SMM7月20日讯：在SMM第十七届国际铝业峰会-电解铝及原料论坛上，沈阳铝镁设计研究院有限公司副总工程师/工程经济室主任单淑秀解析了“双碳”战略背景及相关政策，并讲解了电解铝行业的碳排放现状、电解铝行业的减碳节能方向、电解铝行业的节能降碳技术、SAMI低碳节能技术应用等方面的内容。
“双碳”战略背景及相关政策
工业革命以来，化石能源产生的二氧化碳累计达2.2万亿吨，占温室气体总量的70%以上。
全球地表平均温度已比工业革命前升高1.1℃，预计到本世纪中叶左右，全球温升将超过2℃安全阈值，导致不可逆转的巨大灾难。
从源头减少化石能源消费，改变能源结构，使用水电、风电、光伏电、核电等清洁能源，实现能源系统全面“脱碳”，从根本上解决全球气候环境危机。
全球许多国家出台清洁发展和去煤控油政策，比利时、瑞典等10多个国家煤电已全部退出，26个欧盟成员国承诺2020年以后不再新建燃煤电站。
2022年12月20日工信部、科技部和自然资源部联合发布的《“十四五”原材料工业发展规划》：
以“创新引领、市场主导、供需协调、绿色安全”为基本原则，提出了未来5年的总体发展方向和15年远景目标。到2025年，原材料工业保障和引领制造业高质量发展的能力明显增强；增加值增速保持合理水平，在制造业中比重基本稳定；新材料产业规模持续提升，占原材料工业比重明显提高；初步形成更高质量、更好效益、更优布局、更加绿色、更为安全的产业发展格局。到2035年，成为世界重要原材料产品的研发、生产、应用高地，新材料产业竞争力全面提升，绿色低碳发展水平世界先进，产业体系安全自主可控。
具体目标：
供给高端化水平不断提高--突破一批重点战略领域关键基础材料；重点行业研发投入强度达到1.5%以上，掌握一批产业关键核心技术。
结构合理化水平持续改善--粗钢、水泥等重点原材料大宗产品产能只减不增；形成5~10家具有生态主导力和核心竞争力的产业链领航企业；在原材料领域形成5个以上世界级先进制造业集群。
发展绿色化水平大幅提升--吨钢综合能耗降低2%，电解铝碳排放下降5%；重点行业单位产值污染物排放强度、总量实现双下降。；业废渣等固体废物综合利用率进一步提高。
产业数字化转型效应凸显--智能制造能力成熟度3级及以上企业达到20%以上，关键工序数控化率70%以上。建设100个以上智能制造示范工厂，10家以上工业互联网平台。
体系安全化基础更加扎实--重点行业关键生产工艺技术、装备自主可控水平大幅提高，产业链断点堵点显著减少。城镇人口密集区危险化学品生产企业搬迁改造任务全面完成。
我国电解铝行业的碳排放现状
截止到2021年底，全球共有180家电解铝生产企业处于运行状态，涉及总产能7904万吨，全球电解铝产量6752万吨，产能利用率约82%。
全球电解铝产量主要集中在中国、俄罗斯、印度、加拿大、阿联酋、澳大利亚、挪威等国家，主要国家累计产量占全球总产量的87%。
中国连续多年电解铝产量排名世界第一，2021年中国电解铝产量3864万吨，占全球总产量的57%。2021年中国电解铝产能为4360.7万吨，产能利用率为89%。
2012-2021年中国电解铝产能和产量走势图
电解铝行业碳排量较大，碳达峰、碳中和的关键行业之一。2020 年，全球电解铝 CO2排放量约为 7.38 亿吨，占全球碳排放量2.3%。据中国有色金属工业协会统计，2020年我国有色金属工业碳排放量约为6.6亿吨，占全国总排放量的4.7%；其中电解铝行业碳排放量约4.2亿吨，占有色金属行业总排放量的64%。电解铝行业是节能减排和供给侧改革的重点领域，政策高压下，未来电解铝行业将加速绿色转型。
