魏家峁露天煤礦再電氣化方案

張 飛，周春芳，張永貴

（北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

為深入落實“四個革命、一個合作”能源安全戰(zhàn)略，魏家峁露天煤礦圍繞“減人、提效、保安全”，堅持先進性、可靠性和可擴展性原則，以機械化、自動化、數(shù)字化、智能化這條主線為路徑，按照1 平臺、1個網(wǎng)、1 朵云、1 張圖、多個系統(tǒng)的思路，推動智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，全力推進智能化示范煤礦建設(shè)。通過就地自動化、遠程監(jiān)視化、綜合信息化三級自動化體系，最大限度實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場無人值守、有人巡視，達到監(jiān)、管、控一體化及減員增效的目的。再電氣化是魏家峁露天煤礦智能化建設(shè)進程中的一個新技術(shù)研究項目，用新型電動卡車代替普通柴油卡車，拓展了電能在露天煤礦的利用范圍和規(guī)模，替代石油終端化石能源消費，減少卡車運輸過程中的尾氣排放，踐行綠水青山發(fā)展理念[1]。

1 礦山概況

魏家峁露天煤礦是魏家峁煤電一體化項目2 個子項之一，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部，露天煤礦儲量為9.77 億t，可采儲量為6.86 億t，平均剝采比7.04 m3/t。一期設(shè)計生產(chǎn)能力600 萬t，于2012 年9 月建成投產(chǎn)并正常生產(chǎn)多年。礦區(qū)平均海拔1 150 m，全年平均氣溫4～14 ℃，環(huán)境溫度適合新能源汽車推廣應(yīng)用；礦區(qū)運輸?shù)缆菲露炔怀^8%，平均運距約2.6 km，50%～60%重載下坡，地質(zhì)松軟，運輸車輛限速20 km/h，作業(yè)工況方面適合新能源汽車運行[2]。

露天煤礦剝離采用單斗卡車間斷工藝，上部黃土及部分巖石由外委進行剝離，下部巖石及煤炭由自營剝采。根據(jù)3 年規(guī)劃，煤電公司招2 個標(biāo)段，合同期為3 年，第1 標(biāo)段土方約8 440 萬m3，綜合運距為2 800 m，綜合提升高度為80 m；第2 標(biāo)段土方約8 615 萬m3，綜合運距2 700 m，綜合提升高度80 m[3]。

2 再電氣化技術(shù)方案

電動卡車運營模式為第三方公司進行智能充換電站、周轉(zhuǎn)電池、礦用車等設(shè)備的建設(shè)及購買，運營方式是將電動卡車編入現(xiàn)有外委剝離隊伍，魏家峁煤礦根據(jù)既定產(chǎn)量要求進行結(jié)算。剝離運輸服務(wù)的期限為3 年，假定每年運輸任務(wù)為1 000 萬m3黃土。

2.1 電動卡車配置

根據(jù)魏家峁露天煤礦生產(chǎn)實際，外委臨工86、同力875、濰柴坦克H90、徐工P90 等90 t 級礦用卡運營平穩(wěn)，電動卡車選用90 t 載重寬體卡車。

按3 年外包剝離招標(biāo)計劃，以綜合運距2 800 m，綜合提升高度80 m 為基礎(chǔ)，分配1 000 萬m3/a黃土剝離量用于電動卡車運輸，按歷年90 t 礦用卡車生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每臺卡車運輸能力25～30 萬m3/a，故需配置電動礦用卡車40 臺[4]。

電動卡車搭載雙電機，車體兩側(cè)各1 箱，總?cè)萘繛?60 kWh，價值180 萬元，根據(jù)魏家峁露天煤礦充電礦卡11 月1 日至11 月5 日測試數(shù)據(jù)，用電單耗為0.45 kWh/（km·m3）。電動卡車用磷酸鐵鋰電池，整車外形尺寸:長9 560 mm、寬3 510 mm、高3 950 mm，大箱尺寸：長6 000 mm、寬3 200 mm、高1 700 mm，貨廂容積32 m3，車輛最高速度30 km/h，采用永磁同步電機，電機額定和峰值功率分別為430 kW和550 kW，電機額定和峰值扭矩分別為2 720 N·m和4 800 N·m。

2.2 換電站配置

按照“經(jīng)濟、先進、穩(wěn)定、高效”的原則，以設(shè)備為主、高度集成、簡化周邊設(shè)施、便于快速建站的方式建設(shè)換電站，包括基礎(chǔ)、站體、充電系統(tǒng)、換電機器人、監(jiān)控系統(tǒng)、供配電設(shè)施及配套的消防、照明、空調(diào)、給排水等設(shè)施。投建2 個換電工位保證車輛運營，需占地約1 000 m2，車輛出入方向25 m，車輛寬度方向40 m，車輛貫穿通過。單車換電時間5 min，駐站電池數(shù)量8 組16 塊，電量充電時間1.2 h，每小時換電次數(shù)8 次。充電機采用左右成組兩倉一機布置方式，即每左右成組2 個充電倉位對應(yīng)1 臺充電機，按在站電池數(shù)量及換電節(jié)拍要求，充電倍率為1C，充電機功率選型為360 kW。

