CN115029735B - 一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置及方法，包括双层密闭铝电解槽，所述双层密闭铝电解槽包括第一保温罩和第二保温罩，所述双层密闭铝电解槽的顶部、在第二保温罩外侧还设有第三保温罩，在铝电解槽对不稳定新能源进行消纳时，阳极电流检测装置的检测端对铝电解槽的工作电流进行实时监测，并将检测到的电流的波动信号通过控制器传递给烟气流量调控模块，烟气流量调控模块将电流的波动转化为气体流量，通过控制排气流量控制阀、进气流量调节阀以及风机动作实现对气体流量的调节，本发明有利于增加铝电解槽抗电流大幅度波动的能力、实现电解槽柔性运行，并为消纳新能源发电提供了解决措施，有利于铝电解行业绿色、低碳、智能化发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置及方法。
背景技术
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源。通常指太阳能、风能、地热能、氢能等。而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到全世界的重视。新能源发电是把新能源转为电能，以实现资源的可持续发展。虽然新能源的发电量逐年上升，但是由于大多数新能源发电随季节、天气等变化导致发电量不太稳定，以及电网输送、调节能力的限制，新能源发电还未得到有效地消纳。
铝电解是一种对电力资源极其依赖的高耗能产业，目前铝电解产业用电主要来源还是靠火力和水力发电，用电价格高，其电力成本占比近50%。而且近几年来，铝电解企业亏损极其严重，整个行业处于低迷状态，所以提高电流效率、减小能耗或者寻求更廉价的电力资源可以说是铝电解产业发展的有效途径。
从铝电解槽的热量收入和支出来看，铝电解槽的热收入主要来源于电解质熔体的焦耳热，电解槽的散热主要集中在电解槽上部覆盖料、钢爪和侧部槽壳，其中上部散热约占总散热的50%，侧部槽壳散热约占总散热的35%。铝电解槽消纳新能源时，由于消纳电量的不稳定性，必定会使电解槽的热收入发生变化，对电解槽的热平衡进行破坏，导致铝电解槽难以稳定运行。
发明内容
本发明解决现有技术的不足而提供一种增加铝电解槽抗电流大幅度波动的能力、实现电解槽柔性运行的面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置及方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置，包括双层密闭铝电解槽，所述双层密闭铝电解槽由铝电解槽以及设置在铝电解槽顶部的从内到外依次布设的第一保温罩和第二保温罩构成，所述第一保温罩将铝电解槽顶部开口密封，所述双层密闭铝电解槽的顶部、在第二保温罩外侧还设有第三保温罩，所述第一保温罩与铝电解槽之间设有密封的空间形成高温烟区，所述第一保温罩与第二保温罩之间设有密封的空间形成低温烟区，所述第二保温罩与第三保温罩之间设有密封的空间形成热交换区，所述第一保温罩、第二保温罩和第三保温罩上分别设有第一排气口、第二排气口和第三排气口，所述第一排气口、第二排气口和第三排气口上分别安装有独立的风机，所述第一排气口、第二排气口和第三排气口上风机的出风口通过排风管路与外界连通，所述排风管路内安装有排气流量控制阀，所述第三保温罩上、与第三排气口相对的一侧上安装有用于控制进气量的进气流量调节阀。
本实施方式中，所述进气流量调节阀包括阀体和阀芯，所述第三保温罩上设有进气口，所述阀体包括固定在进气口上的挡板和开设在挡板上的多个扇形开口，多个所述扇形开口以进气口的中心轴为对称轴对称布设在挡板上；所述扇形开口上设有扇形透气板，所述扇形透气板上密布有透气孔；所述阀芯包括与扇形开口位置对应的多个扇形密封板，所述扇形密封板固定在转轴上，所述转轴通过轴承安装在挡板上，所述转轴与进气口的中心轴同轴布设，所述转轴通过电机驱动旋转，所述进气流量调节阀在关闭状态时，所述扇形密封板刚好置于扇形开口上将扇形开口密封。
本实施方式中，所述双层密闭铝电解槽的侧壁上还设有人造侧部槽帮，所述人造侧部槽帮从铝电解槽腔内向铝电解槽的侧壁方向依次设有耐腐蚀层、第一平板热管和第二平板热管，所述第一平板热管内工质的工作温度为900~930℃，所述第二平板热管内工质的工作温度为400~500℃的平板热管，所述双层密闭铝电解槽的外侧壁上还安装有散热系统，所述散热系统通过管路分别与第一平板热管和第二平板热管连通。
