Экономика замены дизельного парка горно-шахтного оборудования на электрический

Экономика замены дизельного парка горно-шахтного оборудования на электрический

Julian Varaschina, Euler De Souza Ph. Db

aGoldcorp, Ontario, Canada bQueen’s University, Kingston Ontario Canada

За последние 10 - 15 лет возрастания энергетических затрат, особенно для дизельного топлива, помогли разрушить предельные нижние показатели горнодобывающих компаний по всему миру. В то же время, растет упор на уменьшение воздействия дизельных выбросов на подземных рабочих. Постоянство этих тенденций, вероятно будет сильно поддерживать электрическое горно-шахтное оборудование, которое могло бы устранить все проблемы с качеством воздуха связанное с дизельными двигателями, а также обеспечить стабильную альтернативную цену по отношению к дизельному оборудованию. Текущие условия создают стимул для изучения экономики электрического оборудования горно-шахтной промышленности, по снижению затрат на топливо и прочей экономии средств которая может способствовать снижению эксплуатационных расходов. Потенциальные источники сокращения затрат включают в себя уменьшенные затрат на вентиляцию, уменьшение стоимости топлива, уменьшение затрат на разработку и уменьшение выбросов CO2.

В данной статье показано, как инженерная-техническая модель может быть разработана, для изучения и сравнения экономики дизельного и электрического оборудования. Модель рассматривает как операционные и капитальные затраты на дизельное топливо и электрическое оборудование, так и другие источники экономии средств, перечисленных выше.

Ключевые слова: вентиляционное отверстие, вентиляция, экономика, оценка, электричество, дизель, оборудование.

1. Введение и справочная информация

Одна из самых больших производственных (операционных) затрат по добыче - энергия, требуемая извлечь и обработать минеральные руды. Эту необходимость энергии, как правило, удовлетворяет дизельное топлив, или мощность электрических сетей.

Исторически (начиная с середины 1980-х годов), низкие и стабильные цены на энергию затруднили бы оправдание инвестиций для увеличения эффективности использования энергии [1]. Однако, увеличение стоимости дизельного топлива с середины 2000-х теперь может позволить осуществить переход к более эффективным технологиям и, если это возможно отказываясь от дизельного топлива.

Влияние дизельного топлива в частности на производственные затраты было идентифицировано в отчетах отраслевых аналитиков, таких как PricewaterhouseCoopers [2] и Ernst & Young [3]. В 2012 году последними, дизельное топливо было определено как второй по величине фактор по росту затрат в Южноафриканской горнодобывающей отрасли после того, как она возросла в годовом показателе на 15,7% с 2007 года.

В подземных горно-шахтных работах процесс интенсивного извлечения энергии еще более увеличивает потребность вентиляции рабочей среды.

В целом, вентиляция требуется для того, чтобы обеспечить рабочих и дизельные двигатели источником свежего воздуха, растворить и удалить вредные вещества, производимые в процессе добычи. К ним относятся следующее [4]:

• токсичные выхлопные газы оборудования;

• дизельные твердые примеси в атмосфере;

• тепло;

• пыль (кварц);

• и уничтожение паров.

Несмотря на то, что есть множество причин вентилировать шахту, вероятно, что большинство затрат, понесенных для вентиляции, в частности обусловлены использованием дизельных двигателей под землей и являются требованием во многих горнодобывающих странах, в целях подачи необходимого объема воздуха на рабочее место.

В докладе 2005 года, совместно опубликованным канадской Промышленной Программой для Энергосбережения (Canadian Industry Program for Energy Conservation - CIPEC), Ассоциацией Добычи Канады (Mining Association of Canada - MAC) и Природных ресурсов Канады (Natural Resources Canada - NRCan) подробно рассмотрено то, как энергия расходуется в подземных горно-шахтных работах и определено на примере 11 подземных работ что вентиляция безусловно была наиболее интенсивным энергетическим процессом перед дроблением; что составляет около 50% потребляемой энергии, и от ⅓ до ⅖ энергетических затрат перед дроблением. Долларовые затраты на вентиляцию подземных операций колебались от 1.59$ до 4.18$ (корректировка доллара США к 2014) за тонну руды [5].