2021年，我国电解铝产量为3864万吨，按照生产一吨电解铝约需消耗13500kWh电能进行测算，行业总耗电约为5216.4亿kWh，占2021年我国全社会用电量83128亿kWh的6.28%。
电解铝生产的电力环节中分为火电生产与水电生产，使用水电生产一吨电解铝所排放的二氧化碳量几乎为零，而使用火电生产一吨电解铝所排放的二氧化碳量比水电产铝多排放约10.4吨。因此，火电生产是电解铝碳排放高的主因，碳中和承诺下，火电“弱化”或成趋势。
目前中国原铝生产电力结构为火电88%、水电11%、核电1%，非清洁能源的火电比例显著过高，随着地方政府考核、优惠电价取消以及碳排放市场化交易层面等影响，对火电铝的存量和新增产能构成了明显压制，未来用清洁能源生产的电解铝产能具备发展优势。
考虑到当前中国已实现全球电解铝环节单吨最低耗电量、电力排碳外其他环节相对优势，到2025年中国实现铝产业“碳达峰”之前，单吨铝碳排放下降是必然选择，而进一步降低电耗、提高再生能源比例及废铝回收利用占比等成为必经之路。
电解铝行业的减碳节能方向
美国铝业（ALCOA），2020年全年原铝产量226万吨，在加拿大、挪威、美国均有冶炼厂分布。
近几年来，其吨铝二氧化碳排放量维持于7吨以下，远远低于世界平均水平。
主要原因是美铝冶炼厂使用水电等清洁能源，清洁能源在美铝整个能源结构中占比达到73%；
美铝、力拓加铝、苹果公司、加拿大魁北克政府正在合作开发 “ELYSIS”工艺技术，采用惰性阳极以替代碳阳极，并以氧气形式进行排放阳极气体。
海德鲁（Hydro），2020年全年原铝产量209万吨，提出在2020年实现铝生命周期的“碳中和”，2019年碳排放量降至每吨铝3吨。
清洁生能源占比已达70%以上，开发低能耗电解槽技术，开发低碳足迹的铝合金产品，增加对于废铝的再回收利用以减少冶炼时的碳排放。
据海德鲁自己研发的“气候模型”，其在2019年的铝生命周期中就已经实现“碳中和”的目标，共累计“净回收”二氧化碳21.9万吨。
通过对比国际铝业公司的碳排放指标，我国电解铝行业的减碳节能方向为：
改变能源结构，提高水电、风电、光伏电、核电等清洁能源替代火电；
控制电解铝产量，提高再生铝的产量和利用率；
开发利用铝电解惰性阳极技术；
创新电解铝工艺技术；
开发新型稳流保温电解槽节能技术；
开发电解槽结构优化及数字化技术；
提升余热回收节能技术；
优化辅助车间流程，降低电解铝厂动力电耗；
提高生产管理技术水平；
逐步淘汰落后产能，技术升级，向拥有水电等清洁能源国家转移产能；
碳汇林：开展植树造林、矿山和荒地复垦植树，严禁触碰生态保护红线。
电解铝行业的减碳节能技术
新概念母线技术
建立了磁流体稳定性的新设计标准，与传统母线配置相比：
在BZ相同的情况下，磁场分布均一性更好；
流速可降低约40%；
简化母线配置，降低母线压降25mV；
不增加单位电流母线用量，具有良好的经济性。
绿色低碳节能复合阴极技术
保持降低水平电流效果，实现水平电流和阴极压降“双降”；
使用全石墨化阴极等三项新技术，阴极压降可降至150mV；
已在华云一期、中润、蒙泰、营口忠旺、云铝文山等企业成功系列应用。
SAMI简介及低碳节能技术应用
炭素技术
铝用预焙阳极、阴极技术；
电极、特种炭素、负极材料技术；
炭素原料煅烧技术。
铝冶炼技术
SY500/600kA高效低碳节能数字化电解槽；
铝电解智能化、数字化工厂；
深度节能复合阴极技术；
电解高效净化。
氧化铝精炼技术
高/低温拜耳法；
联合法技术；
高效蒸发溶出；
大型搅拌桨。
环境保护
烟气净化
脱硫脱硝
余热回收
环境评价
其他技术
镁、钛工程设计
市政、公用工程
新专有装备技术
