一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法

本发明属于工业负荷，特别是涉及到一种基于全流程耦合的电解铝负荷多时间尺度建模及其用能计算方法。

背景技术：

1、电解铝负荷是我国重要的工业负荷。高耗能是电解铝负荷的显著特点，单个电解铝厂的容量便可达数百兆瓦，其参与电网需求响应的可行性和潜力巨大。电解铝负荷的可调特性取决于其全流程生产工艺，描述各生产工艺环节的物理耦合特性是精准刻画其物理可调边界、需求响应特性的基础。构建全流程耦合的电解铝负荷模型，是基于实际运行中电解铝负荷各个环节之间的耦合关系并考虑多时间尺度的影响进行的一种建模。然而一般在实际工程应用中，多生产流程的电解铝负荷建模较为粗糙，其模型愈发不能满足实际工程中的需求。

2、因此，现有技术亟需一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，提供一种更为精确的电解铝负荷模型，获得更加接近实际的电解铝负荷用电功率，提高了电解铝负荷模型的准确性，为电解铝负荷参与需求响应提供基础。

2、一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，其特征是：包括以下步骤，

3、步骤一、建立电解铝符合各环节生产模型，包括配送原料生产模型，电解部分生产模型、出铝部分生产模型以及电解反应速率模型；

4、步骤二、将电解槽输入直流电功率p0、传送带电动机功率p1、真空抬包功率p2输入到所述步骤一建立的模型中进行计算，获得槽内氧化铝存量和槽内铝液存量，并判断槽内氧化铝存量、铝液存量是否满足安全运行约束；

5、步骤三、若满足安全运行约束则调节完成，若不满足安全运行约束则改变p1重复计算过程，直至满足安全运行约束为止，获得调节配送原料速率时总耗电功率。

6、步骤一所述配送原料生产模型包括配送原料的耗电量以及槽内氧化铝原料的存量；所述电解部分生产模型包括电解过程电解槽内的热平衡、槽体散热损失、加热氧化铝原料所需热量以及反应所需热量；所述出铝部分生产模型包括出铝过程的耗电量以及槽内铝液存量。

7、所述配送原料的耗电量为：

8、

9、式中：为t时刻配送原料的耗电量，为配送原料速率，edel为配送每吨氧化铝耗电。

10、所述出铝过程的耗电量为：

11、

12、式中：为t时刻抬铝的耗电量，为出铝速率，epre为反应抬出每吨铝所需热量。

13、所述电解过程电解槽内的热平衡为：

14、

15、式中：为t时刻直流电功率,为t时刻槽体散热损失，为t时刻加热氧化铝原料所需热量，为t时刻反应所需热量，celt为电解质比热容，melt为电解质质量，t为反应温度。

16、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，考虑电解铝负荷全过程生产工艺及其各生产工艺间的耦合关系，突破传统的只针对电解铝负荷电解过程的负荷建模方法，利用时间微元法，对电解铝负荷用电功率进行计算分析，充分挖掘其负荷调节潜力。

技术特征：

1.一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，其特征是：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，其特征是：步骤一所述配送原料生产模型包括配送原料的耗电量以及槽内氧化铝原料的存量；所述电解部分生产模型包括电解过程电解槽内的热平衡、槽体散热损失、加热氧化铝原料所需热量以及反应所需热量；所述出铝部分生产模型包括出铝过程的耗电量以及槽内铝液存量。

3.根据权利要求2所述的一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，其特征是：所述配送原料的耗电量为：

4.根据权利要求2所述的一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，其特征是：所述出铝过程的耗电量为：

5.根据权利要求2所述的一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，其特征是：所述电解过程电解槽内的热平衡为：

技术总结一种基于全流程耦合的电解铝负荷建模及用能计算方法，属于工业负荷技术领域，通过分析电解铝负荷的全过程生产工艺流程，将电解铝负荷的生产过程分为配送原料，电解，出铝三个环节，并通过生产工艺间的热量、电量和产量平衡关系进行分析，对三个过程分别建立相应的数学模型，最终建立考虑时间微元的电解铝负荷全流程耦合生产模型。本发明能够提供一种更为精确的电解铝负荷模型，获得更加接近实际的电解铝负荷用电功率，提高了电解铝负荷模型的准确性，为电解铝负荷参与需求响应提供基础。技术研发人员：杨玉龙,李崧源,王佳琪受保护的技术使用者：东北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1