本实施方式中，所述人造侧部槽帮厚度为140mm，第一、第二平板热管的厚度均为50mm，耐腐蚀层的厚度为40mm。
本实施方式中，第一、第二平板热管与铝电解槽内槽帮形状相匹配，第一平板热管与第二平板热管之间以及第二平板热管与铝电解槽侧壁之间的空隙通过耐腐蚀材料进行粘接，使得人造槽帮形成一个整体。
本实施方式中，还包括控制器以及和控制器连接的阳极电流检测装置、烟气流量调控模块、散热系统和温度传感器，所述阳极电流检测装置的检测端与双层密闭铝电解槽的阳级连接，所述温度传感器设置在双层密闭铝电解槽内，所述烟气流量调控模块的控制端与排气流量控制阀、进气流量调节阀以及风机电连接。
本发明还包括一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控方法，利用上述面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置进行控制，具体控制方法如下：在铝电解槽对不稳定新能源进行消纳时，阳极电流检测装置的检测端对铝电解槽的工作电流进行实时监测，并将检测到的电流的波动信号通过控制器传递给烟气流量调控模块，烟气流量调控模块将电流的波动转化为气体流量的变化控制排气流量控制阀、进气流量调节阀以及风机动作。
本实施方式中，电流的波动转化为气体流量方法如下：
式中为需调整的气体流量； />为基准温度下的气体流量； />为消纳新能源时检测到的电流大小；/>为基准电流下的电流大小；/>为常数。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1、现有铝电解槽大多数均为300kA以上的大型铝电解槽，且电解槽的设计均以电解槽稳定电流强度运行为主，当电流发生较大幅度波动时，电解槽需重新建立热平衡，该过程需花费较长时间，且电解槽的稳定运行受到破坏。如果电解槽连续不断发生电流波动，对电解槽的持续稳定运行带来巨大挑战，甚至会出现安全性问题。而本发明，首先提出基于全密闭电解槽的热平衡调节方法，可将电解槽的热平衡通过烟气流量和人造侧部槽帮两个部分进行综合控制，实现根据电流波动信号实时快速建立起新的热平衡，有利于电解槽抵抗电流波动导致的运行不稳定性，也即实现电解槽柔性运行：当电流增大时，实时增加电解槽散热；电流减小时，实时降低电解槽散热。
2、炉帮厚度的变化是影响电解槽热平衡的主要因素，传统的铝电解槽在电流波动时，需经过炉帮的凝固或融化建立新的热平衡。而本发明采用可调节的人造侧部槽帮，大大减少传统炉帮凝固或融化建立热平衡的时间，有利于快速调节电解槽的热平衡。
3、传统的铝电解槽提出仅通过电解槽烟气流量调节或者在电解槽侧部槽壳安装换热装置进行电解槽热平衡调节。针对烟气流量调节的方法，由于传统电解槽密闭性较差，大部分热量从槽盖板缝隙散失，烟气温度较低，对热平衡调节的作用较小；而本发明将电解槽的烟气进行分区，对烟气热量、流量集中控制，增大了电解槽烟气热平衡调节的有效性。通过设置人造侧部槽帮，可实现电解槽内部热平衡的实时调节。
4、铝电解槽通过本发明实现柔性运行后，便可实现对当今弃电率较高的新能源发电进行消纳，减少电解槽使用火力发电的比例，从电能供给侧实现铝电解槽低碳运行。同时，电解槽使用廉价的新能源电力可为铝电解行业节约成本。
综上所述，本发明有利于增加铝电解槽抗电流大幅度波动的能力、实现电解槽柔性运行，并为消纳新能源发电提供了解决措施，有利于铝电解行业绿色、低碳、智能化发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明进气流量调节阀阀体的结构示意图；
图3为本发明进气流量调节阀阀芯的结构示意图；
图4为本发明人造侧部槽帮的结构示意图。
图中，1、双层密闭铝电解槽；2、控制器；3、阳极电流检测装置；4、烟气流量调控模块；11、第一保温罩；12、第二保温罩；13、第三保温罩；14、散热系统；15、人造侧部槽帮；151、耐腐蚀层；152、第一平板热管；153、第二平板热管；16、温度传感器；17、进气流量调节阀；171、挡板；172、扇形透气板；173、扇形密封板；174、转轴；111、第一排气口；121、第二排气口；131、第三排气口。