В дополнение к устойчивому увеличению цен на дизельное топливо, промышленность также столкнулась с более строгими стандартами как качество подземной рабочей среды, так и допустимые уровни вредных веществ, которые выделяются в дизельном выхлопе. В частности, промышленность стоит перед исследованием дизельных твердых частиц (Diesel Particulate Matter - DPM), общего содержания атмосферного углерода (atmospheric Total Carbon - TC), атмосферного элементарного углерода (atmospheric Elemental Carbon - EC) и двуокиси Азота (NO2). Промышленность также стоит перед возможным переходом к новому стандарту двигателя, т. е. Tier 4, от настоящего стандарта двигателя Tier 3. Однако, из-за этих изменяющихся стандартов и высоких цен на топливо трудно знать, какие новые или существующие технологии будут лучше всего служить промышленности и обеспечивать самыми низкими ценами в последующие годы.

2. Альтернативы дизельному оборудованию

На протяжении многих лет, несколько технологий, которые были предложены в качестве альтернативы стандартному подземному дизельному оборудованию. Они, по крайней мере, включают следующее:

Электросеть и контактная линия электрического оборудования; Работающее от аккумулятора электрическое оборудование; Гибридное дизельное/электрическое оборудование; Оборудование на топливном элементе водорода.

В действительности, единственная коммерчески доступная альтернатива подземному дизельному оборудованию является электросеть и контактная линия электрического оборудования, работающие от аккумулятора перевозчики и работающие от маленького аккумулятора совки-погрузчики, и грузовики.

3. Экономика и цена дизельного топлива

С середины 2000-х годов инфляционная скорректированная стоимость (US $ 2014) малосернистой сырой нефти на мировых рынках увеличилась с около $ 40/барр. на между $ 50/барр. и $ 80/барр. В какое-то время она даже достигла максимума более чем $ 140/барр., цена на 3 с половиной раза дороже, чем в любой момент в предыдущие два десятилетия.

Неудивительно, что движения мировых цен на нефть в течение этого периода прямо пропорционально сказываются на рост цен на розничное дизельное топливо и бензин. Например, в период между 2003 и 2014 годами реальная розничная цена на дизельное топливо в США выросла от среднегодового показателя $ 1,92/галлон к среднегодовому показателю $ 3,80/галл. Это представляет собой увеличение на 98% розничной цены дизельного топлива, или в годовом исчислении увеличение на 6% за с 12-летний период.

И наоборот, движения цен на нефть не сказывались на средних рыночных ценах на электричество, цены на электричество оставались относительно стабильными. В тот же самый 12-летний период реальная розничная цена электричества в США выросла от среднегодового показаў/кВт · час в 2003 к среднегодовому показаў/кВт · час в 2014. Это представляет только 11%-е увеличение цены электричества, или увеличение на 0.9% в годовом исчислении за период [1]. Реальные розничные цены на дизельное топливо и электроэнергию в США 1999 - 2014 годы можно увидеть на рисунке 1.

Рис. 1. Реальные розничные цены на дизельное топливо и электроэнергию в США 1999 - 2014 годы.

4. Оценка капитальных и эксплуатационных расходов

4.1 Капитальные затраты ПДМ

Несколько недавних публикаций соглашаются, что электрические погрузочно-доставочные машины (эПДМ) имеют более высокие капитальные затраты по сравнению с традиционными дизельными ПДМ [6] [7] [8].

Консенсус среди источников в том, что капитальные затраты на эПДМ составляет примерно на 20% выше, чем дизельной ПДМ, однако, разница видна для некоторых более мелких единиц оборудования и достигает 30% [7]. В дополнение к первоначальной надбавки на эПДМ, Мур отмечает в своей статье, что прицеп с дизельной генераторной установкой может потребоваться для перемещения эПДМ за пределы диапазона ближайшего отбора мощности и они могут добавить дополнительные 10-20% на стоимость одного эПДМ [6]. Полная надбавка может быть выше стоимости дизельного LHD в диапазоне от 20% до 50%.

