內(nèi)蒙古鄂爾多斯納源煤礦綠色礦山實(shí)例分析
——純電動礦車打造高能效綠色礦山
一、前言：
為貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于“碳達(dá)峰碳中和”重大戰(zhàn)略決策，深入實(shí)施《國家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》，多部門聯(lián)合制定了《碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》,指南提出在鋼鐵、建材、化工、有色、煤炭、采礦等系列領(lǐng)域，堅(jiān)持減污與降碳協(xié)同、源頭與末端結(jié)合，推動系統(tǒng)節(jié)能、能量回收、余能利用等技術(shù)更高效。
為響應(yīng)國家“碳達(dá)峰碳中和”重大戰(zhàn)略實(shí)施和生態(tài)文明建設(shè)的要求，鄂爾多斯市巴音孟克納源煤炭有限責(zé)任公司大力建設(shè)綠色礦山，積極落實(shí)國家“智慧礦山”發(fā)展行動綱領(lǐng)要求,加快礦區(qū)運(yùn)營安全建設(shè),推動露天煤礦智能化升級改造,按照既定規(guī)劃打造智慧化礦山純電動寬體自卸車快充示范樣板工程項(xiàng)目。2022年11月份，10臺純電動礦車交付并投運(yùn)。
本項(xiàng)目旨在通過構(gòu)建露天煤礦土石方運(yùn)輸純電動寬體自卸車快充示范平臺及運(yùn)輸系統(tǒng)，減少車輛油料、保養(yǎng)等運(yùn)輸成本，整體提升礦區(qū)安全、環(huán)保的作業(yè)水平。測試該礦車輛動力改造后的運(yùn)行狀況，生產(chǎn)作業(yè)情況，為后續(xù)電動化無人駕駛集群作業(yè)做準(zhǔn)備。
二、運(yùn)行總結(jié)：
1.工況概述
鄂爾多斯市巴音孟克納源煤炭有限責(zé)任公司（以下簡稱“納源煤礦”）所轄納源露天礦井田面積為 29.0786 平方公里,設(shè)計生產(chǎn)能力 500萬噸/年,備案保有儲量 15493 萬噸。煤類確定為不粘煤，低灰較高熱量動力用煤。納源煤礦是六證齊全的露天開采煤礦、國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化二級礦井、地方示范礦井。
鄂爾多斯屬北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，冬夏寒暑變化大。多年平均氣溫6.2℃，日最高氣溫38℃，日最低氣溫-31.4℃；本項(xiàng)目工況為重載上坡工況，全天24小時運(yùn)營，運(yùn)輸物料為露天煤礦土石方和淺層地表煤。
2.車輛概述
所用車型為宏威MH105E純電動寬體車，配置參數(shù)如下：
- | 性能描述 | 參數(shù) |
基 礎(chǔ) 參 數(shù) | 額定載重（噸） | 70 |
空載車重（噸） | 40 | |
整車總質(zhì)量（噸） | 110 | |
驅(qū)動形式 | 6*4 | |
最高車速 （km/h） | 45 | |
最大爬坡度 | 35% | |
最小轉(zhuǎn)彎直徑（m） | 11 | |
軸距（mm） | 4275+1750 | |
外形尺寸 (mm) | 10200 ×3750×4200 | |
車架形式 | 700L高強(qiáng)度柔性車架 | |
車橋（噸） | 25+40+40 | |
貨箱容積（2:1堆裝）(m3) | 42 | |
貨箱容積（平裝） (m3) | 40 | |
貨箱內(nèi)尺寸 | 6400×3500×1650 | |
標(biāo)準(zhǔn)輪胎 | 16.00R25 | |
駕駛室類型 | ROPS/FOPS駕駛室 | |
制動系統(tǒng) | 氣壓鼓式制動/輔助電制動 | |
前懸架 | 油氣懸架 | |
后懸架 | 板簧懸架 | |
轉(zhuǎn)向 | 全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，標(biāo)配應(yīng)急轉(zhuǎn)向功能 | |
舉升系統(tǒng) | 單缸前置液壓舉升 | |
電 池 系 統(tǒng) | 電池類型 | 多元復(fù)合鋰電池 |
電池電量 (kWh) | 503 | |
充換電模式 | 直流充電 DC charging | |
最大持續(xù)充電電流 （A） | 1500 | |
充電口數(shù)量 | 3（支持液冷槍） | |
電 驅(qū) 系 統(tǒng) | 驅(qū)動總成 | 4.00E+300 |
驅(qū)動總成 | EV500-4E300 | |
額定/峰值功率 | 500KW/800KW | |
