一、電解鋁產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和特點(diǎn)
鋁是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的重要基礎(chǔ)原材料，以其優(yōu)良的輕質(zhì)、耐腐蝕、易加工、可循環(huán)等特點(diǎn)，不僅在建筑結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸、電力電子、日用包裝等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且也是國防軍工和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要支撐材料，更加在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、推進(jìn)節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。
中國作為全球最大的鋁生產(chǎn)、消費(fèi)和貿(mào)易國，一直高度重視鋁產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，積極采取措施克服諸多不利因素，有效抑制行業(yè)運(yùn)行中出現(xiàn)的不穩(wěn)定、不健康因素，積極應(yīng)對國際貿(mào)易形勢的新變化，建立了鋁土礦開采、氧化鋁精煉、電解鋁冶煉、鋁加工生產(chǎn)、再生鋁冶煉，以及地質(zhì)勘探、科技教育、設(shè)計(jì)施工、裝備制造、原輔材料生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保等相互配套的完整的現(xiàn)代化鋁工業(yè)體系，具備了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)，在國際上的地位和影響力舉足輕重，為國民經(jīng)濟(jì)、國防工業(yè)、科技發(fā)展和滿足人民生活日益增長的需要作出了重要貢獻(xiàn)。
電解鋁作為鋁工業(yè)的重要一環(huán)，長期受到政府和廣大民眾的關(guān)注，黨中央在2015年中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十一次會議上正式提出要著力加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，著力提高供給體系質(zhì)量和效率，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長動(dòng)力，推動(dòng)我國社會生產(chǎn)力水平實(shí)現(xiàn)整體躍升。有效推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，就要針對突出問題、抓住關(guān)鍵點(diǎn)。立足電解鋁行業(yè)，一要推動(dòng)過剩產(chǎn)能有效化解，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整；二要降低成本，提高行業(yè)企業(yè)競爭力；三要改善能源結(jié)構(gòu)，提升應(yīng)對“低碳革命”的能力。
2017年，國家啟動(dòng)電解鋁行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，違法違規(guī)電解鋁項(xiàng)目清理整頓工作力度空前。十年來，電解鋁行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，政令得已暢通，電解鋁產(chǎn)能有序增長，產(chǎn)量創(chuàng)新高，企業(yè)盈利增加，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，技術(shù)裝備水平提升，綠色發(fā)展提速，國際形象改善，行業(yè)發(fā)展正由無序、粗放邁向更為綠色、更可持續(xù)、更高質(zhì)量的新階段。并呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：
圖1 2012-2022年中國電解鋁產(chǎn)能、產(chǎn)量變化情況
數(shù)據(jù)來源：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會、安泰科
二是產(chǎn)能布局持續(xù)優(yōu)化。中國電解鋁產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了兩輪產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整。第一輪是以“煤-電-鋁”一體化為中心的調(diào)整。山東、新疆、內(nèi)蒙古成為此輪電解鋁發(fā)展的重點(diǎn)。第二輪是以云南為中心圍繞“水-電-鋁”一體化的布局調(diào)整。
圖2 中國電解鋁分地區(qū)產(chǎn)能變動(dòng)情況
