基于綠色礦山體系的能源管控系統(tǒng)分析

張 聰，姜中曄，許 前，沈 波

（1.新疆有色金屬工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830099；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司；3.金屬礦山智能開采技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.北京北礦智能科技有限公司，北京 100160；5.新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 富蘊(yùn) 836107）

目前，與國際先進(jìn)礦山企業(yè)相比，我國大部分有色金屬礦山企業(yè)的能耗水平偏高。新疆某礦山企業(yè)的能耗成本已經(jīng)占企業(yè)生產(chǎn)總成本的25%～40%，因此提高能源利用效率，降低綜合能耗已經(jīng)成為該企業(yè)發(fā)展的客觀要求。隨著該礦山企業(yè)對(duì)能源管控的重視度不斷增加，水、電、氣、油等能源的管控已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從“配角”向“主角”轉(zhuǎn)變，同時(shí)，提高水、電、氣、油等能源的使用效率，優(yōu)化能源管控方法已經(jīng)成為該礦山企業(yè)能源管控的關(guān)鍵。根據(jù)《中國制造2025》要求，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)普及應(yīng)用，基于綠色礦山體系構(gòu)建礦山能源管控系統(tǒng)，將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用到礦山能源管控系統(tǒng)中，已成為現(xiàn)實(shí)[1-3]。本文以該礦山企業(yè)為例，設(shè)計(jì)一套適用于有色金屬礦山的能源管控系統(tǒng)，并對(duì)其關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 礦山能源管控系統(tǒng)架構(gòu)

礦山能源管控系統(tǒng)由能源折標(biāo)模塊、能源計(jì)劃管理模塊、重點(diǎn)用能設(shè)備管理模塊、統(tǒng)計(jì)模塊、報(bào)表模塊等五個(gè)模塊組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)具有架構(gòu)穩(wěn)定、能耗分級(jí)管控、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能[4-7]，可為有色金屬礦山企業(yè)構(gòu)建礦山能源管控系統(tǒng)提供參照。

圖1 礦山能源管控系統(tǒng)架構(gòu)

2 礦山能源管控系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

2.1 能源折標(biāo)模塊

能源折標(biāo)模塊主要用于將水、電、氣、油等能耗物資的傳統(tǒng)度量單位與國際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量單位進(jìn)行準(zhǔn)確換算，從而實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)總量的快捷統(tǒng)計(jì)[8-10]。能源折標(biāo)模塊可以實(shí)現(xiàn)能源折標(biāo)系數(shù)的實(shí)時(shí)管控，可以根據(jù)礦山能源管控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算水、電、氣、油等能耗物資的使用量和節(jié)約量。

2.2 能源計(jì)劃管理模塊

能源計(jì)劃管理模塊具備設(shè)定能耗種類、能耗總量、能耗量計(jì)劃的功能，它不僅可以統(tǒng)籌安排礦山企業(yè)生產(chǎn)能源消耗的年、月、日計(jì)劃，還可以合理協(xié)調(diào)礦山級(jí)、分廠級(jí)、工序級(jí)計(jì)劃。因此，能源計(jì)劃管理模塊不僅是礦山能源管控系統(tǒng)的重要支撐，更是企業(yè)進(jìn)行能源綜合管控的主要依據(jù)[11-13]。

2.2.1 企業(yè)能源計(jì)劃

礦山企業(yè)依據(jù)歷年企業(yè)能源實(shí)績(jī)、集團(tuán)能源消耗計(jì)劃、高耗能設(shè)備情況和工藝流程制定本年度的能源管控計(jì)劃，能源計(jì)劃經(jīng)礦山企業(yè)能源管控負(fù)責(zé)人發(fā)布并交予各分廠。礦山級(jí)能源計(jì)劃可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃制定、計(jì)劃審批、計(jì)劃下發(fā)、對(duì)標(biāo)分析等功能。

2.2.2 分廠能源計(jì)劃

各分廠接收能源管控主管下發(fā)的企業(yè)能源計(jì)劃后，根據(jù)各工序歷年實(shí)績(jī)能源消耗，上報(bào)礦山生產(chǎn)裝備、固定作業(yè)裝備的耗能情況，制定并優(yōu)化本年度各工序能源計(jì)劃表。分廠能源計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)能源計(jì)劃接收、歷年能源計(jì)劃查詢、能源實(shí)績(jī)查詢、能源計(jì)劃制定、能源計(jì)劃上報(bào)、能源計(jì)劃審批、能源計(jì)劃下發(fā)、能耗對(duì)標(biāo)等功能。

