Структура энергопотребления горнодобывающего предприятия

Энергопотребление горнодобывающего предприятия формируется несколькими технологическими и вспомогательными процессами: добычей и перемещением горной массы, работой подъёмных установок и конвейеров, вентиляцией горных выработок, водоотливом, компрессорным оборудованием и энергоснабжением вспомогательных объектов. Доля каждого потребителя зависит от способа разработки месторождения, глубины горных работ, объёма добычи и фактических режимов эксплуатации.

Чтобы оценить эффективность предприятия, недостаточно разделить общий расход электроэнергии на количество добытой руды. Необходимо установить структуру потребления по технологическим переделам — отдельным этапам добычи и обеспечения производства. Например, увеличение водопритока может повысить расход электроэнергии насосами без какого-либо ухудшения эффективности добычного оборудования. Раздельный анализ помогает выявить такие различия и определить, какие системы действительно требуют углублённой проверки.

Из каких процессов складывается электрическая нагрузка рудника

Потребители электроэнергии горнодобывающего предприятия различаются по назначению, характеру нагрузки и зависимости от объёма добычи.

Технологический узел	Основные потребители	Что определяет энергопотребление
Добыча горной массы	Добычное, буровое и другое технологическое оборудование	Объём и условия добычи, продолжительность работы, производительность оборудования
Транспорт и подъём	Конвейеры, подъёмные установки, другое оборудование перемещения горной массы	Объём перевозки, высота подъёма, протяжённость маршрутов, загрузка и рабочие часы
Вентиляция выработок	Главные и местные вентиляторные установки	Необходимые расходы воздуха, сопротивление вентиляционной сети и продолжительность работы
Водоотлив	Насосные станции и вспомогательное оборудование	Объём водопритока, высота подъёма воды, гидравлические сопротивления и режим насосов
Сжатый воздух	Компрессорные установки и оборудование подготовки воздуха	Потребность технологического оборудования, давление, продолжительность работы
Вспомогательные объекты	Освещение, ремонтные участки, здания и другие обеспечивающие системы	Состав потребителей, график эксплуатации и необходимые рабочие условия

Эта группировка позволяет определить основные направления расхода электроэнергии. Однако фактический состав потребителей устанавливают по схеме конкретного предприятия: некоторые процессы могут отсутствовать, совмещаться или получать энергию от автономных источников.

Почему общий расход не показывает эффективность добычи

Общее электропотребление предприятия удобно для контроля энергетического баланса, но оно объединяет процессы с различными причинами изменения нагрузки.

Например, объём добычи за два месяца остался неизменным, однако за второй месяц электроэнергии потреблено больше. Возможные объяснения включают увеличение водопритока, изменение глубины транспортирования горной массы, рост сопротивления вентиляционной сети или дополнительные часы работы вспомогательных объектов.

Ни одна из этих причин не означает автоматически, что добычное оборудование стало работать менее эффективно.

Для анализа требуется разделять:

• Нагрузки, непосредственно связанные с добычей. Их изменение рассматривают совместно с объёмом горной массы и производственными режимами.
• Нагрузки транспортирования. Здесь существенны не только тонны, но и маршруты, глубина и условия подъёма.
• Обеспечивающие нагрузки. Вентиляция и водоотлив могут работать непрерывно либо изменять производительность по причинам, не связанным напрямую с текущим выпуском.
• Общие и вспомогательные потребители. Их расход необходимо учитывать отдельно, чтобы не приписывать его конкретному технологическому переделу.

Если все составляющие объединены в одном показателе, изменение условий одного процесса может скрыть улучшение или ухудшение другого.

Какие исходные данные необходимы для построения структуры

Для определения энергетических потоков используют производственные показатели, данные оборудования и существующего учёта.

Исходные сведения	Как используются
Объёмы добычи	Сопоставление энергопотребления с производственной нагрузкой
Часы работы подъёмов и конвейеров	Определение длительности транспортных режимов
Глубина и маршруты перемещения горной массы	Учёт изменения условий транспортирования
Мощность и режимы насосов	Выделение потребления водоотлива
Мощность и режимы вентиляторов	Выделение электроэнергии на вентиляцию выработок
Мощность и режимы компрессоров	Оценка энергозатрат на производство сжатого воздуха
Данные автономного энергоснабжения	Учёт энергии, не отражённой в показаниях сетевого ввода
Схемы электроснабжения и показания счётчиков	Определение границ отдельных энергетических потоков

Паспортная мощность двигателя не равна фактическому потреблению электроэнергии. Если постоянных измерений нет, предварительную оценку можно выполнять по рабочим режимам и обоснованным значениям мощности, но её необходимо отличать от приборного учёта.

Все данные приводят к одному расчётному периоду. Нельзя объединять месячный объём добычи с рабочими часами оборудования за другой интервал без соответствующей корректировки.

Как разделить потребление по технологическим переделам

Построение структуры начинают с определения границ рассматриваемой системы: всего рудника, отдельного участка добычи или группы горных выработок.