截至2022年底，全國電解鋁建成產(chǎn)能為4430萬噸/年，其中山東、內(nèi)蒙古、新疆、云南等前四個(gè)主產(chǎn)地區(qū)電解鋁產(chǎn)能全國占比分別為18%、15%、14%、12%，較2012年分別增加-1、6、7、7個(gè)百分點(diǎn)；預(yù)計(jì)到2023年底，山東、內(nèi)蒙古、新疆、云南產(chǎn)能占比分別達(dá)到15%、15%、14%、14%，較2012年分別增加-2、6、7、9個(gè)百分點(diǎn)。
圖3 中國電解鋁產(chǎn)能分布
數(shù)據(jù)來源：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會
三是技術(shù)裝備和能效引領(lǐng)全球發(fā)展
在節(jié)能降耗方面，中國電解鋁行業(yè)一直致力于科技技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級。經(jīng)過多年科技攻關(guān)，低溫低電壓鋁電解技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型陰極鋼棒、電解槽大型化等一批節(jié)能降耗技術(shù)投入運(yùn)行，能耗高的自焙槽和160kA以下的小型預(yù)焙電解槽落后產(chǎn)能已全部退出市場。環(huán)保、高效、大型化成為電解鋁行業(yè)發(fā)展方向。
截至2022年底，中國電解鋁建成產(chǎn)能中，400kA及以上的電解槽產(chǎn)能占比75%；近年來，新置換和升級改造的產(chǎn)能全部采用500kA及以上的電解槽；同時(shí)，中國還是全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)600kA大型預(yù)焙槽工業(yè)化應(yīng)用的國家，截至2022年底600kA電解槽產(chǎn)能全國占比達(dá)到9%。
在技術(shù)引領(lǐng)下，中國鋁企業(yè)不斷尋求降低綜合電耗、提高能源利用效率的途徑。例如，石墨化陰極、非平底陰極技術(shù)（如異形陰極技術(shù)、曲面陰極技術(shù)）、新型陰極鋼棒技術(shù)（雙鋼棒、加粗鋼棒、高導(dǎo)電鋼棒等）、基于控制與工藝技術(shù)綜合優(yōu)化技術(shù)等，使我國鋁電解能耗指標(biāo)大幅降低。其中石墨化陰極對傳統(tǒng)陰極的替代，可降低噸鋁錠綜合交流電耗200 kWh左右。截至目前，國內(nèi)石墨化陰極應(yīng)用比例已達(dá)到45%左右，未來還有望進(jìn)一步提升。2022年中國噸鋁綜合交流電耗進(jìn)一步降至13364千瓦時(shí)。
圖4 2000-2022年全球主要地區(qū)電解鋁綜合交流電耗
數(shù)據(jù)來源：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會、國際鋁業(yè)協(xié)會
四是綠色供給能力顯著增強(qiáng)
中國電解鋁行業(yè)企業(yè)綠色發(fā)展主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是增加清潔能源消納，積極優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)；二是開展綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及產(chǎn)品評價(jià)工作。截至2023年10月底，自備電比例已降至56.9%，較2022年底又下降了3.3個(gè)百分點(diǎn)，意味著電解鋁采用清潔能源比例又得到了進(jìn)一步提升，2022年達(dá)到23.2%，比2015年提高了9.8個(gè)百分點(diǎn)，比2020年提高了4.3個(gè)百分點(diǎn)。
圖5 2015年和2022年中國電解鋁行業(yè)用電結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：國際鋁業(yè)協(xié)會、安泰科
二、電解鋁行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
1.節(jié)能降耗要求日趨嚴(yán)格
近年來，中國電解鋁行業(yè)一直致力于技術(shù)創(chuàng)新和突破，目前裝備水平和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已世界領(lǐng)先，噸鋁綜合交流電耗已降至13289kWh（2023年10月樣本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。
圖6 中國電解鋁綜合交流電耗變化情況
數(shù)據(jù)來源：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會
依托現(xiàn)有技術(shù)，電解鋁生產(chǎn)節(jié)能降耗指標(biāo)繼續(xù)優(yōu)化的空間已不大。但從現(xiàn)有政策看，對電解鋁能效提升要求還是非常嚴(yán)格的。如，《關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見》要求到2025年，通過實(shí)施節(jié)能降碳行動(dòng)，電解鋁等重點(diǎn)行業(yè)達(dá)到標(biāo)桿水平（噸鋁液交流電耗13000 kWh）的產(chǎn)能比例超過30%。從現(xiàn)階段看，這一指標(biāo)達(dá)到難度較大。
表1 電解鋁能耗等級新舊指標(biāo)對比、與政策文件對應(yīng)關(guān)系