額定/峰值扭矩 | 2660Nm/4800Nm | |
電 氣 系 統(tǒng) | 電機(jī)控制器 | 雙五合一控制器 |
電機(jī)熱管理系統(tǒng) | 智能水冷系統(tǒng) | |
電機(jī)熱管理系統(tǒng) | 空調(diào)水冷及水加熱 | |
車聯(lián)網(wǎng)終端E-BOX | 多網(wǎng)段兼容 |
3.運(yùn)營與能耗概述
本項(xiàng)目為露天煤礦，純電動寬體自卸車主要將覆蓋在地表層的土石方（土層覆蓋深度約40米）倒運(yùn)到集中堆放區(qū)，另外將淺層地表煤（縱深10米）外運(yùn)到煤炭堆場，此礦區(qū)修筑的運(yùn)輸作業(yè)路況平均坡度約5%，屬于典型的重載上坡工況（單程運(yùn)距在1.5-5公里不等）。 本項(xiàng)目設(shè)計的常規(guī)燃油礦車須每天要運(yùn)輸50趟左右（平均趟數(shù)），24小時不間斷運(yùn)營。
自22年11月到目前，投運(yùn)的宏威純電動礦車始終平穩(wěn)高效的進(jìn)行著土石方及煤炭運(yùn)輸作業(yè)，完全契合礦區(qū)的運(yùn)營需要，車輛出勤率超過98.5%。
快充純電動礦車解決方案亮點(diǎn)：
為了最大化滿足生產(chǎn)效率且兼顧經(jīng)濟(jì)性，本項(xiàng)目更換純電動礦車后，采用了超級快充電動礦車解決方案，亮點(diǎn)如下：
1.大噸位純電動寬體礦車：選用載重量70噸的寬體車；礦區(qū)之前選用的燃油車載重量為60噸，較傳統(tǒng)燃油車提升運(yùn)載效率16%；宏威當(dāng)前具有70噸/90噸載重量的純電動寬體車型（70噸（105E）較傳統(tǒng)60噸運(yùn)載效率提升16%；90噸（135E）較傳統(tǒng)60噸運(yùn)載效率提升50%）；
2.配置超級快充長壽命電池：70噸載重量車型（105E）配置電量在503kwh，電量可以滿足15趟左右的運(yùn)輸任務(wù)，平均1天要補(bǔ)電4次（單次充電平均時長在23分鐘左右，全天需要90分鐘左右的充電時長）；電池充電倍率在2C（即30分鐘就可以完成0-100%的充電任務(wù)），且電池循環(huán)壽命＞6000次；
90噸載重量車型（135E）配置電量在651kwh，電量可以滿足20趟左右的運(yùn)輸任務(wù)，平均1天需要充3次電，單次平均充電時長在30分鐘，總計充電耗時約90分鐘，運(yùn)載效率較60噸載重燃油車提升50%；
3.兆瓦級快充樁：采用1320kwh的超快充電樁（3槍充電），平均在20分鐘就能給車完成充電任務(wù)（充電效率：3臺/小時）。
整體運(yùn)營效率分析可得：純電動礦車1天的充電時長控制在90分鐘左右（1.5小時），充電時長占用全天總時長的6.25%（90/1440），總體下來純電動礦車的運(yùn)營效率依然高于傳統(tǒng)燃油車，完全滿足煤礦工況要求，并有效提升運(yùn)營效率。
電動礦車對比燃油車的優(yōu)勢有：
1.爬坡效率更高：電動礦車配備500kw功率的電機(jī)，峰值功率能達(dá)到800kw（峰值扭矩4800Nm），運(yùn)載70噸礦石，爬坡過坎比較輕松；
2.掛擋更平順：選用法士特AMT自動擋變速箱，駕駛省心省力；
3.轉(zhuǎn)向更絲滑：采用全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，標(biāo)配應(yīng)急轉(zhuǎn)向功能；大方向轉(zhuǎn)彎更輕松，減少運(yùn)輸過程中駕駛作業(yè)難度，增加了安全性；
4.反向充電：，純電動車在空車狀態(tài)依然有35噸左右的重量，在下坡時，可以利用電機(jī)的反拖力進(jìn)行制動，在不消耗剎車片的同時，回收一定電能。因此可以節(jié)約能量消耗。
5.不消耗燃油：滿足國家綠色減碳要求，對人類生存環(huán)境作出貢獻(xiàn)；以燃油車為例，當(dāng)前礦區(qū)的燃油車載重量60噸，同樣路線往返一趟油耗平均約為10.4升，一輛車每天運(yùn)行50趟的油耗就得520升，年均（300工作日）約消耗燃油156000升；按照7.6元的油價來算，每天燒油錢得3952元，單車年均燃油消耗1185600元。
納源項(xiàng)目 11月產(chǎn)量/電費(fèi)【2023年度】 | |||||||
運(yùn)輸數(shù)據(jù) | 電車能耗 | 油車能耗 | 月均 油電差 | ||||
月份 | 趟/產(chǎn)量 | 元/電費(fèi) | 單趟耗電量 | 元/車 | 油車單車耗油 | 總油耗 | |
2023-11 | 7832 | 121224.4 | 25.8 | 15.48 | 79 | 618728 | 497504 |
4.電動礦車降低運(yùn)營成本和減碳分析