Однако несмотря на установленную надбавку для эПДМ, две статьи предполагают, что она может быть не совсем велика. Например, статья 2014 года предполагает, что для погрузчиков аналогичных ковшовых мощностей, “капитальные затраты … для дизельных и электрических машин похожи” [9]. Кроме того, статья 2012 года развивает формулы оценки стоимости для обоих типов ПДМ, и они не показывают предполагаемую надбавку для эПДМ, при использовании для расчета затрат на машинах равных размеров ковша [10].

Например, уравнения 1 и 2 были взяты из статьи 2012 года, и они показывают два экспоненциальных отношения, разработанные используя единственный регрессионный анализ (single regression analysis - SRA) для оценки капитальных затрат для дизельной и электрической ПДМ. В статье указывается, что они имеют значение R2 0,923 и 0,953 соответственно.

Для того, чтобы сравнить стоимость дизельных и электрических ПДМ, капитальные затраты были рассчитаны для различных размеров ковша и разность между уравнением 2 и уравнением 1 были разделены по уравнению 1. Результаты можно увидеть на рис.2, который показывает, что для ковша размером более чем 3 кубических метра надбавка на эПДМ, по существу, не заметна. Предположительно, если надбавка существует показатель степени в уравнении 2 был бы гораздо ближе к показателю в уравнении 1. В любом случае, даже если оценка формул не отражают постоянную надбавку на эПДМ, это не доказывает, что надбавка не существует. Одним из возможных вариантов является то, что надбавка могла просто потеряна в пределах допустимой погрешности формул оценки.

������������ ������ �������������� ��������=332,670��0.586	(1)
�������� �������������� ��������=400,060��0.484	(2)

Рис. 2 Формула Оценки Дизельных и электрических затрат не показывает надбавку на эПДМ.

4.2 Эксплуатационные расходы ПДМ

Эксплуатационные расходы на эПДМ были зарегистрированы, как ниже, так и выше, чем их дизельные аналоги [6] [7] [8] [9]. Различия, о которых сообщают в эксплуатационных расходах, как правило, обусловлено разницей в стоимости между дизельным топливом и цен на электроэнергию, а также дорогим техническим обслуживанием передвижного кабеля. Хотя Парасзкзэк утверждает, что эксплуатационные расходы на эПДМ должны быть ниже, при правильных условиях эксплуатации из-за их длительного и непрерывного использования в шахте Кируна в [9] Швеции, он также считает, что в соответствии с руководством оценщика 2010 года эксплуатационные расходы для эПДМ являются на 15 % выше, чем для дизельных.

С другой стороны, Джейкобс находит в руководстве австралийского оценщика 1993 года, что затраты на обслуживание для эПДМ, оцениваются, приблизительно на 30% ниже, чем для дизельных ПДМ [8].

Однако, позже он дополняет свой анализ почасовыми затратами на обслуживание существенными 60% для перемещение передвижного кабеля. Предположительно, чтобы соответствовать надбавке от 15% до 20% описанной в руководстве Оценщика 2010 года используемым Парасзкзэк.

Наконец, в статье 2012 года Сайади и др. [10] можно увидеть, как эксплуатационные расходы (не принимая во внимание труд оператора) и для дизельного ПДМ и для эПДМ разбиты на их составные части, рисунок – 3.

Рис. 3. Компоненты эксплуатационных расходов от Sayadi и др. [10].

В статье не говорится, которые общие почасовые эксплуатационные расходы выше или ниже, тем не менее, если мы предположим, что нет никакой разницы в том, как дизельные ПДМ и эПДМ потребляют смазочные материалы, шины и быстро изнашиваемые части, это означает, что совокупные почасовые эксплуатационные расходы на эПДМ ниже, поскольку это объяснило бы, почему эти три категории кажутся пропорционально больше.

Если работа завершена, затраты на обслуживание эПДМ вышли бы на 30% ниже, стоимость топлива была бы приблизительно на 50% ниже, и совокупные эксплуатационные расходы будут на 30% ниже.

5. Экономическая оценка оборудования, используя среднегодовой метод калькуляции

В общем, стоимость рабочей силы не следует разделять от других эксплуатационных затрат при сравнении аналогичных видов оборудования. Также верно, что затраты на обслуживание не отдельные от эксплуатационных расходов. На самом деле, все затраты на техническое обслуживание, в том числе стоимость рабочей силы для завершения технического обслуживания, следует рассматривать как подмножество эксплуатационных расходов транспортных средств.

