我们经常谈论我们的神奇金属铝的环保证书。坚固、无限可回收、重量轻，深受全球电动汽车制造商的喜爱。这是制造需要脱碳的铝所需的过程。根据金属来源的国家，转变的时间表是昨天。

我们与科技公司安能加（EnPot）的首席执行官卡瑞纳·杨 （Karyna Young）和首席技术官尼克·德普瑞（Nick Depree）博士讨论了如何将电解铝厂无缝转变为低排放铝生产的勇敢新世界。

时间到了

几年前，“低排放铝生产”一词仅适用于水力电解铝厂。没关系。然而，快进到今天，情况正在发生变化。

该行业冶炼过程中消耗的电力产量产出11亿吨二氧化碳占当前排放量的60%[1]。[1]. 可再生能源正在迅速取代化石燃料发电厂。脱碳发电将反过来使铝生产和排放快速脱碳。

尼克·德普瑞（Nick Depree）博士说：“我们今天所知道的电解铝有能力而且也将脱碳。我们已经看到了这一点。我们有这样一个重要的机会，通过支持减少使用化石燃料发电，来控制排放。”

这并不是坐等世界上以前未开发的风能、太阳能和水能被利用来发电的情况。电解铝厂目前正在采取切实措施，不仅要利用可变可再生能源（VRE），还要帮助国家电网中的VRE公司。

第一步是通过调制实现电解铝厂的灵活用电。德普瑞（Depree）博士表示：“我们看到世界各地的电解铝厂对调制的需求越来越大。包括有一些只想通过微小的改变来改变现状的电解铝厂，也包括在整个运营过程中采用电流调制技术的电解铝厂。”

安能加（EnPot）技术（Energia Potior的缩写：“掌握能源”）是一项创新技术，可在电解铝厂实现熔炼单元热平衡控制。自2004年以来，新西兰奥克兰大学轻金属研究中心（Light Metals Research Centre）对其进行了广泛开发，现已由安能加（EnPot）有限公司商业化。

安能加（EnPot）技术

热平衡控制允许电解铝厂的电力使用向上或向下调节高达30%，而不会干扰制造铝所需的微妙热平衡。这是通过隔热热交换夹套对电解槽壳进行增强温度调节而实现的

管道网络的一段铝电解槽安装有安能加（EnPot）换热器 这是一个具有重大影响的简单概念。

安能加（EnPot）允许电解铝厂在任何时候立即调节+/-20%左右的电力供应，以应对电力供应变化，并在其能源组合中增加VRE的使用，因为这对他们来说是合理的。

这对于努力支持或“稳固”更多间歇性可再生能源（如风能、太阳能、潮汐能和水力发电）的电网具有巨大价值。

当利用某些工艺变化时，可使用高达30%的较大调制窗口作为解决长期问题的解决方案，如水力发电中的干旱期。此外，电解铝厂可以在紧急电力短缺的情况下提供全方面电力削减，持续数小时，比目前没有这种绝缘能力的时间长得多。

伟大的平衡行动

在可再生能源占主导地位的电网中，不可预测的清洁能源已经成为主要成本，更不用说经常涉及的技术困难。VRE地位的加固可通过多种技术实现，如电池储存、抽水蓄能水电站或燃气轮机调峰电站。

安能加（EnPot）首席执行官卡瑞纳·杨 （Karyna Young）表示：“如今的电网比以往任何时候都更像是一种平衡行为。” “我们看到，由于一些运营商难以有效应对可变可再生能源需求和供应的波动，以前安全的电网出现了更多的停电或“紧急停电”的情况。

在夏季热浪和冬季深冻期间，这些削减可能会产生潜在的灾难性后果。

卡瑞纳（Karyna）表示：“电解铝厂通常是当地电网中最大的单一用户，因此，如果能够使负载变得灵活，这将使他们处于一个有价值的位置。作为当地电网最大的客户之一，突然间转变为对电网运营商具有巨大价值的主要竞争优势。这对所有参与者来说都是双赢的。”/p>

