純電動礦用卡車在銅曼露天采場的應(yīng)用探索與實踐

楊 超，崔幫全，鄧 斌

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

1 銅曼露天采場基本情況

銅曼露天采場地處滇東南地區(qū)馬關(guān)縣邊境區(qū)域，是云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司（以下簡稱：華聯(lián)鋅銦）旗下的大型露天礦山，礦產(chǎn)資源豐富，稀貴金屬銦儲量全國第一，錫金屬儲量全國第三，鋅金屬儲量云南省第三；該礦山屬于山坡露天礦，采用傳統(tǒng)的“單斗-卡車”工藝開采，年采剝總量在1700萬m3左右，目前已實現(xiàn)礦山數(shù)字化建設(shè)，設(shè)備大型化配置。隨著我國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段以及《中國制造 2025》計劃的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)礦山行業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，“智能+綠色”已成為未來礦山行業(yè)的發(fā)展主題。

2 礦用卡車純電動改造

TR50原車為機械傳動自卸車，整車純電動改造就是將柴油機驅(qū)動改造成動力電源驅(qū)動，去除原車柴油機及其相關(guān)系統(tǒng)和變速箱，增加動力電源、逆變器和牽引電機；借助山坡露天礦空載上坡，重載下坡的地理優(yōu)勢，采用交流傳動技術(shù)，將重運下坡勢能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)車輛制動能量的自動回收反沖，最大限度地降低整車運行能耗，實現(xiàn)整車運行無污染、零排放改造。

純電動礦用卡車不消耗不可再生資源石油而使用綠色環(huán)保的電能作為動力源是最大的改革創(chuàng)新，在節(jié)能和環(huán)保方面有著與燃油車型不可比擬的優(yōu)勢，此次研發(fā)打破了以往“油改電”技術(shù)不適用于大型礦用設(shè)備的瓶頸，是華聯(lián)鋅銦打造綠色礦山的排頭兵，為此我們需要進(jìn)一步應(yīng)用好該臺設(shè)備，為后續(xù)批量化的推廣運用做好鋪墊準(zhǔn)備。

3 純電動礦用卡車生產(chǎn)匹配性研究

3.1 純電動礦用卡車運行現(xiàn)狀

在試運行期間，YX06#純電動礦用卡車隨機安排在各平臺運輸作業(yè)，采用智能卡車調(diào)度系統(tǒng)對其生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并整理，存在如下特點：

（1）動力單位成本明顯低于同類燃油車型。

（2）配件單耗成本明顯低于同類燃油車型。

（3）充電頻繁，平均一班次需充電兩次，單次充電時間在1小時左右，導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)延誤率較高，有效作業(yè)時間較短，生產(chǎn)效率未能充分發(fā)揮。

（4）重載爬坡將導(dǎo)致電量快速消耗，用電周期縮短至正常值的一半，是該類型設(shè)備需要特別規(guī)避的工況條件。

（5）行車速度略高于同類燃油車型。

（6）小時臺效略高于同類燃油車型。

（7）出勤率因設(shè)備處于調(diào)試運行期間低于同類燃油車型。

（8）試運行期間累計用電單耗為0.53kwh/m3·km，具備進(jìn)一步下降空間。

從表1數(shù)據(jù)及分析可知，YX06#純電動礦用卡車多項運行指標(biāo)均優(yōu)于同類燃油車型，此次“油改電”技術(shù)研發(fā)是成功的。

表1 純電動礦用卡車系統(tǒng)運行指標(biāo)

3.2 純電動礦用卡車成本及路徑優(yōu)化

針對設(shè)備試運行期間存在的出勤率低、動力單耗偏高等問題，華聯(lián)鋅銦進(jìn)一步開展精細(xì)化研究，圍繞成本及運行路徑開展技術(shù)攻關(guān)試驗。

在生產(chǎn)安排方面，通過生產(chǎn)組織形式調(diào)整，把YX06#安排至采區(qū)不同生產(chǎn)作業(yè)平臺以及不同卸載點作業(yè)，并用RTK實時采集裝卸區(qū)域的準(zhǔn)確標(biāo)高，結(jié)合智能卡車調(diào)度系統(tǒng)實時收集的平均運距計算出每條運行路徑的準(zhǔn)確坡比；進(jìn)一步要求礦用卡車駕駛員記錄單趟運輸開始及結(jié)束時的電量變化百分比，并將數(shù)據(jù)上報調(diào)度中心；調(diào)度中心根據(jù)電量百分比變化、充電量、平均坡比以及運輸功計算出不同工況條件下的準(zhǔn)確動力單耗數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計臺賬統(tǒng)計試驗期間的所有數(shù)據(jù)，針對特別好以及特別差的數(shù)據(jù)進(jìn)一步采用“行者”軟件跟車采集YX06#的運行軌跡及相關(guān)數(shù)據(jù)再次復(fù)核其準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)動力單耗計算方法普遍認(rèn)為充電量（或加油量）等于消耗量，該方法適用于工程設(shè)備自身無準(zhǔn)確計量功能且計算周期大于月的情況，即月動力消耗等于月充電量（或加油量），但對于細(xì)化到日動力消耗準(zhǔn)確計算時便會導(dǎo)致誤差過大，數(shù)據(jù)失真的情況出現(xiàn)，為此需要重新制定日動力消耗計算方法。