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1至4所示，本发明提供一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置，包括双层密闭铝电解槽1，所述双层密闭铝电解槽1与专利号202110006024.8中提到的双层密闭铝电解槽1结构相同，所述双层密闭铝电解槽1由铝电解槽以及设置在铝电解槽顶部的从内到外依次布设的第一保温罩11和第二保温罩12构成，所述第一保温罩11将铝电解槽顶部开口密封，所述双层密闭铝电解槽1的顶部、在第二保温罩12外侧还设有第三保温罩13，所述第一保温罩11与铝电解槽之间设有密封的空间形成高温烟区，所述第一保温罩11与第二保温罩12之间设有密封的空间形成低温烟区，所述第二保温罩12与第三保温罩13之间设有密封的空间形成热交换区，所述第一保温罩11、第二保温罩12和第三保温罩13上分别设有第一排气口111、第二排气口121和第三排气口131，所述第一排气口111、第二排气口121和第三排气口131上分别安装有独立的风机，所述第一排气口111、第二排气口121和第三排气口131上风机的出风口通过排风管路与外界连通，所述排风管路内安装有排气流量控制阀，所述第三保温罩13上、与第三排气口131相对的一侧上安装有用于控制进气量的进气流量调节阀17；
所述进气流量调节阀17包括阀体和阀芯，所述第三保温罩13上设有进气口，所述阀体包括固定在进气口上的挡板171和开设在挡板171上的多个扇形开口，多个所述扇形开口以进气口的中心轴为对称轴对称布设在挡板171上；所述扇形开口上设有扇形透气板172，所述扇形透气板172上密布有透气孔，透气孔的直径为5cm；所述阀芯包括与扇形开口位置对应的多个扇形密封板173，所述扇形密封板173固定在转轴174上，所述转轴174通过轴承安装在挡板171上，所述转轴174与进气口的中心轴同轴布设，所述转轴174通过电机驱动旋转，所述进气流量调节阀在关闭状态时，所述扇形密封板173刚好置于扇形开口上将扇形开口密封，通过转轴174的旋转调节扇形密封板173遮挡扇形开口的面积，从而调节扇形开口的大小实现对进气量的调节。
所述双层密闭铝电解槽1的侧壁上还设有人造侧部槽帮15，所述人造侧部槽帮15从铝电解槽腔内向铝电解槽的侧壁方向依次设有耐腐蚀层151、第一平板热管152和第二平板热管153，所述耐腐蚀层151由刚玉和冰晶石组成，所述第一平板热管152内工质的工作温度为900~930℃，所述第二平板热管153内工质的工作温度为400~500℃的平板热管，所述双层密闭铝电解槽1的外侧壁上还安装有散热系统14，所述散热系统14通过管路分别与第一平板热管152和第二平板热管153连通。
所述人造侧部槽帮15厚度为140mm，第一、第二平板热管的厚度均为50mm，耐腐蚀层151的厚度为40mm。第一、第二平板热管与铝电解槽内槽帮形状相匹配，第一平板热管152与第二平板热管153之间以及第二平板热管153与铝电解槽侧壁之间的空隙通过耐腐蚀材料进行粘接，使得人造槽帮具有实际槽帮的结构且为一个整体。
本装置还包括控制器2以及和控制器2连接的阳极电流检测装置3、烟气流量调控模块4、散热系统14和温度传感器16，所述阳极电流检测装置3的检测端与双层密闭铝电解槽1的阳级连接，所述温度传感器16设置在双层密闭铝电解槽1内，所述烟气流量调控模块4的控制端与排气流量控制阀、进气流量调节阀17以及风机电连接。
通过上述控制器2，可以实现对一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置的控制，具体控制方法如下：
在铝电解槽对不稳定新能源进行消纳时，阳极电流检测装置3的检测端对铝电解槽的工作电流进行实时监测，并将检测到的电流的波动信号传输到控制器2，所述控制器2将电流信号传递给烟气流量调控模块4，烟气流量调控模块4根据电流的波动控制排气流量控制阀、进气流量调节阀17以及风机动作。
通过排气流量控制阀和进气流量调节阀17调节第三保温罩13内空气流量大小，直到温度传感器16检测到的温度变化信号处于正常范围内。温度传感器16同时控制外部的散热系统14的启闭，通过散热系统14和烟气流量调控模块4的共同作用控制电解槽内的热平衡，可实现电解槽在电流波动情况下的柔性运转。
烟气流量调控模块具体调整方式如下：
（1）
式中为需调整的气体流量； />为基准温度下的气体流量； />为消纳新能源时检测到的电流大小；/>为基准电流下的电流大小；/>为常数，需根据消纳新能源的种类及电解槽的型号和生产情况决定。
当铝电解槽消纳新能源时，电流在正常范围以上波动时，铝电解槽温度升高，达到了人造侧部槽帮15内900~930℃的第一平板热管152的工作温度范围，第一平板热管152通过工作介质的相变将铝电解槽内热量迅速传导到铝电解槽的侧部，实现了对铝电解槽侧部的快速散热，更为高效、安全的实现了传统铝电解槽自身形成的槽帮的作用，