Согласно методу Среднегодовой стоимости [11], среднегодовая стоимость для запуска части оборудования, равна сумме амортизации, процентов и эксплуатационных расходов.

Например, уравнение 1 и его аналог для операционных затрат уравнение 3, может быть использован для аппроксимации первоначальных капитальных и эксплуатационных затрат для 4.8м3 дизельного ПДМ в $ 833,333 и $100/час соответственно. Эти оценки могут затем быть объединены с предположениями, перечисленными в таблице 1, для того чтобы определить средние годовые затраты для каждого типа оборудования, как показано в таблице 2.

Дизельный ПДМ Оп. Расходы=36.19��0.638

(3)

Таблица 1. Среднегодовые расходы.

Параметр	Величина
ПДМ размер ковша	4.8m3
эПДМ Cap. Ex. надбавка	20%
эПДМ Op. Ex. надбавка	15%
Время работы час/год	6,000
Заработная плата работника в год	$100,000
Количество работников	4
Продолжительность работ	4 года
Амортизация за год	20%
Остаточная стоимость	20%
Стоимость капитала	8%

Как видно из средних годовых затрат для каждой единицы оборудования, даже если эПДМ будет стоить на 20% больше, чем дизельная ПДМ и будут на 15% больше, чем дизели работать (не учитывая затрат на рабочую силу), в основном они только на 11% дороже в ежегодной эксплуатации.

Если предположить, что эксплуатационные расходы электрического оборудования могут варьироваться в зависимости от условий их эксплуатации, можно использовать целый ряд эксплуатационных расходов, чтобы увидеть, как они влияют на среднегодовую стоимость.

Таблица 2. Средне годовые расчеты затрат

Параметр	ПДМ	эПДМ
Капитальные затраты	$0.83 M	$1.00 M
Остаточная стоимость	$0.17 M	$0.20 M
Среднегодовые вложения	$0.50 M	$0.60 M
Среднегодовой процент	$0.04 M	$0.05 M
Op. Ex. Less Labour	$0.60 M	$0.69 M
Годовые трудовые затраты	$0.40 M	$0.40 M
Ежегодная амортизация	$0.17 M	$0.20 M
Среднегодовые затраты	$1.21 M	$1.34 M

Соответственно, на рисунке 4 показана зависимость средних годовых затрат эПДМ от эксплуатационных расходов. Можно заметить, что, несмотря на предполагаемые капитальные расходы на 20% выше, если эксплуатационные расходы предполагаются равными по отношению к дизельным ПДМ, то среднегодовая стоимость эПДМ составляет всего на 3% выше, чем дизельные ПДМ. Поскольку предполагается, что эксплуатационные расходы будут ниже, чем дизельные ПДМ, можно видеть, что эПДМ становятся менее дорогостоящими, в целом, опять же, несмотря на более высокие капитальные вложения.

Рис. 4. Зависимость среднегодовых расходов эПДМ от Op. Ex.

6. Оценка требований потока воздуха для электрического оборудования

Две последней статьи описывают требования вентиляции для отвода тепла в подземной шахте. Первая описывает тепло, произведенное дизельным оборудованием [4], и вторая описывает тепло, произведенное электрическим оборудованием [12]. Первая статья оценивает, что скорость потока, необходимая для предотвращения увеличения температуры воздуха больше чем на 20°C для определенного объема двигателя и его предполагаемого потребления дизельного топлива. Было установлено, что скорость потока 0.075м3/сек на кВт была необходима для предотвращения увеличения температуры выше 20 °C. При утверждении основного предположения, что электродвигатели производят 1/3 тепла при равном объеме работы [6] [9], возможно это означало бы что для электрического оборудования требуется скорость потока 0.025м3/сек на кВт.

