一、基本概述

鋁電解槽柔性生產技術（flexible production technology for aluminum electrolysis cells）是指在鋁電解生產過程中，通過優化設備配置及控制系統，動態調節散熱功率與下料速率，使生產系統能夠靈活適應產能調整、能源波動及市場需求變化等場景的生產模式。

二、分類信息

三、詳細解釋

鋁電解槽是電解鋁廠的核心設備，電解槽的穩定運行需嚴格保持能量平衡（即輸入電能=反應消耗的能量+散失的熱量）以維持槽內溫度穩定，保證鋁的純度和生產效率。

圖1 鋁電解槽結構示意圖（參考來源[5]）

傳統鋁電解槽生產靈活性極差，依賴恒定電流運行，一旦電流發生波動，易導致電解槽散熱異常，破壞槽內關鍵的保護層“爐幫”（即凝固在槽殼內壁的固態電解質）：散熱不足時，爐幫變薄，側壁溫度過高，漏槽風險劇增；散熱過度則爐幫增厚，侵占反應空間。

同時，我國電解鋁行業電力結構仍以煤電為主。在“雙碳”戰略下，轉向水電、風電、光伏等清潔能源是行業綠色發展的必由之路。然而，清潔能源具有天然的波動性和季節性（如水電的豐枯期和光伏的晝夜變化等因素導致波動），其供電波動極易打破電解槽的能量平衡，傳統電解槽調節功能極為有限且過程緩慢，難以快速應對電流變化。

面對這些挑戰，鋁電解槽柔性生產技術應運而生。該技術通過賦予電解槽動態調節能力，使其在電流變化時能實時調節散熱功率和下料速率，維持溫度穩定，從而靈活適應并有效消納波動性的綠色能源。

鋁電解槽柔性生產通過在槽殼側壁、爐幫、電解質熔體和陽極等關鍵部位部署高精度傳感器（包括熱電偶、超聲波爐幫測厚儀、電流/電壓互感器以及煙氣成分分析儀等），持續采集溫度分布、爐幫厚度、電流電壓以及煙氣成分等數據，對電解槽狀態進行實時、全面的監測。當監測到電流變化時，智能控制系統將綜合分析上述數據，自動生成最優方案，調控各分區散熱功率與下料速率。這些決策將由各分區的裝置執行：在槽殼側方部署的獨立調節散熱系統（例如由變頻風機和智能風閥構成的分布式風冷網絡）可在短時間內作出反應，對爐幫薄弱區域加大風量散熱降溫，對爐幫過厚區域則減小風量進行保溫；高精度的智能下料系統將按照指令調整下料量和位置，確保電解質中氧化鋁濃度穩定。

上述環節緊密結合，使鋁電解槽生產系統能夠較為迅速而精確地應對電流變化，保證其能在較大電流范圍內穩定運行，顯著增強了對波動性綠色能源的消納能力，為電解鋁行業的綠色轉型和深度脫碳提供了有力支撐。

四、應用領域/前景

鋁電解槽柔性生產技術的應用價值主要體現在對能源波動的適應性上。

隨著清潔能源在電力結構中占比日益提高，其固有的間歇性和波動性對要求穩定用電的電解鋁行業構成巨大挑戰。而柔性生產技術對不穩定電力具有較好適應性，這對綠色電力的高效消納具有積極意義，其具體應用成效已在多個工業實踐中得到驗證：鄭州輕冶科技與鄭州大學聯合開發的“鋁電解槽能量流優化與輸出端節能技術”，通過動態調節電解槽散熱功率和下料速率，成功實現±20%的電流調峰能力，并將電解槽能量利用率從不足50%提升至60%，協助當地電網消納風電、光伏的波動性電力，成為國內首個實現“雙端節能”（輸入端與輸出端）的工業案例；2022年，中鋁集團開展了“鋁電解柔性生產關鍵技術的開發與應用”的研究，實現了電流強度±20%的柔性生產模式下電解槽正常低耗生產，避免了停槽運行，在電力豐富時可快速轉入正常生產，有效降低了生產運行成本；中南大學研發的“大型雙層密閉惰性陽極鋁電解槽”，采用惰性陽極配合密閉分區控溫設計，將電流調節響應速度提升至分鐘級，單槽碳排放降低85%，煙氣含氟物減排90%，為“綠電鋁”生產奠定了設備基礎。

隨著全球對“碳中和”目標的追求以及碳邊境調節機制的實施，利用鋁電解槽柔性技術消納綠電生產低碳鋁的經濟和環境價值將更加凸顯，各國政府推動能源轉型和工業綠色發展的政策將持續為鋁電解槽柔性生產技術的研發與應用提供強大支持和激勵。2024年7月，國家發展改革委、工業和信息化部、生態環境部、市場監管總局、國家能源局等部門制定并發布了《電解鋁行業節能降碳專項行動計劃》（發改環資〔2024〕972號），鼓勵電解鋁企業參與建設以消納可再生能源為主的微電網，探索應用鋁電解虛擬儲能及柔性調控技術，提高項目用電負荷調節匹配能力。

五、綠色應用難點

鋁電解槽柔性生產技術在提升制造業彈性與效率方面展現出較大潛力，但其實際推廣仍面臨多重掣肘：

第一，在技術層面：動態調度難以突破實時性瓶頸，尤其在機器故障或訂單突變時響應遲滯；不同設備的異構性導致數據難以互通，使跨系統協同控制難以實現。

第二，在成本層面：模塊化產線與智能化改造的高額投入對中小企業構成沉重負擔，需較長時間才能通過節能收益覆蓋成本；復雜的系統依賴高端技術來維護，提高了隱性運營成本。

第三，在質量層面：產品質量與批次穩定性是應用市場的重要要求，柔性生產技術需要經過長時間的研發與試驗才能獲得關鍵控制技術參數，以滿足市場對產品的要求。

未來，鋁電解槽柔性生產技術的發展還需在技術可靠性、成本分攤機制與組織變革等方面尋求平衡。

本詞條貢獻者：

董文鈞 北京科技大學材料科學與工程學院教授

本詞條審核專家：

梁宇 貴州大學材料與冶金學院教授

參考來源：

[1] 中華人民共和國國家發展改革委，工業和信息化部，生態環境部，市場監管總局，國家能源局.《電解鋁行業節能降碳專項行動計劃》（發改環資〔2024〕972號）.2024.

[2] 王延慶,喬榮來,章烈榮,等.鋁電解車間廠房通風對鋁電解槽槽體熱平衡的影響[J].輕金屬,2024,(11):17-23.

[3] 張健.鋁電解槽綠色低碳新技術的應用[J].綠色礦冶，2025,41(02):63-67.

[4] 王延慶,詹磊,喬榮來,等.柔性生產條件下鋁電解槽磁流體穩定性仿真分析[J].輕金屬,2025,(03):1-7.

[5] 楊健壯,李萬利.鋁電解槽余熱回收利用技術的研究[J].有色冶金節能,2020,36(04):44-46+61.DOI:10.19610/j.cnki.cn11-4011/tf.2020.04.009.

來源: 科普中國

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