Структура энергопотребления горнодобывающего предприятия
Энергопотребление горнодобывающего предприятия формируется при добыче полезных ископаемых, подъёме и транспортировке горной массы, дроблении и измельчении, водоотливе, вентиляции и работе вспомогательного оборудования. Соотношение электрических и топливных затрат зависит от способа разработки месторождения, глубины добычи, транспортной схемы, производительности и фактических режимов эксплуатации.
Для подземного рудника важную роль могут играть вентиляция горных выработок, подъёмное оборудование и водоотлив. В карьере структура затрат может существенно зависеть от транспортировки горной массы, применяемых машин и расстояний перевозки. Поэтому переносить удельные показатели одного предприятия на другое без учёта геологических и технологических условий некорректно.
Основная задача энергетического анализа — разделить потребление энергоресурсов по технологическим стадиям, связать его с фактическими условиями добычи и определить точки технического учёта, необходимые для проверки энергетических нагрузок.
Как формируется структура энергопотребления горнодобывающего предприятия
Структуру энергопотребления определяют по технологической последовательности производства. Необходимо установить, какие операции выполняются на предприятии, каким оборудованием они обеспечиваются и какие энергоресурсы используются.
При добыче энергия расходуется на работу соответствующего технологического оборудования и приводов. На стадии подъёма и транспортировки затраты связаны с перемещением горной массы. При дроблении и измельчении электрическая энергия используется для механического изменения крупности материала.
Отдельные энергетические нагрузки формируют насосное оборудование водоотлива и вентиляционные системы. Их работа зависит не только от количества добываемого материала, но и от условий месторождения и требований технологического процесса.
Поэтому общий расход электроэнергии или топлива необходимо разделять по фактическим производственным границам. Только после этого можно определить вклад отдельных стадий в энергопотребление предприятия.
При построении баланса важно исключать повторный учёт. Если потребление приводов дробилки уже включено в измеренный расход дробильного участка, его нельзя повторно добавлять к общему балансу как самостоятельную статью.
Какие исходные данные необходимы для расчёта
Основу анализа составляют производительность добычи, транспортные схемы, характеристики и режимы работы насосов, дробилок, электроприводов и вентиляционных систем.
Производительность добычи показывает количество извлекаемого материала за определённый период. Этот показатель необходим для связи энергетических затрат с фактическим объёмом производственной работы.
Транспортная схема определяет, каким способом и по каким направлениям перемещается горная масса. Для энергетического анализа существенны используемые машины, протяжённость маршрутов, перепады высот и режимы транспортировки.
Режимы насосов позволяют установить энергетические затраты на водоотлив. Необходимо знать фактическую продолжительность работы, производительность и параметры перемещения воды.
Режимы дробилок и оборудования измельчения характеризуют переработку материала. Для сопоставления расхода энергии важны количество перерабатываемой породы и условия эксплуатации соответствующих агрегатов.
Данные об электроприводах необходимы для оценки фактического электрического потребления оборудования. Установленная мощность двигателя не равна автоматически его средней мощности в эксплуатации.
Режимы вентиляции показывают продолжительность и параметры работы вентиляционных установок. Их необходимо рассматривать с учётом фактических условий подземной добычи.
Дополнительно устанавливают границы существующего технического учёта, интервалы измерений и состав потребителей, включённых в каждый показатель.
Если исходные данные получены за разные периоды, необходимо проверить возможность их сопоставления. Нельзя определять удельные затраты, используя энергетический расход одного периода и добычу другого.
Как разделить электрические и топливные нагрузки
Электроэнергию и топливо первоначально учитывают отдельно, поскольку они используются различными видами оборудования и измеряются в разных физических единицах.
Электрические нагрузки могут включать приводы добычного оборудования, подъёмных механизмов, дробилок, мельниц, насосов и вентиляторов.
Топливные затраты определяют по фактическому составу машин и технологических операций, использующих топливо. Особое значение это имеет для транспортных схем, в которых перемещение горной массы выполняется соответствующим самоходным оборудованием.
Для каждой стадии устанавливают, какой энергоресурс используется и каким способом определяется его расход.
Если один технологический участок одновременно потребляет электроэнергию и топливо, показатели сохраняют раздельно до выбора обоснованной общей энергетической единицы.
При совместном представлении разных энергоресурсов необходимо указать способ пересчёта. Нельзя непосредственно складывать количество электроэнергии в кВт·ч и расход топлива в тоннах или литрах.
Раздельный учёт позволяет увидеть не только общую энергетическую нагрузку, но и её распределение по источникам энергии и технологическим операциям.
Как оценить энергопотребление стадии добычи
На стадии добычи необходимо установить состав работающего оборудования, его фактические режимы и объём выполняемой производственной работы.