Затем составляют перечень потребителей и устанавливают, какие электрические линии и приборы учёта их охватывают.

Практический порядок анализа:

1. Определить входящий энергетический поток. Установить объём электроэнергии, поступившей в выбранные границы, с учётом соответствующих источников снабжения.
2. Разделить оборудование по функциям. Выделить добычу, транспортирование, вентиляцию, водоотлив, компрессорные установки и вспомогательные нужды.
3. Сопоставить группы с приборами учёта. Определить, какие переделы измеряются раздельно, а какие входят в общие показатели.
4. Рассчитать расход по группам. Использовать достоверные показания либо отдельно обозначенные расчётные оценки.
5. Проверить полноту распределения. Учесть общих потребителей и исключить двойное суммирование вложенных измерений.
6. Связать расход с режимами. Сопоставить потребление с объёмом добычи, глубиной работ и условиями функционирования обеспечивающих систем.

Если один счётчик одновременно учитывает конвейерное оборудование и насосную станцию, он не позволяет определить их доли по отдельности. Для этого потребуются данные о мощности и времени работы либо дополнительные измерения.

При наличии автономной генерации важно учитывать не только сетевую электроэнергию, но и фактический отпуск энергии соответствующим источником. Иначе структура потребления предприятия окажется неполной.

Как использовать удельное энергопотребление

Для первоначальной оценки применяют показатель расхода электроэнергии на единицу добытой горной массы:

e = E / M, где E — электропотребление за период, кВт·ч; M — масса добытой горной массы за тот же период, т; e — удельный расход, кВт·ч/т.

Показатель позволяет отслеживать изменение общей энергоёмкости производства. Но его интерпретация требует учёта состава технологических процессов.

Например, при постоянном объёме добычи увеличение глубины разработки может привести к изменению энергозатрат на подъём горной массы и водоотлив. При этом эффективность самого добычного оборудования может оставаться прежней.

Поэтому целесообразно определять не только общий, но и технологически разделённые показатели:

• электропотребление добычного оборудования относительно объёма добычи;
• энергозатраты на транспортирование с учётом маршрута и условий подъёма;
• электропотребление водоотлива относительно фактически перекачанного объёма воды и необходимого напора;
• электропотребление вентиляции при соответствующих расходах воздуха и сопротивлении сети.

Такие показатели помогают различать изменение полезной нагрузки и изменение эффективности оборудования.

Почему рост водопритока может увеличить удельный расход

Водоприток — поступление воды в горные выработки. Его изменение влияет на необходимый объём работы водоотливной системы.

Предположим, за два сравниваемых периода рудник добыл одинаковое количество горной массы, но во втором периоде поступило больше воды.

Насосам пришлось перекачать больший объём жидкости. Соответственно, потребление электроэнергии водоотливом могло увеличиться даже при неизменном техническом состоянии насосов.

Если оценивать только общий показатель кВт·ч/т добычи, будет зафиксировано ухудшение. Однако оно может объясняться возросшей водоотливной нагрузкой, а не снижением эффективности добычи.

Для разграничения причин необходимо проверить:

• объём воды, поступившей и откачанной за соответствующий период;
• состав работающих насосов и продолжительность их работы;
• высоту подъёма воды и необходимые давления;
• фактическую электрическую мощность насосных агрегатов;
• изменение условий водоотлива относительно исходного периода.

Если энергопотребление выросло пропорционально объективно увеличившейся водоотливной нагрузке, это не является самостоятельным доказательством неэффективности насосов.

Если же расход электроэнергии увеличился при сопоставимых объёмах перекачки и гидравлических условиях, появляется основание для детальной проверки насосного оборудования.

Как глубина добычи влияет на сопоставимость показателей

Условия перемещения горной массы могут меняться по мере развития горных работ. Увеличение глубины, изменение маршрутов транспортирования и состава подъёмного оборудования влияют на необходимую работу транспортной системы.

Поэтому два периода с одинаковым тоннажем могут существенно различаться по энергетическим затратам на доставку горной массы.

Для оценки транспортирования учитывают не только массу, но и фактические условия её перемещения. Например, увеличение высоты подъёма может повысить необходимую механическую работу даже без ухудшения характеристик подъёмной установки.

Аналогично изменение протяжённости конвейерной трассы или характера загрузки может изменить электрическую нагрузку транспортного оборудования.

Если такие факторы не учитываются, рост кВт·ч/т может быть ошибочно отнесён к снижению эффективности всей системы.

Поэтому для сравнения выделяют периоды с сопоставимыми глубинами, маршрутами и режимами работы либо используют обоснованную модель изменения энергетической нагрузки.

Почему нельзя переносить удельные нормы другого месторождения

Удельный расход электроэнергии зависит от особенностей конкретного горнодобывающего предприятия.