數(shù)據(jù)來源：GB 21346-2022《電解鋁和氧化鋁單位產(chǎn)品能源消耗限額》
特別是在供暖季及枯水期期間，云南、貴州、四川等部分地區(qū)供電負(fù)荷都會出現(xiàn)季節(jié)性減少，導(dǎo)致企業(yè)無法維持正常生產(chǎn)運(yùn)行，一方面技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)難以避免會出現(xiàn)大幅波動(dòng)，進(jìn)一步增加達(dá)標(biāo)難度；另一方面對電解槽壽命、安全生產(chǎn)也造成負(fù)面影響。
2.電解鋁碳排放處于全球較高水平
中國電解鋁能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度與全球平均水平還有差距。根據(jù)國際鋁協(xié)統(tǒng)計(jì)，2021年全球56.9%的電解鋁產(chǎn)能使用的是煤電，水電占比為31.3%，加上核電和其它可再生能源，綠色電力比例為33.3%。
由于能源稟賦條件不同，全球電解鋁行業(yè)能源結(jié)構(gòu)有很大差異。歐洲和北美水電較為豐富，90%以上電解鋁生產(chǎn)使用水電，是能源結(jié)構(gòu)最優(yōu)的地區(qū)；南美的水電比例也在80%以上；非洲、大洋洲地區(qū)水電占比在40%左右；2021年中國電解鋁行業(yè)的水電比例約為13.6%，比全球平均水平低17.7個(gè)百分點(diǎn)，煤電比例80.5%，比全球煤電平均水平高23.6個(gè)百分點(diǎn)，比全球化石能源（煤電+天然氣）平均占比高13.9個(gè)百分點(diǎn)。
圖7 2021年全球主要地區(qū)電解鋁能源結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：國際鋁業(yè)協(xié)會、安泰科
電解鋁生產(chǎn)過程中的排放主要是電力消耗產(chǎn)生的間接排放，約占電解總排放量的81%，是最大的排放源，也是決定電解環(huán)節(jié)總體排放的關(guān)鍵因素。
據(jù)測算，2019年中國電解鋁行業(yè)電力消耗產(chǎn)生的間接排放為9.6 t.CO2/t.Al，比全球平均水平高1 t.CO2/t.Al，比全球其他國家和地區(qū)的加權(quán)平均水平7.4t.CO2/t.Al高2.2 t.CO2/t.Al，和清潔能源占比較高的歐洲（1.9t.CO2/t.Al）、北美（2.7t.CO2/t.Al）、南美（3.8t.CO2/t.Al）等地區(qū)相比，則更為偏高。
三、堅(jiān)持電解槽實(shí)施綠色化、智能化轉(zhuǎn)型升級
鑒于目前建成產(chǎn)能已經(jīng)接近4500萬噸產(chǎn)能“天花板”，新建電解槽帶來能耗降低的紅利貢獻(xiàn)越來越少，存量電解槽隨著服務(wù)年限的增長，對降低電耗和碳排放將帶來羈絆，因而要2025年滿足階梯電價(jià)要求，符合電解鋁能耗標(biāo)桿水平，必須對大量的服役電解槽實(shí)施綠色化、智能化轉(zhuǎn)型升級。
一要支持推出一批低碳技術(shù)解決方案。加大現(xiàn)有低碳技術(shù)解決方案的推廣應(yīng)用，包括新型炭陽極技術(shù)、石墨化陰極技術(shù)、電解槽綜合節(jié)能技術(shù)等。支持研究基于現(xiàn)有電解鋁技術(shù)體系的前沿節(jié)能技術(shù)，如惰性陽極、柔性電解等。
推動(dòng)鋁產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革和優(yōu)化升級，加快推廣應(yīng)用智能制造新技術(shù)，做好智能制造與生產(chǎn)經(jīng)營管理模式創(chuàng)新和實(shí)踐相結(jié)合，加快鋁產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。深度融合大數(shù)據(jù)、人工智能、第五代移動(dòng)通信等新興技術(shù)，引領(lǐng)鋁產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)工業(yè)流程的低碳再造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過選取先行先試的智能化、綠色化企業(yè)或園區(qū)，樹立一批標(biāo)桿企業(yè)及示范基地，推廣經(jīng)驗(yàn)，加速提升行業(yè)智能化水平。
四、電解鋁新型專用設(shè)備、新型材料在行業(yè)轉(zhuǎn)型升級中大有可為
國內(nèi)電解鋁企業(yè)電解槽槽型200kA-600kA的生產(chǎn)系列共計(jì)153條生產(chǎn)線，2024年擬確定新建或改造項(xiàng)目6條生產(chǎn)線。新建電解鋁產(chǎn)能投資成本在7000元/噸鋁左右，全國累計(jì)投資金額達(dá)到3000多億元。每年企業(yè)通過節(jié)能技改、電解槽大修、電解槽啟動(dòng)、設(shè)備保養(yǎng)、智能工廠建設(shè)以及綠色能源等項(xiàng)目降低企業(yè)能耗指標(biāo)和提高設(shè)備自動(dòng)化程度，其投入到企業(yè)綠色化、智能化升級改造過程的資金占比達(dá)到投資資金總額的5%以上，每年市場容量達(dá)158.16億元以上。
（一）新型專用設(shè)備
