進展[5]。可以預見的是，技術革新和新工藝的開發將會是電解鋁行業的重要發展趨勢之一。

4 解決對策

根據上述河南電解鋁產業的能源現狀、內在問題和發展趨勢，在前期研究經驗和實踐調研的基礎上，我們認為可以從以下幾個方面開展應對工作。

(1)優化能源和資源的調配。目前，河南電解鋁產業面臨的困難主要來源于較高的用電成本。因此，適度降低企業用電價格是解決問題的重要途徑之一。另外，積極發揮地方管理部門的宏觀調控，下調自備電廠并網費，建立相應的自備電行業標準，使不同地區的電價更為統一、規范。同時，對相關配套產業進行優化配置，為電解鋁企業提供原料采購、設備制造、產品加工、市場銷售、環境保護等方面的政策、技術支持。

(2)合理調整產能和經營模式。對河南電解鋁行業進行積極引導，采用投資、聯合運營、技術合作等方式將部分產能轉移到其他地區，改變省內產能過剩的局面。同時，把握經濟轉型發展、西部大開發等戰略調整的機遇，充分利用省外的優質能源和資源，大力推動區域間的合作，提高整體效益。另外，轉變較為單一經營模式，努力使企業向資本運營型、技術創新型等復合模式發展。打通產業鏈結構，鼓勵省內企業參與國際交流合作，充分利用國內外市場，擴大產業增長空間。

(3)加快技術創新和應用進程。有史以來，河南電解鋁工業的發展始終依賴并得益于科學技術的進步。為了解決現有生產中的高能耗問題，首先要堅持技術創新，摒棄因循守舊的思想，加強科技攻關才能真正從源頭上改變能源的困境。在近年來涌現出的相關科學報道中，基于離子液體的低溫電解鋁技術得到了最為廣泛的關注。采用離子液體作為新型低溫電解質，可以在100 ℃以下完成鋁的電解制備，反應能耗僅為高溫熔鹽的一半左右，節能效益顯著[6]。因此，進一步深化新技術的基礎研究，推進設備、工藝的集成放大以及產業化是未來工作的重點之一。在實際工作中，可以通過政策和項目的支持，鼓勵省內的高校、科研院所和企業展開合作研究，加快研發平臺、中試生產線的建設，成立一批技術示范點，為產業的創新發展積累經驗。

(4)加大電力體制的改革。在現有政策的基礎上，進一步放寬對河南電解鋁產業自備電機組相關的審批限制，使更多的企業能夠自主開展專用機組的建設工作。另外，可以讓企業嘗

試單獨或者聯合共同組建局域的輸配電網絡，并選取一些具有影響力的骨干企業作為局域網絡的試點單位進行推廣，也可以實施跨越區域的一網多廠或者多網多廠的用電模式。同時，著力解決自備電、網電、直購電等不同供電形式帶來的成本差異，改變產業虧損的現狀。出臺相應的直購電措施，并通過市場化的運作提高各方面的工作積極性，最終實現合作共贏。

5 結 語

本文從河南電解鋁產業的能源結構現狀出發，重點對其高能耗的內在原因進行了分析，說明有關問題主要來源于傳統工藝中高溫熔鹽體系的本質缺陷。在此基礎上，從市場需求、資源調控、技術革新等方面對該產業的發展趨勢進行了展望和討論。為了解決電解鋁生產中的能源問題，提出了優化能源和資源的調配、合理調整產能和經營模式、加快技術創新和應用進程、加大電力體制的改革等對策建議。上述工作為河南電解鋁產業的進一步發展提供了研究依據，對于企業的節能增效具有積極的意義。