Энергопотребление определяется не только установленной мощностью агрегатов, но и продолжительностью работы при соответствующей нагрузке.
Для электрического оборудования с несколькими характерными режимами расход энергии можно представить как:
E = Σ(Pi × ti),
где E — потреблённая электроэнергия, Pi — средняя активная мощность в режиме i, ti — продолжительность этого режима.
При мощности в киловаттах и времени в часах результат выражается в кВт·ч.
Для расчёта необходимо установить фактические рабочие режимы, а не заменять их паспортной мощностью оборудования.
Затем энергетические затраты сопоставляют с объёмом добытого материала за тот же период.
Если меняется производительность, суммарный расход энергии также может изменяться. Поэтому увеличение электропотребления добычного участка не означает автоматически ухудшения энергетической эффективности.
Для обоснованного вывода необходимо определить, какой объём работы выполнен и при каких технических условиях.
Как глубина добычи влияет на энергетические нагрузки
Глубина добычи является одним из существенных факторов, влияющих на структуру энергопотребления горнодобывающего предприятия.
При подземной разработке она может определять условия подъёма горной массы, водоотлива и функционирования вентиляционной системы.
Поэтому при сопоставлении энергетических показателей необходимо учитывать не только объём добычи, но и условия, при которых этот объём обеспечивается.
Например, одинаковая масса поднятого материала при различной высоте подъёма не означает одинаковую механическую работу.
В упрощённой физической модели минимальная работа по подъёму массы на определённую высоту связана зависимостью:
A = m × g × H,
где A — механическая работа, m — масса поднимаемого материала, g — ускорение свободного падения, H — высота подъёма.
Эта зависимость описывает механическую составляющую подъёма, но не определяет полное энергопотребление установки. Для последнего необходимо учитывать действительную работу оборудования и соответствующие потери.
Глубина также может влиять на параметры водоотлива. Однако нельзя рассчитывать необходимый напор насосов исключительно по глубине шахты без учёта фактической схемы водоотведения.
Таким образом, глубина должна входить в описание технологических условий, на основании которых сравниваются энергетические показатели.
Как оценить энергозатраты подъёма и транспортировки горной массы
При анализе подъёма и транспортировки устанавливают путь перемещения материала, используемое оборудование, величину транспортируемой массы и соответствующие режимы работы.
Для подземной добычи важна схема перемещения материала от участка добычи до последующих технологических стадий, включая подъём на поверхность, если он предусмотрен производственным процессом.
Для открытой добычи необходимо учитывать фактическую транспортную схему карьера.
Энергопотребление транспортировки зависит от условий маршрута, объёма перевозимой породы и характеристик применяемых машин.
Если транспортные средства используют топливо, необходимо отдельно определить его расход. Если перемещение выполняется оборудованием с электрическими приводами, рассматривают соответствующую электрическую нагрузку.
При этом суммарное энергопотребление транспортного участка нельзя оценивать только по номинальной мощности оборудования или количеству единиц техники.
Необходимо установить фактический объём перевозки и продолжительность соответствующих режимов.
Если меняется расстояние транспортировки, условия подъёма или маршруты движения, удельные энергетические затраты способны измениться даже при неизменном объёме добычи.
Поэтому при сопоставлении предприятий и производственных периодов транспортную схему рассматривают как самостоятельное существенное условие.
Как учитывать электрическую нагрузку дробления и измельчения
Измельчение — технологическая операция уменьшения крупности материала с использованием соответствующего оборудования.
На горнодобывающем предприятии переработка горной массы может включать дробление и последующее измельчение, если такие стадии предусмотрены технологической схемой.
Для оценки энергопотребления необходимо установить фактическое электрическое потребление оборудования и массу обработанного материала.
При этом важно учитывать, что электрическая нагрузка зависит от работы оборудования в конкретном режиме.
Если дробилка или мельница эксплуатируется при изменяющейся производительности, сопоставление только суммарных показаний за разные периоды может оказаться недостаточным.
Для расчёта удельного электропотребления применяют зависимость:
eизм = Eизм / Mобр,
где Eизм — электрическая энергия, израсходованная в установленной границе дробления или измельчения, Mобр — масса материала, обработанного в соответствующий период.
Если в измеренную величину входят несколько агрегатов, необходимо сохранить это обстоятельство в определении показателя.
Также необходимо учитывать технологические условия переработки материала. Перенос удельного расхода между участками с разными характеристиками сырья и режимами оборудования без проверки соответствия некорректен.
Таким образом, расход энергии на измельчение оценивают по фактической переработке материала и измеренному потреблению, а не по универсальному отраслевому значению.
Почему водоотлив формирует самостоятельную энергетическую нагрузку
Водоотлив — удаление воды из горных выработок и других участков добычи с помощью соответствующей системы водоотведения.