Вторая статья предполагала, что тепло части электрического оборудования способствовавшая рабочей среде, было эквивалентно номинальной мощности двигателя. Это также предполагало, что двигатели машин парка электрического оборудования могли быть приблизительно на 70% так же мощны, как их дизельные альтернативы. Затем использовалось моделированное программное обеспечение для определения требуемого потока воздуха для предотвращения превышения температуры 30°C в самых глубоких частях разных моделей шахт.

Было установлено, что в глубокой шахте с небольшим количеством тепла исходящим от основной породы, скорость потока 0.04м3/сек за кВт могла поддержать желаемую температуру. В не глубокой шахте необходимая скорость потока оказалась 0.03м3/сек за кВт.

Оба эти подхода полезны, поскольку они демонстрируют величину потока воздуха, который, может соответствующим образом снабжать электрическое оборудование. Однако, следует учитывать дополнительные факторы для определения величины потока воздуха которую можно уменьшить в шахте для полного извлечения пользы от электрического оборудования.

Например, нужно также рассмотреть следующее:

• Вышеупомянутые потоки вычислены, предположив, что каждый элемент оборудования работает в предельной нагрузке на 100% всего времени. В рабочей шахте это маловероятно (даже в случае электрического оборудования, нужно учитывать, как меняющаяся нагрузка влияет на Коэффициенты мощности двигателей машин).

• Регулировки не были сделаны для вспомогательных вентиляторов, и уменьшение размеров вспомогательных вентиляторов может привести к значительной экономии мощности (и также снизить температуру в шахте).

• Способность эффективно высвобождать взрывные пары за допустимое количество времени, должно также рассматриваться при обсуждении нижнего предела сокращения потоков воздуха.

В целях определения общего потока шахты для электрического оборудования, предложено, следовать нижеследующим шагам:

1) Определить среднюю тепловую загрузку парка оборудования, вспомогательных вентиляторов и других источников тепла во время работ;

2) Должно приняться во внимание установка общих требований потока согласно расчетам (или измерениям) коэффициента использования оборудования.

Для требований дрейфового потока воздуха предложены следующие шаги:

1) Рассмотреть вопрос о снижении ожидаемой максимальной загрузки тепла (определяется от макс. количества кВт, который будет работать в начале в одно время) на коэффициент нагрузки двигателя/мотора;

2) Убедитесь, что вспомогательные вентиляторы обеспечат достаточным объемом воздуха для:

a. поддержания соответствующей скорости потока для работы в дрейфе;

b. предоставления дрейфу возможности быстрой очистки от взрывных паров.

В целях определения тепловой загрузки в дрейфе считают, что у ПДМ на 300 кВт в среднем мог бы быть коэффициент нагрузки двигателя чуть более чем 50%. В этом случае расход топлива был бы приблизительно 50 л/час вместо ~90 л/час [4], который потреблялся бы под предельной нагрузкой. Эти расчеты можно было бы считать разумными, как это, оказывается пропорционально 40 л/час которые Джейкобс спользовал для ПДМ на 256 кВт в его анализе рентабельности [8].

В этом случае можно было утверждать, что дизельный ПДМ в среднем требует 0.0375м3/сек за кВт для рассеивания тепла. Если предположить, что в среднем эПДМ будет делать ту же самую механическую работу, как ПДМ, и что каждый из них имеет тепловой КПД 35% и 90% соответственно, тогда 0.0375м3/с на кВт может быть разложен на 0,4 (0,35 /0.90 = 0,39), что приводит к требуемому потоку воздуха 0.015м3/с на кВт. Для учета пиковой нагрузки двигателя и обеспечения коэффициента безопасности, это число может быть округлено до 0,018, или 0,020 м3/с на кВт (20-30%). Это представляет более низкую скорость потока на 65%, чем действующее постановление в Онтарио.

7. Структура для оценки суммарных потенциальных эксплуатационных расходов

7.1 Определение требований дрейфа и уровня

Из-за проблем, которые возникают в тех ситуациях, когда более низкие требования воздушного потока приведут к очень низким уровням потока в дрейфе, ярчайший пример экономии на местном уровне, где потоки будут меняться от умеренных до высоких. Поэтому Хорошим примером может служить уровень или дрейф, где карьерный самосвал и ПДМ работают совместно (т. е. оба работают одновременно).

