純電動礦用卡車在銅曼露天采場的應用探索與實踐

楊 超，崔幫全，鄧 斌

（云南華聯鋅銦股份有限公司，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馬關縣邊境區域，是云南華聯鋅銦股份有限公司（以下簡稱：華聯鋅銦）旗下的大型露天礦山，礦產資源豐富，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，目前已實現礦山數字化建設，設備大型化配置。隨著我國經濟由高速增長階段轉向高質量發展階段以及《中國制造 2025》計劃的不斷推進，傳統礦山行業面臨著經濟結構調整、轉型升級的嚴峻挑戰，“智能+綠色”已成為未來礦山行業的發展主題。

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動改造成動力電源驅動，去除原車柴油機及其相關系統和變速箱，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，重載下坡的地理優勢，采用交流傳動技術，將重運下坡勢能轉化為電能，實現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保的電能作為動力源是最大的改革創新，在節能和環保方面有著與燃油車型不可比擬的優勢，此次研發打破了以往“油改電”技術不適用于大型礦用設備的瓶頸，是華聯鋅銦打造綠色礦山的排頭兵，為此我們需要進一步應用好該臺設備，為后續批量化的推廣運用做好鋪墊準備。

3 純電動礦用卡車生產匹配性研究

3.1 純電動礦用卡車運行現狀

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，采用智能卡車調度系統對其生產數據進行收集并整理，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，導致設備生產延誤率較高，有效作業時間較短，生產效率未能充分發揮。

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

（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）出勤率因設備處于調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，具備進一步下降空間。

從表1數據及分析可知，YX06#純電動礦用卡車多項運行指標均優于同類燃油車型，此次“油改電”技術研發是成功的。

表1 純電動礦用卡車系統運行指標

3.2 純電動礦用卡車成本及路徑優化

針對設備試運行期間存在的出勤率低、動力單耗偏高等問題，華聯鋅銦進一步開展精細化研究，圍繞成本及運行路徑開展技術攻關試驗。

在生產安排方面，通過生產組織形式調整，把YX06#安排至采區不同生產作業平臺以及不同卸載點作業，并用RTK實時采集裝卸區域的準確標高，結合智能卡車調度系統實時收集的平均運距計算出每條運行路徑的準確坡比；進一步要求礦用卡車駕駛員記錄單趟運輸開始及結束時的電量變化百分比，并將數據上報調度中心；調度中心根據電量百分比變化、充電量、平均坡比以及運輸功計算出不同工況條件下的準確動力單耗數據，并建立數據收集統計臺賬統計試驗期間的所有數據，針對特別好以及特別差的數據進一步采用“行者”軟件跟車采集YX06#的運行軌跡及相關數據再次復核其準確性。

傳統動力單耗計算方法普遍認為充電量（或加油量）等于消耗量，該方法適用于工程設備自身無準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），但對于細化到日動力消耗準確計算時便會導致誤差過大，數據失真的情況出現，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，為減少設備頻繁充電對設備性能及生產作業的影響，要求駕駛員電量低于20%時必須前往充電樁補充電量，調度中心經過反復數據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—上一天中班結束剩余電量百分比（%）。L2—當天首次充電前剩余電量百分比（%）。L3—當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）。

根據公式一、公式二即可計算出當天用電單耗數據q（kwh/m3·km），再根據企業當地工業用電單位成本計算出動力單位成本，使YX06#成本數據關聯量化性進一步增強。

為尋找最優用電單耗，針對不同裝載點、不同卸載點以及不同行車路徑開展試驗，根據當前采區現狀收集有效試驗數據54組，基本確定了用電單耗與平均坡比之間是負相關的關系，如散點圖所示。

圖1 用電單耗與平均坡比之間散點圖

根據試驗數據得出了不同坡比對應的用電單耗。

表2 不同坡比對應的用電單耗情況

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

表3 試驗前后YX06#純電動礦用卡車主要生產指標參數對比情況

4 應用成果

通過成本路徑優化試驗的不斷開展，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，從數據源頭上保障了數據準確率；驗證了以往僅安排YX06#在東幫主運輸道路區域裝運廢土作業的單一性錯誤，同時也找出了目前采區范圍內成本最優的運輸路線。通過開展YX06#成本及路徑優化試驗，找出了目前采場范圍內用電單耗最低的工況條件，即：①從1290m平臺經西幫公路發運礦石至新田車間；②平均運距2.4km；③平均坡比8.1%；當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 經濟效益

按工業用電費用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%，優勢巨大。

根據試驗結論精心組織生產，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出測算，年平均運輸功以TR50車型73.5萬m3·km/a為基準，較燃油車型節約單耗成本=73.5*10000*0.5*（1.06-0.02）=38.22萬元。

根據以往統計數據可知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充電次數減少2次/天計算，其年增加生產作業時間=358*0.8*2*65%（出勤率）*0.75(利用系數)=279h，年增加運輸功=138m3·km/h（臺時運輸能力）*279h=38502m3·km/h，增加運輸功創效=38502*2.14元/m3·km=8.24萬元

通過優化YX06#純電礦用卡車成本及路徑，找出了目前采場范圍內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，增加礦車生產作業時間，年節約動力單耗成本及增加運輸功創效=38.22+8.24=46.46萬元。

6 結語

YX06#純電動礦用卡車在動力單耗方面的巨大優勢使其正常運行四年后即可平攤設備前期投資改造成本，其配件單耗方面成本仍具有進一步降低整體運行成本的潛力優勢。

面對未來幾年生產成本大幅攀升的巨大壓力及挑戰，華聯鋅銦直視困境加大科技創新，大力倡導新能源驅動技術，此次TR50車型“油改電”試驗為進一步創造60-120噸級以上礦車“油改電”技術積累了豐富經驗，在現如今國家大力倡導“綠水青山就是金山銀山”的綠色經濟背景下，華聯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道路。