換電站總價值3 760 萬元，包括換電站站體2個1 748 萬元、站載電池16 組1 152 萬元、配電工程560 萬元、基建工程300 萬元。

3 電動卡車運營成本

3.1 人工成本和燃料成本

1）人工成本。將電動卡車編入外委剝離隊伍，由外委隊伍負責(zé)運營和管理。電動卡車與油車人工費相同，經(jīng)測算，1 臺卡車人工成本為18.81 萬元。

2）燃料成本。根據(jù)現(xiàn)有外委隊伍90 t 級卡車歷年生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，燃油單耗為0.17 L/（km·m3），每臺車每年運輸量按照30 萬m3考慮，運輸2.8 km 共耗油14.28 萬L，按照柴油單價4.9 元/L 計算，每臺車每年燃油費用為69.97 萬元[5]。根據(jù)電動卡車在魏家峁露天煤礦測試數(shù)據(jù)，用電單耗0.45 kWh/（km·m3）。每臺車每年運輸量按照30 萬m3考慮，運輸2.8 km共耗電37.8 萬kWh，按照電價1、0.5、0.3、0.1 元/kWh 計算，每臺車每年用電費用為37.8、18.9、11.34、3.78 萬元。

3.2 折舊成本

經(jīng)對魏家峁露天煤礦外包隊伍90 t 級礦用寬體卡車調(diào)研，每臺臨工86 寬體車價值65 萬元/臺，按照5 年折舊，每年每臺車折舊成本為13 萬元[6]。

對電動卡車公司調(diào)研，電動卡車1 臺價格180萬元，按照5 年折舊和5%殘值計算，每年每臺電動卡車折舊34.2 萬元。2 個換電站和配電設(shè)施價值3 760 萬元，換電站和配電設(shè)施按照8 年折舊和5%殘值計算，每年折舊310 萬元，2 個換電站服務(wù)40臺電動卡車，所以2 個換電站折舊均攤到每年每臺電動卡車為7.75 萬元。站載電池16 組1 152 萬元，按照5 年折舊和5%殘值每年資產(chǎn)折舊219 萬元，站載電池服務(wù)40 臺電動卡車，所以16 組站載電池折舊均攤到每年每臺電動卡車為5.48 萬元。綜上所述，每年每臺電動卡車綜合折舊47.43 萬元。

3.3 維修成本

經(jīng)對魏家峁露天煤礦現(xiàn)有外包隊伍調(diào)研，礦用寬體車需每月保養(yǎng)1 次，費用為1 000～1 300 元；鋼絲輪胎每年換1 套，每臺車有10 條輪胎，每條輪胎4 800 元，所需費用為48 000 元；齒油每年換1 次，費用為1 500 元；離合面片3 個月?lián)Q1 次，費用為1 500 元；剎車片每月?lián)Q1 次，費用為400 元；空濾每月?lián)Q1 次，費用為100 元；黃油每月費用為50 元。第2 年、第3 年運營時將新增維修項目，鋼板每月至少換2 塊，費用至少800 元，發(fā)動機需要大修1 次10 000 元，變速箱需要維修1 次3 000 元，后橋輪轂維護1 次5 000 元。綜上分析，維修成本逐年增加，柴油卡車平均每年維修成本11 萬元[7]。

經(jīng)對電動卡車公司調(diào)研，與柴油卡車相比，電動卡車不需要每月保養(yǎng)，不需要進行發(fā)動機大修及更換。除此之外，電動卡車與柴油卡車維修項目基本相同，故分析預(yù)測電動卡車平均每年維修成本9 萬元。

4 運營成本對比

以運距2.8 km、提升高度80 m 為前提，從人工成本、燃料成本、折舊成本、維修成本4 個方面，按照單臺卡車運行1 年，對比分析電動卡車與柴油卡車運營成本[8]，電動卡車與柴油卡車年成本測算對比表見表1。

表1 電動卡車與柴油卡車年成本測算對比表

電動卡車燃料成本低于柴油卡車，當(dāng)電價為0.3元/kWh 時，電動卡車燃料成本為柴油卡車的1/7。但是電動卡車初期投資大，卡車、電池包、換電站較貴，折舊成本是柴油卡車的3 倍。

電價為1 元/kWh 時，電動卡車運輸成本1.35元/（km·m3），比柴油卡車略高。電價為0.5、0.3、0.1元/kWh 時，電動卡車運輸成本比柴油卡車低。

1）從社會效益來講，電動卡車可在近期投入使用。電動卡車改變了能源方式，一定程度擺脫了對石油的依賴；電動卡車相比柴油卡車減少了尾氣排放，有利于職工身體健康，有利于環(huán)境保護；電動卡車相較柴油卡車，后期無人駕駛改造更便捷、更實惠，有利于智能化礦山建設(shè)。

2）從經(jīng)濟效益來講，待技術(shù)成熟后再投入使用更合適。目前，技術(shù)成熟穩(wěn)定程度有待驗證，電動卡車及其配套設(shè)施昂貴，相較柴油卡車運營成本的優(yōu)勢不明顯。隨著制造水平及研發(fā)能力發(fā)展，電動卡車及配套設(shè)施價格將逐年降低，運營穩(wěn)定程度增加，屆時投入使用經(jīng)濟效益更為可觀。

5 結(jié)語

魏家峁露天煤礦認(rèn)證煤電一體化后，煤礦生產(chǎn)用電可直接來自電廠，屆時電價為0.1 元/kWh，電動卡車運營成本比柴油卡車低0.4 元/（km·m3），按年完成運量1 000 萬m3、平均運距2.8 km 測算，每年可節(jié)約運輸成本1 120 萬元。電動卡車運行成本測算及對比分析為魏家峁露天煤礦再電氣化決策提供了依據(jù)。