Например, дизельный карьерный самосвал на 30 т с двигателем (на 410 л. с.) на 305 кВт и дизельным ПДМ на 6 ярдов с двигателем (на 270 л. с.) на 200 кВт, как правило, требовали бы 32 м3/сек (68 kcfm) в 0.063 м3/сек за кВт. Принимая 25%-ю утечку, вентилятор должен поставлять 40 м3 /сек (85 kcfm).

Предполагая, что эти части оборудования были заменены 35 тонным карьерным самосвалом с электрическим токоприемником с дизельным двигателем 72 кВт (400 кВт главного привода) и 6 ярдным эПДМ с 110 кВт приводом, то требования воздушного потока будут составлять 4,5 м3/сек для карьерного самосвала в 0,063 м3 /сек на кВт для дизельного и 2,2 м3 /сек для эПДМ на 0,02 м3/сек на кВт для электрического. Комбинированные поставки будут 6,7 м3/сек (14 kcfm) или 8,5 м3/сек (18 kcfm) с утечкой в 25%. Соответственно скорость воздуха в дрейфе 4.5МВтx4.5mH значительно упадет, а конечная скорость ~ 0,4 м/сек не будет неуправляема.

Приблизительно подходящий вентилятор согласно параметрам, в таблице 3, можно заметить, что 48 " вентилятор с 150 л. с. потребовался бы для поставки 40 м3/сек (85 kcfm), тогда как 36" 25 л. с. вентилятор может поставить 8,5 м3/сек (18 kcfm).

Параметр	Q1	Q2	Q3
Поток (cfm)	85,000	18,000	18,000
Вентканал (ft)	492	492	492
Duct k-factor	25	25	25
Диаметр вентканала (in)	60	60	36
Hs (in w. g.)	3.55	0.16	2.05
Диаметр вентилятора (in)	48	48	36
Hv (in w. g.)	2.85	0.13	0.40
Ht	6.40	0.29	2.45
rpm	1780	n/a	1780
Л. С. двигателя	150	n/a	25
Лопасть ∠	28°	n/a	20.5°

Таблица 3. Уменьшение размера вспомогательных вентиляторов.

7.2 Определение полного потока воздуха шахты

Основной вариант развития событий предполагался для дизельного парка при 3,000 тонн в сутки работ по твердой породе. Оценки для полной установленной дизельной мощности различных типов оборудования и их Использования были объединены, чтобы определить, сколько вентиляции будет требоваться для каждого типа подземного оборудования. Таблица 4 показывает первоначальные оценки для дизельной мощности, использованной в месте работы и воздухе, требуемом для вентиляции в 0.063 м3/сек за кВт.

Для того, чтобы определить, как скорость потока будет меняться с электрооборудованием, Используемые кВтс были учтены различиями двигатель / мощность мотора отмеченной в предыдущем подразделе, а затем умножается на новый уровень скорости 0.02 м3/сек на кВт. Так, например, 3,000 Используемых kWs, принятые для Карьерных самосвалов, были умножены на (400/300), чтобы получить 4,000 Используемых kWs, и затем 0.02 м3/сек на кВт, чтобы получить 80 м3/сек. Электрические Погрузчики как предполагалось, имели моторную силу 70 кВт по сравнению с дизельными Перевозчиками на 100 кВт.  Как видно в таблице 4, потоки уменьшились на ~ 60%.

Equipment Type	Utilized kWs	Base Q m3/s (kcfm)	New Q m3/s (kcfm)
Погрузчики	1,200	75 (160)	20 (40)
ПДМ	1,350	85 (180)	15 (30)
Карьерные самосвалы	3,000	190 (400)	80 (170)
Тележка/Просеиватель	160	10 (20)	10 (20)
SLs/ANFO Погрузчик	320	20 (40)	20 (40)
Автокран	320	20 (40)	20 (40)
Вспомогательные вент	n/a	10 (30)
Итого	6,350	400 (850)	175 (370)

Таблица 4. Расчет полного потока воздуха шахты.

7.3 Определение экономии топлива

Для расчета расхода топлива, предположения (или измерения) должны быть сделаны для отрезка времени в котором оборудование работает в среднем и сколько топлива потребляется в среднем во время его работы.