電解鋁生產(chǎn)企業(yè)在綠色化、智能化的技術(shù)升級改造過程中，需要使用的新型專用設(shè)備的種類、數(shù)量較多。主要涉及電解槽燃?xì)獗簾O(shè)備、專用特種運(yùn)輸車輛、多功能天車升級改造、凈化脫硫設(shè)備、在線檢測設(shè)備、陰陽極材料專用焊接設(shè)備以及相關(guān)的備件消耗等，若全國所有電解鋁企業(yè)全面推廣使用相關(guān)的新裝備和技術(shù)，其投資比例占全年市場容量的30-35%，每年電解鋁生產(chǎn)企業(yè)在購置新型專用設(shè)備及相關(guān)技術(shù)服務(wù)上的年均支出可到45-52億元。
電解槽的使用壽命一般為5~8年，其中，陰、陽極材料本身的導(dǎo)電性、強(qiáng)度以及組裝、焊接過程中的質(zhì)量，電解槽的啟動(dòng)方式，對于電解槽的使用壽命，以及電解鋁生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率及能耗，都起到了決定性的作用。經(jīng)測算，僅上述環(huán)節(jié)涉及到的新型專用設(shè)備的年均市場規(guī)模就可達(dá)到5~10億元左右。
（二）新型節(jié)能材料
在電解鋁企業(yè)技術(shù)升級改造及電解鋁生產(chǎn)過程中，需要使用的能夠起到節(jié)能環(huán)保效果的新型材料包括新型陰、陽極材料，以及新型保溫材料等。電解鋁企業(yè)每年都有10-20%的電解槽通過引進(jìn)節(jié)能材料以及信息保溫材料對電解槽進(jìn)行大修，陽極材料每年也有10-15%的比例進(jìn)行更換。電解鋁企業(yè)每年投入到新型節(jié)能材料的市場規(guī)?？蛇_(dá)到100億元以上。
陰、陽極材料是電解鋁生產(chǎn)過程中的重要組件，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下工作的過程中，會有消耗和損壞，需要定期維修、更換。與傳統(tǒng)的陰、陽極材料相比，新型陰、陽極材料具有導(dǎo)電性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，而選用新型陰、陽極材料并逐步淘汰傳統(tǒng)材料，是目前國內(nèi)電解鋁企業(yè)響應(yīng)國家政策號召，實(shí)現(xiàn)降本增效的重要措施。新型節(jié)能陰陽極材料占比電解鋁企業(yè)每年投入到新型節(jié)能材料比例的50%以上，新型陰、陽極材料的年均市場規(guī)?？傻?0億元以上。
（三）智能工廠建設(shè)
電解鋁企業(yè)作為高能耗的傳統(tǒng)行業(yè)，通過智能工廠建設(shè)，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)節(jié)能減排、增效降本有著巨大的探索空間，也有越來越多企業(yè)已經(jīng)開始逐步進(jìn)行應(yīng)用。數(shù)字化電解槽、智能打殼下料系統(tǒng)、電解槽智能化控制技術(shù)體系、智能檢測、數(shù)字化鑄造等已開始在電解鋁企業(yè)推廣應(yīng)用。預(yù)計(jì)每年企業(yè)投入到智能工廠建設(shè)的資金市場規(guī)?？蛇_(dá)到5億元。
目前，國內(nèi)電解鋁新型專用設(shè)備、材料行業(yè)的競爭格局表現(xiàn)為：大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)參與意愿較低，小型電解鋁專用設(shè)備、材料生產(chǎn)企業(yè)較為分散的特點(diǎn)，僅少數(shù)企業(yè)具備較強(qiáng)的市場綜合競爭力。
（一）大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)參與意愿較低
雖然大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)具備涉足電解鋁行業(yè)專用設(shè)備、材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)條件，但這類企業(yè)缺乏對于電解鋁行業(yè)及相關(guān)客戶的深入理解，同時(shí)單種設(shè)備、材料的市場規(guī)模相對有限，為電解鋁生產(chǎn)企業(yè)提供定制化開發(fā)的意愿較低。目前暫無大型通用設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)涉足電解鋁行業(yè)并取得較高的銷售規(guī)模。
（二）小型電解鋁專用設(shè)備、材料生產(chǎn)企業(yè)較為分散
研發(fā)、生產(chǎn)電解鋁專用設(shè)備、材料的技術(shù)、資金、客戶等門檻較高，且不同設(shè)備、材料之間的技術(shù)區(qū)別較大。因此，新型專用設(shè)備、材料生產(chǎn)企業(yè)的主要產(chǎn)品一般僅局限于一種或者幾種新型設(shè)備、材料，業(yè)務(wù)規(guī)模相對較小，綜合競爭力相對較弱。
在“碳中和”、“碳達(dá)峰”的大背景下，有效推動(dòng)和促進(jìn)電解鋁行業(yè)在綠色化、智能化技術(shù)升級改造方面的資金投入比例大大增加，同時(shí)也帶動(dòng)了電解鋁專用設(shè)備、新材料研發(fā)和應(yīng)用的專業(yè)的技術(shù)服務(wù)公司的迅速發(fā)展。（崔夢倩、李紀(jì)鵬、張建）