Энергопотребление водоотлива формируется работой насосного оборудования и зависит от количества перемещаемой воды, напора и фактического режима эксплуатации.
При анализе необходимо установить схему водоотведения, производительность насосов, продолжительность работы и соответствующие электрические показатели.
В отличие от непосредственной добычи материала, потребность в водоотливе не обязательно изменяется пропорционально объёму добытой породы.
На неё влияют условия месторождения и фактический приток воды.
Поэтому при уменьшении производительности добычи энергопотребление насосной системы может не сокращаться в той же пропорции.
Для расчётной оценки электрических затрат необходимо определить работу насосов в характерных режимах. Если используется показатель объёма перекачанной воды, его необходимо сопоставлять с потреблением соответствующего насосного оборудования.
Если один насосный контур обслуживает несколько участков, границу распределения нагрузки необходимо установить отдельно.
Важное ограничение: без сведений о фактических гидрологических условиях и схеме водоотведения нельзя принимать одинаковые удельные энергозатраты водоотлива для разных шахт.
Как учитывать работу шахтной вентиляции
При подземной добыче вентиляционные системы обеспечивают необходимый воздухообмен в горных выработках.
Их электрическое потребление связано с работой вентиляторных установок, фактическими режимами эксплуатации и условиями вентиляционной сети.
Для анализа необходимо установить состав вентиляционного оборудования, измеренную мощность, продолжительность работы и параметры, характеризующие его фактическую нагрузку.
При этом вентиляционную нагрузку нельзя автоматически распределять между участками исключительно пропорционально количеству добытого материала.
Необходимый режим вентиляции определяется условиями конкретных горных выработок и технологией работ.
Если общий счётчик включает несколько вентиляционных установок, необходимо проверить возможность выделения их потребления.
При отсутствии раздельного учёта предварительный расчёт выполняют по подтверждённым режимным параметрам с указанием его ограничений.
Важно также учитывать, что снижение электрического потребления вентиляции не может рассматриваться отдельно от выполнения её необходимой функции.
Поэтому показатель энергозатрат должен характеризовать реальный режим системы, обеспечивающий требуемые условия подземной добычи.
Чем структура энергопотребления шахты отличается от карьера
Подземная и открытая добыча имеют различные технологические условия, поэтому их энергетическая структура не должна считаться одинаковой.
Для шахты существенное значение имеют глубина разработки, подъём горной массы, вентиляция выработок и водоотлив.
Потребление соответствующих систем определяется не только производительностью добычи, но и фактическими условиями подземных работ.
Для карьера особое значение может иметь транспортировка породы по установленной производственной схеме.
В зависимости от применяемых машин и маршрутов изменяется соотношение электрических и топливных затрат.
Это не означает, что на любом подземном предприятии вентиляция обязательно занимает наибольшую долю потребления или что для каждого карьера основной статьёй всегда является топливо.
Такие выводы требуют измеренных данных конкретного объекта.
Для сравнения необходимо установить состав технологических стадий, глубину и условия добычи, производительность, транспортную схему и режимы работы оборудования.
Только после этого можно определять, какая часть различий вызвана эффективностью техники, а какая — неодинаковыми условиями разработки месторождения.
Как рассчитать удельное энергопотребление на объём добычи
Удельное энергопотребление добычи — количество определённого энергоресурса, приходящееся на установленную единицу добытого материала за выбранный период.
Для отдельного энергоресурса расчётная зависимость имеет вид:
e = E / M,
где e — удельное энергопотребление, E — расход соответствующего энергоресурса, M — масса добытого материала за сопоставимый период.
Если объём добычи учитывается в других единицах, необходимо явно указать используемый производственный показатель.
Для электрической энергии удельный расход может выражаться в кВт·ч на тонну. Для топлива необходимо использовать согласованные единицы расхода и продукции.
Однако один общий удельный показатель не объясняет структуру энергетических нагрузок.
Например, при увеличении глубины добычи энергетические затраты на подъём могут изменяться независимо от эффективности оборудования.
Если возрастает приток воды, потребление водоотлива может увеличиться без пропорционального увеличения добычи.
Если изменяется транспортная схема карьера, удельные топливные затраты могут отличаться даже при сопоставимой массе горной породы.
Поэтому нормализация на объём добычи необходима, но недостаточна для объяснения всех различий.
Для корректного анализа удельный расход рассматривают совместно с глубиной, транспортными условиями и режимами основных потребителей.
Почему нельзя переносить удельные показатели между разными месторождениями
Удельный энергетический показатель зависит от технических и природных условий рассматриваемого предприятия.
Если на двух объектах добывается одинаковая масса материала, это не означает, что на её извлечение, транспортировку и обработку потребуется одинаковое количество энергии.
Различия могут быть связаны с глубиной добычи, транспортными маршрутами, гидрологическими условиями и фактической схемой технологических операций.