YX06#純電動礦用卡車動力電源額定容量為370kwh，為減少設(shè)備頻繁充電對設(shè)備性能及生產(chǎn)作業(yè)的影響，要求駕駛員電量低于20%時必須前往充電樁補充電量，調(diào)度中心經(jīng)過反復(fù)數(shù)據(jù)對比以及多種計算方法推算，最終確定YX06#礦用卡車日耗電量計算公式為：

式中：Q—YX06#日耗電量（kwh）。A—YX06#日充電量（kwh）。370—車輛額定蓄電池容量（kwh）。L1—上一天中班結(jié)束剩余電量百分比（%）。L2—當(dāng)天首次充電前剩余電量百分比（%）。L3—當(dāng)天中班剩余電量百分比（%）。

用電單耗：

式中：Q—YX06#日耗電量（kwh）。N—運輸方量（m3）。S—單邊重載平均運距（km）。

根據(jù)公式一、公式二即可計算出當(dāng)天用電單耗數(shù)據(jù)q（kwh/m3·km），再根據(jù)企業(yè)當(dāng)?shù)毓I(yè)用電單位成本計算出動力單位成本，使YX06#成本數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)量化性進(jìn)一步增強。

為尋找最優(yōu)用電單耗，針對不同裝載點、不同卸載點以及不同行車路徑開展試驗，根據(jù)當(dāng)前采區(qū)現(xiàn)狀收集有效試驗數(shù)據(jù)54組，基本確定了用電單耗與平均坡比之間是負(fù)相關(guān)的關(guān)系，如散點圖所示。

圖1 用電單耗與平均坡比之間散點圖

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出了不同坡比對應(yīng)的用電單耗。

表2 不同坡比對應(yīng)的用電單耗情況

鑒于礦用卡車安全性能以及礦山安全作業(yè)的要求，坡比大于8.1%且連續(xù)長度大于1km以上的路徑采場范圍內(nèi)不存在，未能開展測試獲取數(shù)據(jù)。

表3 試驗前后YX06#純電動礦用卡車主要生產(chǎn)指標(biāo)參數(shù)對比情況

4 應(yīng)用成果

通過成本路徑優(yōu)化試驗的不斷開展，糾正了以往將日充電量作為日耗電量使用的錯誤，在設(shè)備計量功能缺失的情況下確定了銅曼采場適用的日耗電量計算公式，從數(shù)據(jù)源頭上保障了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率；驗證了以往僅安排YX06#在東幫主運輸?shù)缆穮^(qū)域裝運廢土作業(yè)的單一性錯誤，同時也找出了目前采區(qū)范圍內(nèi)成本最優(yōu)的運輸路線。通過開展YX06#成本及路徑優(yōu)化試驗，找出了目前采場范圍內(nèi)用電單耗最低的工況條件，即：①從1290m平臺經(jīng)西幫公路發(fā)運礦石至新田車間；②平均運距2.4km；③平均坡比8.1%；當(dāng)同時滿足以上三個工況條件時，YX6#用電單耗為0.02～0.04（kwh/m3·km）。

5 經(jīng)濟(jì)效益

按工業(yè)用電費用0.5元/kwh計算，YX6#用電單耗費用僅為0.01～0.02元/m3·km，與TR50燃油車平均柴油單耗成本1.06元/m3·km對比，僅為其成本的1.9%，優(yōu)勢巨大。

根據(jù)試驗結(jié)論精心組織生產(chǎn)，緊密安排YX06#的運輸路徑，按全年YX06#有50%的運輸功是在用電單耗最低的工況條件下產(chǎn)出測算，年平均運輸功以TR50車型73.5萬m3·km/a為基準(zhǔn)，較燃油車型節(jié)約單耗成本=73.5*10000*0.5*（1.06-0.02）=38.22萬元。

根據(jù)以往統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知YX06#每天平均充電4次，每次充電時間為0.8h/次，按用電單耗最低的工況條件下作業(yè)充電次數(shù)減少2次/天計算，其年增加生產(chǎn)作業(yè)時間=358*0.8*2*65%（出勤率）*0.75(利用系數(shù))=279h，年增加運輸功=138m3·km/h（臺時運輸能力）*279h=38502m3·km/h，增加運輸功創(chuàng)效=38502*2.14元/m3·km=8.24萬元

通過優(yōu)化YX06#純電礦用卡車成本及路徑，找出了目前采場范圍內(nèi)用電單耗最低的工況條件，同時也降低了YX06#的充電時間及次數(shù)，增加礦車生產(chǎn)作業(yè)時間，年節(jié)約動力單耗成本及增加運輸功創(chuàng)效=38.22+8.24=46.46萬元。

6 結(jié)語

YX06#純電動礦用卡車在動力單耗方面的巨大優(yōu)勢使其正常運行四年后即可平攤設(shè)備前期投資改造成本，其配件單耗方面成本仍具有進(jìn)一步降低整體運行成本的潛力優(yōu)勢。

面對未來幾年生產(chǎn)成本大幅攀升的巨大壓力及挑戰(zhàn)，華聯(lián)鋅銦直視困境加大科技創(chuàng)新，大力倡導(dǎo)新能源驅(qū)動技術(shù)，此次TR50車型“油改電”試驗為進(jìn)一步創(chuàng)造60-120噸級以上礦車“油改電”技術(shù)積累了豐富經(jīng)驗，在現(xiàn)如今國家大力倡導(dǎo)“綠水青山就是金山銀山”的綠色經(jīng)濟(jì)背景下，華聯(lián)鋅銦用實際行動一步步付諸實踐，走出了自己獨具特色的一條綠色礦山建設(shè)道路。