Даже при сопоставимом объёме добычи предприятия могут различаться:

• способом разработки месторождения;
• глубиной и расположением горных выработок;
• условиями транспортирования горной массы;
• величиной водопритока и схемой водоотлива;
• характеристиками вентиляционной сети;
• составом вспомогательного оборудования и источников энергоснабжения.

Поэтому показатель кВт·ч/т другого рудника нельзя использовать как универсальную норму эффективности.

Например, предприятие с глубокими выработками и значительным водопритоком может объективно расходовать больше энергии на вспомогательные процессы, чем объект с более простыми условиями разработки.

Это не исключает сравнительного анализа, но требует приведения показателей к сопоставимым горно-геологическим и технологическим условиям.

Если необходимые данные отсутствуют, сравнение может использоваться только как предварительный ориентир для постановки вопросов, а не как доказательство перерасхода.

Как определить участки для углублённого обследования

После распределения электропотребления по переделам оценивают, какие группы формируют значимые расходы и где обнаружены необъяснённые изменения.

Приоритет проверки не обязательно совпадает с самой крупной нагрузкой. Например, вентиляция может потреблять много электроэнергии, но работать в технически необходимом режиме. При этом сравнительно меньшая насосная группа может иметь подтверждённый избыточный напор и более очевидную причину дополнительного расхода.

Для выбора направления углублённого анализа сопоставляют:

Наблюдение	Что проверить	Возможный следующий шаг
Рост расхода добычного оборудования при сопоставимом выпуске	Рабочие часы, производительность и фактическую загрузку	Проверка режимов соответствующих агрегатов
Рост энергозатрат на транспорт	Изменение глубины, маршрутов и загрузки подъёмов или конвейеров	Анализ транспортного передела
Рост потребления водоотлива	Водоприток, объём перекачки и гидравлические условия	Проверка насосных режимов при сопоставимой нагрузке
Изменение нагрузки вентиляции	Необходимый воздухообмен, сопротивление сети и режимы вентиляторов	Измерение расхода воздуха, давления и мощности
Существенная нераспределённая часть расхода	Состав общих потребителей и границы существующего учёта	Уточнение схемы подучёта

Результат такого анализа — выбор конкретных систем, для которых имеются основания проводить дополнительные измерения. Само увеличение энергопотребления без учёта полезной нагрузки не подтверждает наличие потерь.

Как определить потребность в дополнительном учёте

Разделение расхода по технологическим узлам возможно только при достаточной детализации измерений.

Если один счётчик учитывает несколько независимых систем, необходимо определить, можно ли достоверно разделить их потребление по существующим эксплуатационным данным.

Например, при общем учёте вентиляции и водоотлива увеличение расхода во время повышенного водопритока может быть связано с насосами. Но без отдельных показаний или контрольных измерений нельзя определить величину их вклада.

При выборе дополнительного учёта выделяют точки, позволяющие:

• разграничить добычу, транспорт и обеспечивающие системы;
• измерять расход крупных независимых насосных и вентиляционных установок;
• выделять потребление компрессорного оборудования;
• учитывать энергетические потоки автономных источников;
• сопоставлять отдельные технологические переделы с общим энергетическим балансом.

Установка отдельного прибора не всегда необходима на каждом агрегате. Глубину учёта выбирают по задаче: для анализа структуры предприятия может быть достаточно групповых измерений, а для проверки конкретного насоса — потребоваться локальный контроль.

Как оформить структуру энергопотребления предприятия

Практическим результатом становится структура расхода электроэнергии по технологическим узлам с указанием измеренных и расчётных составляющих.

Для каждого передела фиксируют:

• состав оборудования и границы учёта;
• потребление электроэнергии за выбранный период;
• соответствующий объём добычи или другую полезную нагрузку;
• продолжительность и характерные режимы работы;
• существенные технологические условия, включая глубину и водоприток;
• выявленные отклонения и степень их подтверждения;
• необходимые дополнительные измерения.

Отдельно указывают потребление общих объектов и возможную балансовую невязку. Её нельзя автоматически считать потерями: разница может включать неохваченных потребителей, особенности границ измерения и погрешности данных.

Если фактические значения по отдельным переделам отсутствуют, структуру можно предварительно оценить расчётным способом. Но такие доли необходимо обозначать как оценочные и не смешивать с измеренными показателями.

Практический вывод: энергопотребление горнодобывающего предприятия следует анализировать раздельно по добыче, транспортированию горной массы, вентиляции, водоотливу, компрессорному оборудованию и вспомогательным объектам. Общий показатель кВт·ч/т полезен для наблюдения, но не раскрывает влияние глубины, водопритока и изменения рабочих режимов. В частности, увеличение электроэнергии на водоотлив может быть объективным следствием роста притока воды, а не ухудшения эффективности добычи. Структура потребления по переделам помогает определить зоны углублённой проверки и необходимые точки подучёта. Удельные показатели других месторождений допустимо использовать для сравнения только с учётом различий горно-геологических условий и состава процессов.