对于世界主要经济体来说，拥有稳定可靠的电力供应一直是理所当然的。经济的成功依赖于电力，随着能源转型步伐的加快，“电网弹性”一词正成为越来越热门的话题。

例如，去年，中国有多达20个省份停电，由于电力需求激增，煤炭短缺，该国难以平衡电力供应。

根据国际能源署（IEA）的数据，全球近三分之一的发电量来自可再生能源，预计2022年这一数字将增长8%。

这是一个好消息，只要现有电网能够将这些新能源与经过深思熟虑的加固解决方案相结合。在可用的情况下，需求侧响应是一个无需在昂贵的电池储能方面进行大量投资即可利用的重要的工具。

一个公正的过渡

“公正过渡”的概念意味着实现2015年《巴黎协定》目标所需的转型变革，包括彻底改革我们的能源系统，这个过程不应让任何人掉队。一个可持续的未来不可能只属于富裕国家。钱很重要，清洁可靠的电力也需要是负担得起的电力。

去年，全球公众对工业脱碳和减少化石燃料使用的看法和政治动机发生了重大转变。这导致大量公司和公共资金被用于脱碳计划。

卡瑞纳（Karyna）表示：“有远见的政府决心快速推进本国的脱碳议程，通过电解铝厂调节可变可再生能源是实现电网绿色化的一种经济高效且快速的方式，这一点并没有被政府忽视。”。

“安能加（EnPot）技术目前在德国TRIMET电解铝厂运营，但其潜在应用是巨大的，全球195个国家中有43个拥有电解铝厂。选择灵活运营的国家可以为希望增加可再生能源使用的电网提供有竞争力的解决方案，”她说。

国际能源署（IEA）2019年发布的一份关于中国电力系统转型和先进灵活性选项的报告直接提到了安能加（EnPot），表明使用安能加（EnPot）技术改造中国的电解铝厂将使得中国二氧化碳排放量的大幅减少。

IEA建议：“可能需要特定的政府干预来招募特定的更大规模的负荷资源（例如电解铝厂），包括设计改造的财政激励和/或参与要求^[2]。”

安能加（EnPot）技术显示，它有可能成为最便宜的方法，以满足电解铝厂40%的能源需求（根据需求增加或减少20%），并有能力提供类似于电网规模电池（短期内100%容量）和抽水蓄能（长期较低容量）的能源服务。该图表显示了VRE确认可用的几种技术的摊销成本比较。

VRE加固技术的成本与电池存储、抽水蓄能和安能加（EnPot）成本比较

两个能源市场的故事

安能加（EnPot）最近对两个截然不同的能源市场进行了建模，一个以煤炭为主，另一个以水力为主。两者都表明，当发电量和电价高度可变时，市场上有很大的可用价值。该值只有在VRE替代煤炭和天然气用于基本负荷或峰值发电时才可能增加。

一旦安装了安能加（EnPot），电解铝厂和电网运营商可以通过多种方式获取电解铝厂调节的价值。一些冶炼公司已经是经验丰富的电力贸易商，可以买卖电力并巩固经济优势，从而抵消金属生产的变量。

然而，许多电解铝厂希望尽可能地继续稳定运营，最大限度地提高金属产量，并在电网运营商要求时进行调整。

在这种情况下，考虑到电网运营商的价值，他们更有可能就按需提供这项服务的规模进行谈判，或就总体较低的年电价进行谈判，例如避免投资于其他固定方法产生的成本。

加固电网以实现脱碳

卡瑞纳·杨 （Karyna Young）表示：“安能加（EnPot）技术是巩固可变发电的最便宜和最简单的方法，因为它利用了电解铝厂的大量现有资产和基础设施。”当然，除了电解铝厂和发电机的经济效益之外，巩固电网还有很大的优势——关键目标是减少发电产生的“范围2”碳排放。

卡瑞纳（Karyna）总结道：“由于政府、企业和消费者对脱碳的需求增加，电解铝厂功率调节作为一种工具成为一个非常有吸引力的提议。”

[1] https://international-aluminium.org/resource/aluminium-sector-greenhouse-gas-pathways-to-2050-2021/ (2018年数据)

[2] 中国电力系统转型，IEA，2019

[3] 德普瑞（Depree），N.B.，托马斯（Thomas），D.P.，王（Wong），D.S.（2022）。需求侧反应对铝冶炼行业脱碳的贡献和经济性。摘自：伊斯肯（Eskin），D.（eds）《2022轻金属》（Light Metals 2022）。矿物、金属和材料系列（The Minerals, Metals & Materials Series）。查姆施普林格（Springer, Cham）。