同时温度传感器16检测到铝电解槽温升高时，将信号发送到烟气流量调控模块4，烟气流量调控模块4控制风机工作，从而分别将高温烟区、低温烟区和热交换区内的热气排出，同时控制排气流量控制阀和进气流量调节阀17提高阀门的开度，加大流量，带走多余的热量，实现快速对温度进行调整，保证了效率，
当铝电解槽温降低时，温度传感器16将信号发送到烟气流量调控模块4，烟气流量调控模块4控制排气流量控制阀和进气流量调节阀17减小阀门的开度，实现排出烟气流量的控制，当铝电解槽槽侧部温度降到了400~500℃的第二平板热管153的工作温度时，第一平板热管152不工作，起到保温的作用，使电解槽快速回到热平衡状态，而第二平板热管153将多余的热量传导铝电解槽外部散热系统14。
应用例：
某420kA电解槽在消纳风电过程中，电力波动达±20%。电解槽第三保温罩采用耐温发泡树脂材质，距第二保温罩200cm；人造侧部槽帮，主要由三部分组成：刚玉和冰晶石组成的耐腐蚀层、冷端相对的第一、第二平板热管（第一平板热管工质选用900~930℃的NaK合金、第二平板热管工质选用工作温度为400~500℃的NaK合金）。当阳极电流检测装置检测到电流波动达到了+15%时，电解槽热平衡被破坏，阳极电流检测装置将波动的电流信号发送到烟气流量调控模块，烟气流量调控模块控制高温烟区、低温烟区、热交换区内的风机和排气流量控制阀，首先设置三个区域中基准温度下的气体流量分别为5000m3/h、10000m3/h、12000m3/h，且对应的常数系数η也取不同的数值，然后分别通过计算公式（1）将增加的电流信号转换为需要调整的流量信号发送到对应区域排气口中的流量控制阀，计算得出，高温烟区、低温烟区、热交换区的调整气体流量/>为7000m3/h、12000m3/h、14000m3/h，最后控制对应区域的风机和排气流量控制阀将热交换区内的空气流量升高40%，低温烟区内烟气流量升高20%，高温烟区烟气流量升高16%，高低温烟区内的烟气被快速带走；热交换区内空气流量增加，加快了双层密闭铝电解槽高低温烟气区内烟气与最外层保温罩内空气的热交换，大大增加了槽顶部散热效率；同时烟气流量调控模块将信号传递给进气流量调节阀和人造侧部槽帮，控制进气流量调节阀旋转阀芯，调节其阀体和阀芯将开口开度面积增加30%，用于配合空气排气口上的空气流量控制阀对罩内空气流量的控制，换热效率高，散热速率快，直到温度传感器16反馈给烟气流量调控模块的温度信号在正常范围内，
温度升高，人造侧部槽帮会在工作温度范围内自动将热端热量快速传导至冷端，此时在冷端附近的气体输送管道辅以空气流通及时带走热量，实现侧部的快速散热。综上所述，本装置通过高、低温烟区烟气流量调控、进气流量调节阀以及人造侧部槽帮三者协同作用，使电解槽消纳不稳定新能源时能快速回到热平衡状态。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置，其特征在于：包括双层密闭铝电解槽(1)，所述双层密闭铝电解槽(1)由铝电解槽以及设置在铝电解槽顶部的从内到外依次布设的第一保温罩(11)和第二保温罩(12)构成，所述第一保温罩(11)将铝电解槽顶部开口密封，所述双层密闭铝电解槽(1)的顶部、在第二保温罩(12)外侧还设有第三保温罩(13)，所述第一保温罩(11)与铝电解槽之间设有密封的空间形成高温烟区，所述第一保温罩(11)与第二保温罩(12)之间设有密封的空间形成低温烟区，所述第二保温罩(12)与第三保温罩(13)之间设有密封的空间形成热交换区，所述第一保温罩(11)、第二保温罩(12)和第三保温罩(13)上分别设有第一排气口(111)、第二排气口(121)和第三排气口(131)，所述第一排气口(111)、第二排气口(121)和第三排气口(131)上分别安装有独立的风机，所述第一排气口(111)、第二排气口(121)和第三排气口(131)上风机的出风口通过独立的排风管路与外界连通，每条所述排风管路内均安装有排气流量控制阀，所述第三保温罩(13)上、与第三排气口(131)相对的一侧上安装有用于控制进气量的进气流量调节阀(17)；
所述进气流量调节阀(17)包括阀体和阀芯，所述第三保温罩(13)上设有进气口，所述阀体包括固定在进气口上的挡板(171)和开设在挡板(171)上的多个扇形开口，多个所述扇形开口以进气口的中心轴为对称轴对称布设在挡板(171)上；所述扇形开口上设有扇形透气板(172)，所述扇形透气板(172)上密布有透气孔；所述阀芯包括与扇形开口位置对应的多个扇形密封板(173)，所述扇形密封板(173)固定在转轴(174)上，所述转轴(174)通过轴承安装在挡板(171)上，所述转轴(174)与进气口的中心轴同轴布设，所述转轴(174)通过电机驱动旋转，所述进气流量调节阀(17)在关闭状态时，所述扇形密封板(173)刚好置于扇形开口上将扇形开口密封，