Например, Эффективное использование оборудования может быть умножено на длину сдвига, чтобы определить, сколько часов в среднем это оборудование работает каждый день. Тогда из бортового компьютера (или какой-либо другой формы сбора данных) расход топлива может быть определен в литрах или галлонах в час. Отношение фактического расхода топлива к максимальному расходу топлива при полной нагрузке двигателя можно было считать средним коэффициентом нагрузки двигателя.  В целях демонстрации того, как экономия топлива может быть рассчитана, можно предположить следующее:

средний Коэффициент нагрузки Дизельный двигатель: 0,55 средний Коэффициент нагрузки электрический двигатель: 0,80 Мощность двигателя кВт ≈ 70% дизельного двигателя кВт

Эти значения могут быть применены к ПДМ кВтс из таблицы 4, например, для вычисления, что оба ПДМ (1,350 кВт * 0,55 = 750 кВт) и эПДМ (1,350 * 0,7 * 0,8 = 750 кВт) завершают примерно одинаковое количество работ за час работы. Однако, предполагая, что расход топлива 0,3 л / кВт ∙ ч [4], дизельные двигатели будут потреблять 225 литров топлива в час, или около $180 в топливе на уровне $ 0,8/л. В то время как электроэнергии на $ 0,07/кВт ∙ ч будет стоить всего $ 53 за тот же час.

7.4 Прямая экономия затрат

7.4.1 Основная экономия вентилятора

Предполагая, что есть 2 главных вентилятора для этой шахты и каждый поставляет по 200 м3 / сек при полном заданном значении давления 3 кПа (12” w. g.) и КПД вентилятора 83%, а затем, используя уравнение 4 (метрика) мощность главных вентиляторов может рассчитывается по 725kW каждая.

��вентилятор=(����∙��)/��

(4)

Если предположить, что никаких изменений в остальной части вентиляционной системы, а также диаметры вентиляторов по 112 ", то Уравнения 5 и 6 могут быть использованы для определения того, что снижение скорости потока до 175 м3/сек приведет к системе общего давления (0,57 кПа + 0,11 кПа) 0,68 кПа, снижение на примерно 75%. Опять же, используя уравнение 4 и предполагая, аналогичные КПД вентилятора, можно увидеть, что новое давление в системе будет означать мощность вентилятор 72кВт для каждого, уменьшение мощности на примерно 90%.

����2=(����1∙ ��22)/��21

(5)

����=0.6007∙��2

(6)

Предполагая, что главные вентиляторы работали 24 часа в сутки 360 дней в году, при $ 0,07 / кВт ∙ ч разница в эксплуатационных расходах составит $ 790,000 в год.

7.4.2 Экономия вспомогательных вентиляторов

Аналогичный анализ можно сделать для местной вентиляции на рабочем уровне, как в примере, описанном в разделе 7.1. Предполагая, что затраты на электроэнергию на $ 0,07 / кВт ∙ ч и вспомогательный вентилятор имеет коэффициент нагрузки 0,85, использования 0,75 и работает 365 дней в году, можно подсчитать, что 150л. с. вентилятор будет стоить $ 43700 в год, в то время как 25л. с. вентилятор будет стоить всего $ 7300 в год. Если аналогичные 40 установок вентиляторов существовали бы в подземной шахте, разница в издержках электроэнергии составит $ 1.46M в год. Общие требования к мощности для сетки шахты снизится на 3.7 мВт.

7.4.3 Экономия топлива

Предполагая, что те же самые факторы, перечисленные в Разделе 7.3, были применены ко всему оборудованию в Таблице 4, тогда полный счет на топливо составит $2.75 миллиона в год для дизельного оборудования против всего лишь $0.82 миллионов для электрического. Различие в стоимости топлива составляла бы $1.93 миллионов каждый год.