2.2.3 工序能源計(jì)劃

各工序接收分廠下發(fā)的能源計(jì)劃后，根據(jù)歷年實(shí)績(jī)能源消耗，本工序礦山生產(chǎn)裝備、固定作業(yè)裝備耗能情況，制定并優(yōu)化本年度能源計(jì)劃表。工序能源計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)工序能源計(jì)劃接收、設(shè)備耗能實(shí)績(jī)情況統(tǒng)計(jì)、能源計(jì)劃制定、能源計(jì)劃上報(bào)、能源計(jì)劃查閱、能耗對(duì)標(biāo)等功能。

2.3 重點(diǎn)用能設(shè)備管理模塊

重點(diǎn)用能設(shè)備包括鍋爐、風(fēng)機(jī)、水泵和鏟運(yùn)機(jī)等。重點(diǎn)用能設(shè)備管理模塊可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備用能信息維護(hù)和設(shè)備用能情況分析，同時(shí)能夠?qū)χ饕媚茉O(shè)備進(jìn)行臺(tái)賬管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備能源消耗[14]。

2.4 統(tǒng)計(jì)模塊

統(tǒng)計(jì)模塊主要對(duì)采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而確定水、電、氣、油等各類能源能效、排污指數(shù)等，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)將以圖表形式展現(xiàn)給能源管控人員。同時(shí)，該模塊能夠生成各種報(bào)表和預(yù)測(cè)報(bào)告，為管理層的能源科學(xué)管控提供支撐。

2.4.1 能源消耗年度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)模塊將本年度的能源消耗匯總并形成報(bào)表，對(duì)水、電、氣、油等能耗物資進(jìn)行羅列并以圖表形式展示，直觀地反映能耗情況。能耗類型主要有電總用量、新水總用量、蒸汽總用量、氧氣總用量、氮?dú)饪傆昧?、純水總用量、壓縮空氣總用量、柴油總用量、天然氣總用量、原煤總用量和焦炭總用量。首先計(jì)算企業(yè)生產(chǎn)消耗的總能量，然后根據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)量，確定產(chǎn)品能耗指標(biāo)。

2.4.2 能源消耗對(duì)比

統(tǒng)計(jì)模塊能夠?qū)π滤?、純水、壓縮空氣、柴油、原煤、燃?xì)?、蒸汽、氧氣、氮?dú)?、電力等能耗物資進(jìn)行分類，對(duì)比分析水、電、氣、油等能耗物資的實(shí)時(shí)使用量與同期使用量。

2.4.3 能源消耗趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)模塊能夠統(tǒng)計(jì)分析新水、純水、壓縮空氣、柴油、原煤、燃?xì)?、蒸汽、氧氣、氮?dú)?、電力等能耗物資的計(jì)劃用量、同期用量和實(shí)時(shí)用量。該模塊可以逐月統(tǒng)計(jì)能耗物資使用情況，反映能源消耗的變化趨勢(shì)。

2.5 報(bào)表模塊

報(bào)表模塊具有文件管理、格式管理、報(bào)表數(shù)據(jù)處理、圖表展示和打印輸出等功能。該模塊能夠生成水、電、氣、油等能耗物資的月明細(xì)表、月匯總報(bào)表、季度匯總報(bào)表、工業(yè)能源總消耗表，并能夠?qū)⑸傻膱?bào)表實(shí)時(shí)備份，以供日后查詢。

3 結(jié)語

隨著礦業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式已無法滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，而礦區(qū)生態(tài)環(huán)境也面臨嚴(yán)重威脅。因此，未來要利用現(xiàn)代化手段改進(jìn)礦山管理模式，推進(jìn)智能礦山與綠色礦山共建。本文提出一種基于綠色礦山體系的礦山能源管控系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)分析、折標(biāo)管理等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦山能源管控的智能化，該系統(tǒng)具備高可靠性、高精準(zhǔn)度的特點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和安裝驗(yàn)證，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水、電、氣、油等能耗物資的精確統(tǒng)計(jì)、分級(jí)管控與計(jì)劃管控，為礦山減能增效、降低生產(chǎn)成本等提供科學(xué)管理支持，對(duì)礦山企業(yè)綜合管控的實(shí)現(xiàn)起到重要支撐作用。