所述双层密闭铝电解槽(1)的侧壁上还设有人造侧部槽帮(15)，所述人造侧部槽帮(15)从铝电解槽腔内向铝电解槽的侧壁方向依次设有耐腐蚀层(151)、第一平板热管(152)和第二平板热管(153)，所述第一平板热管(152)内工质的工作温度为900~930℃，所述第二平板热管(153)内工质的工作温度为400~500℃的平板热管，所述双层密闭铝电解槽(1)的外侧壁上还安装有散热系统(14)，所述散热系统(14)通过管路分别与第一平板热管(152)和第二平板热管(153)连通，
还包括控制器(2)以及和控制器(2)连接的阳极电流检测装置(3)、烟气流量调控模块(4)、散热系统(14)和温度传感器(16)，所述阳极电流检测装置(3)的检测端与双层密闭铝电解槽(1)的阳级连接，所述温度传感器(16)设置在双层密闭铝电解槽(1)内，所述烟气流量调控模块(4)的控制端与排气流量控制阀、进气流量调节阀(17)和风机电连接。
2.如权利要求1所述的面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置，其特征在于：所述人造侧部槽帮(15)厚度为140mm，第一、第二平板热管的厚度均为50mm，耐腐蚀层(151)的厚度为40mm。
3.如权利要求1所述的面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置，其特征在于：第一、第二平板热管与铝电解槽内槽帮形状相匹配，第一平板热管(152)与第二平板热管(153)之间以及第二平板热管(153)与铝电解槽侧壁之间的空隙通过耐腐蚀材料进行粘接，使得人造槽帮形成一个整体。
4.一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控方法，其特征在于：利用权利要求1所述的面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置进行控制，具体控制方法如下：在铝电解槽对不稳定新能源进行消纳时，阳极电流检测装置(3)的检测端对铝电解槽的工作电流进行实时监测，并将检测到的电流的波动信号通过控制器(2)传递给烟气流量调控模块(4)，烟气流量调控模块(4)将电流的波动转化为气体流量，通过控制排气流量控制阀、进气流量调节阀(17)以及风机动作实现对气体流量的调节。
5.如权利要求4所述的面向新能源消纳的铝电解热平衡调控方法，其特征在于：电流的波动转化为气体流量方法如下：
（1）
式中为需调整的气体流量；/>为基准温度下的气体流量；/>为消纳新能源时检测到的电流大小；/>为基准电流下的电流大小；/>为常数。
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|---|---|---|---|---|
| CN116254576A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-13 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | 一种铝电解槽槽壳热平衡调节方法及系统 |
| CN116555841A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-08-08 | 中铝郑州有色金属研究院有限公司 | 一种铝电解槽柔性生产系统及方法 |
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| CN116815251B (zh) * | 2023-07-10 | 2024-08-06 | 中南大学 | 一种梯度保温密闭型铝电解槽 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004139940A (ja) * | 2002-10-21 | 2004-05-13 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| CN101748437A (zh) * | 2008-12-03 | 2010-06-23 | 沈阳铝镁设计研究院 | 铝电解槽强制抽风冷却系统 |