На подземном объекте существенную часть затрат могут формировать вентиляция и водоотлив. Для карьера структура транспортных затрат определяется иной организацией движения горной массы.
Кроме того, производительность оборудования и продолжительность работы отдельных систем не всегда изменяются прямо пропорционально добыче.
Поэтому использовать удельный расход другого предприятия как подтверждённый норматив или фактический резерв энергосбережения некорректно.
Такой показатель может служить лишь ориентиром для постановки вопроса о дополнительной проверке, если его область применения и условия сопоставимости известны.
Для технического вывода необходимо опираться на данные собственного объекта и устанавливать причины различий по отдельным технологическим стадиям.
Как выбрать точки технического учёта на стадиях добычи
Точка технического учёта — место измерения энергопотребления, выбранное для контроля определённого оборудования, технологического участка или энергетического потока.
Выбор таких точек должен соответствовать задаче разделения электрических и топливных нагрузок.
Сначала определяют существующие измерительные границы и устанавливают, какие стадии добычи уже охвачены достоверным учётом.
Затем проверяют, можно ли по имеющимся показаниям выделить потребление оборудования добычи, подъёма, измельчения, водоотлива и вентиляции.
Если отдельная стадия не имеет самостоятельных показателей, необходимо определить, какие сведения требуются для её расчётного или инструментального выделения.
При этом дополнительные измерения должны быть связаны с конкретной нерешённой задачей.
Например, если общий электрический счётчик охватывает одновременно насосные и вентиляционные установки, он не позволяет непосредственно установить долю каждой системы.
В таком случае необходимость раздельного учёта определяется тем, насколько важно установить их самостоятельные нагрузки для последующего технического решения.
При выборе границ необходимо исключить двойное включение одного и того же потребления в разные стадии.
Результат должен позволять связать энергетический показатель с технологической операцией и соответствующим производственным периодом.
Как оформить структуру энергетических нагрузок
Результатом анализа является структура электрических и топливных нагрузок по стадиям горнодобывающего производства с определёнными точками технического учёта.
Для каждой технологической стадии фиксируют вид энергоресурса, используемое оборудование, измеренный или расчётный расход и соответствующий объём производственной работы.
Отдельно указывают факторы, влияющие на показатель: глубину добычи, транспортную схему, режимы насосов, дробилок, приводов и вентиляционных установок.
Если часть данных получена непосредственно по приборам, её необходимо отделять от расчётных значений.
Если для распределения общей нагрузки используются допущения, они должны быть указаны и технически обоснованы.
В итоговой структуре также отмечают участки, для которых существующего технического учёта недостаточно.
Такая модель позволяет определить, какие стадии формируют основные энергетические потоки и где необходима дополнительная проверка.
При необходимости исходные сведения подтверждают производственными и эксплуатационными журналами, схемами, актами или протоколами измерений.
При этом документ должен подтверждать именно тот показатель, для которого он используется. Наличие общего отчёта о добыче не заменяет данные о режиме конкретной насосной или вентиляционной установки.
Как интерпретировать полученные результаты
Если энергетические нагрузки разделены по технологическим стадиям, появляется возможность установить фактическую структуру потребления предприятия.
Однако само распределение ещё не доказывает наличие перерасхода или технически доступной экономии.
Высокая доля определённой системы может быть связана с объективными условиями месторождения.
Например, значительное энергопотребление водоотлива может объясняться фактическим притоком воды, а нагрузка подъёмного оборудования — соответствующими условиями перемещения горной массы.
Поэтому для вывода об энергетической эффективности необходимо рассматривать не только абсолютный расход, но и полезную работу, фактическую загрузку и технологические ограничения.
Если измерений недостаточно, результат должен показывать неопределённость отдельных составляющих и необходимые точки контроля.
Если условия добычи существенно изменились между периодами, необходимо проверить, остаются ли удельные показатели сопоставимыми.
Главное ограничение: без подтверждённых геологических и технологических условий нельзя считать структуру энергопотребления одинаковой для шахты и карьера. Универсальные доли вентиляции, водоотлива, подъёма или транспортировки не заменяют данные конкретного предприятия.
Практический вывод заключается в том, что анализ энергопотребления горнодобывающего предприятия необходимо начинать с технологической схемы добычи. Затем разделяют электрические и топливные нагрузки, связывают их с производительностью, глубиной и режимами оборудования, рассчитывают удельные показатели и определяют недостающие точки технического учёта.
Такой подход позволяет получить проверяемую структуру энергетических затрат на стадиях добычи, подъёма, измельчения, водоотлива и вентиляции без некорректного переноса показателей между предприятиями с различными условиями разработки месторождений.
Связанные направления: материалы по энергоэффективности, горнодобывающие предприятия и энергоаудит предприятия.