1.能量回收：本項(xiàng)目礦石運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)路線上，空車35噸的車輛在下坡時，勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并通過電機(jī)發(fā)電，發(fā)出來的電經(jīng)過交流-直流變換后儲存進(jìn)了動力電池。這個過程稱為“能量回饋”。能量回饋這個過程可以理解為礦石的勢能被轉(zhuǎn)換成了電能，用于運(yùn)輸過程的能量供應(yīng)。礦石的勢能（車輛下坡的動能）是來自于大自然，因此這部分回饋的電能屬于零碳的“綠電”。
2.降低損耗：在上坡過程中直驅(qū)電機(jī)的動力響應(yīng)高于燃油發(fā)動機(jī)，極短的時間就能輸出峰值扭矩；相對于燃油車來說需要給油且達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后才能緩速爬坡，從而會存在爬升過程中的抖動（扭矩不足），純電動車極大降低了對驅(qū)動系統(tǒng)和變速箱的損耗，降低了故障率。且電機(jī)不需要保養(yǎng)，減少了維護(hù)成本。
3.零碳排放：全過程零碳排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；
4.降低粉塵污染：在露天煤礦礦區(qū)（低于地表）使用電動化工程機(jī)械，減少了粉塵和油煙污染對空氣的污染，降低了對人體呼吸系統(tǒng)造成的損傷；
5.服務(wù)保障措施
純電動礦車的投運(yùn)盡管給礦區(qū)帶來了經(jīng)濟(jì)性和安全性，然而對持續(xù)運(yùn)營保障和穩(wěn)定性也是必須考慮的因素。
礦區(qū)運(yùn)營總經(jīng)理張總要求駕駛員定期接受廠家工程師的培訓(xùn)，學(xué)習(xí)新技術(shù)，提升安全防范意識；學(xué)習(xí)液晶儀表的常見告警信息和快速解決方法；學(xué)習(xí)充電樁知識和安全責(zé)任。
為保障運(yùn)營穩(wěn)定性，純電動礦車廠家委派常駐工程師和一線作業(yè)員共同工作，并建立備件庫，最大化維護(hù)運(yùn)營的穩(wěn)定。
三、項(xiàng)目總結(jié)
按照“十四五”規(guī)劃《綱要》 和《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》、《 2030 年前碳達(dá)峰行動方案》有關(guān)部署，結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域規(guī)劃與政策文件，納源煤礦積極響應(yīng)相關(guān)要求，努力打造綠色低碳快充技術(shù)示范工程，持續(xù)改善工藝技術(shù)、改進(jìn)采礦運(yùn)輸工藝，結(jié)合自身礦區(qū)特點(diǎn)，提高環(huán)境保護(hù)水平。
本項(xiàng)目一期投入了10臺宏威105噸純電動礦車，已穩(wěn)定、高效地運(yùn)行了14個多月，車輛出勤率超過98.5%,表現(xiàn)出了“20分鐘快速充能”的高效表現(xiàn)。
相較于載重量60噸燃油車，純電動礦車整體運(yùn)營效率提升了10%，保養(yǎng)支出節(jié)省了10萬元左右。
車輛屬性 | 載重量 | 運(yùn)載效率提升 | 保養(yǎng)成本 | 單次充電時長 | 使用壽命 |
燃油車 | 60 | - | 月均1萬 | - | 5年 |
純電動105T | 70 | +16% | 1000 | 23分鐘 | 5年不限公里 |
純電動135T | 90 | +50% | 1000 | 30分鐘 | 5年不限公里 |
在減排方面，純電動寬體自卸車依靠純電力驅(qū)動，相較于以60噸載重量的燃油車，完成超過500萬噸的運(yùn)輸量任務(wù)，直接減少燃油消耗約87萬升，對應(yīng)減少如下的各類污染物排放量（噸）：
CO2 | SO2 | NOx | PM2.5 | 碳 |
2279 | 2.97 | 38.5 | 9 | 621 |
純電動礦山車的投運(yùn)，在能源使用效率、低碳、駕駛作業(yè)便捷性、經(jīng)濟(jì)性等方面具有綜合性優(yōu)勢，同時為納源煤礦打造智能化礦山提供了數(shù)字化管控基礎(chǔ)，所有的純電動礦車配備線控底盤，具備自動駕駛礦車的無縫升級能力。
未來，納源煤礦將著力于發(fā)展綠色化智慧礦山，并以此為樣本持續(xù)推進(jìn)綠色礦山建設(shè)。本著積極響應(yīng)“兩山文化”的理念，滿足“碳達(dá)峰、碳中和政策要求”向“綠”而行，持續(xù)培育新質(zhì)生產(chǎn)力，為集團(tuán)降本增效貢獻(xiàn)高效的的智能化方案。