| CN105734612A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-07-06 | 中南大学 | 一种应用铝电解系列消纳不稳定风电的方法 |
| CN105803491A (zh) * | 2014-12-30 | 2016-07-27 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | 铝电解槽侧壁散热回收装置 |
| CN107012484A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-08-04 | 中南大学 | 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置 |
| EP3266904A1 (de) * | 2016-07-05 | 2018-01-10 | TRIMET Aluminium SE | Schmelzflusselektrolyseanlage und regelungsverfahren zu deren betrieb |
| CN108411341A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-17 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种消纳不稳定新能源的热平衡调节系统及实现的方法 |
| CN112831803A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 中南大学 | 一种双层密闭铝电解槽及其上部保温罩 |
| CN113913873A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-11 | 东北大学 | 一种可充当柔性负载的铝电解槽及其热平衡控制方法 |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004139940A (ja) * | 2002-10-21 | 2004-05-13 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| CN101748437A (zh) * | 2008-12-03 | 2010-06-23 | 沈阳铝镁设计研究院 | 铝电解槽强制抽风冷却系统 |
| CN105803491A (zh) * | 2014-12-30 | 2016-07-27 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | 铝电解槽侧壁散热回收装置 |
| CN105734612A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-07-06 | 中南大学 | 一种应用铝电解系列消纳不稳定风电的方法 |
| EP3266904A1 (de) * | 2016-07-05 | 2018-01-10 | TRIMET Aluminium SE | Schmelzflusselektrolyseanlage und regelungsverfahren zu deren betrieb |
| CN107012484A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-08-04 | 中南大学 | 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置 |
| CN108411341A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-17 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种消纳不稳定新能源的热平衡调节系统及实现的方法 |
| CN112831803A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 中南大学 | 一种双层密闭铝电解槽及其上部保温罩 |
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