8. Оценка потенциальной экономической выгоды электрического оборудования

Рассмотрение источников экономии расходов уже обсудили, можно заметить в Таблице 5, что они составили бы $4.2 миллиона в год. Однако есть дополнительные источники экономии, которые могли бы еще больше сократить ежегодные эксплуатационные расходы, и они включают следующее:

• нагрев и / или охлаждение шахтного воздуха

• Меньшие подъемы и уклоны

• И возможно в будущих кредитах CO2

Например, если предположить, что данная операция завершается около 7000м (20м / день * 350 дней) 5.5mWx5.5mH освоения месторождения в год, уменьшая размер канала, используемого для вентиляции с 60 "до 36" в диаметре может уменьшить объем материала каждого метра при освоении месторождения на 2,75 кубических метров (0,5м * 5,5 м). Если предположить, что затраты на освоение месторождения $ 145 за кубический метр, то в течение года затраты на освоение месторождения будут сокращены на $ 2.79 Mиллиона.

Также можно ожидать, возможную квоту на выброс углерода или налог добавленный к преимуществам, предлагаемым электрическим оборудованием. Если предположить, что каждый литр дизельного топлива излучает 0.00269 т СО2 и каждый МВт · ч электроэнергии излучает 0.133 т СО2 (Онтарио), можно рассчитать, что замена дизельного топлива снижает выбросы СО2 приблизительно на 7,750 т в год и что сокращение потребляемой мощности вентиляции приведет к дальнейшему сокращению выбросов CO2 на 4,275 т в год. Принимая подобную цену за выбросы углерода как в ЕС (€20/т ≈ $27/т), эта экономия составили бы дополнительную экономию $0.3 миллиона в год.

Опер расходы	Экономия
Топливо	$1.9M
Мощность основного вентилятора	$0.8M
Мощность вспомогательного вентилятора	$1.5M
ИТОГО	$4.2M
Уменьшение использования пропана	$0.5M
Развитие	$2.8M
Итоговые кредиты углерода	$0.3M
ИТОГО, потенциальная экономия	$7.8M

Таблица 5. Потенциальная Экономическая выгода электрооборудования.

Если эти сбережения были реализованы золотым рудником, который произвел 200000 унций золота в год с денежными затратами на 700 / унцию, эта экономия затрат позволила бы сократить свои денежные затраты на ~ $ 39 / унцию, которая приравнялась бы к ~ 5,6% снижению эксплуатационных расходов. В качестве альтернативы, предполагая, полную себестоимость в размере $ 900 / унцию экономия будет приравнена к на 4,3% снижения эксплуатационных расходов на.

Поскольку мировые цены на нефть оказались неустойчивыми, можно рассмотреть вопрос о том, как сокращение денежных издержек будет менять стоимость дизельного топлива. На рисунке 5 видно, что с дизельными ценами в диапазоне от 60 до 120 центов за литр общий потенциал снижения денежных затрат колеблется от 5,1% до 6,6%.

Рисунок 5. Op. Ex. Чувствительность к ценам на топливо.

9. Итоги, выводы и будущая работа

Возможно видеть, что цены на дизельное топливо, в частности, обеспечивает значительный стимул для поиска альтернативных источников энергии. Тем не менее, также можно видеть, что существует целый ряд других факторов, которые способствуют эксплуатационным расходам в шахте, которая может быть уменьшена за счет отказа от традиционного дизельного оборудования. В частности, снижение потребляемой мощности не только главных вентиляторов, но и вспомогательных вентиляторов, а также объемом развития, которое в настоящее время должно делаться, чтобы поддержать существующие методы вентиляции способствующих эксплуатационным расходам. Используя разумные примеры, эта статья показала, эксплуатационные расходы могут быть снижены на величину порядка 5% за счет оптимизации использования энергии и вентиляции в подземных шахтах твердых пород. Однако, следуя аналогичной методологии с более усовершенствованными числами, возможно, с использованием тематического исследования реального мира, можно выявить еще больший потенциал для снижения затрат.

Использованная литература

[1]U. S. Energy Information Administration, Short-term Energy Outlook, Retrieved Feb 25, 2015from Data - Real Prices Viewer:http://www. eia. gov/ forecasts/steo/realprices/

[2]PwC, Mine: The Growing Disconnect, RetrievedNov 07, 2014, from Global mining publications, thought leadership and studies:https://www. pwc. ch/user_content/editor/files/publ_energy/pwc_mine_the_growing_disconnect_e. pdf

[3]EY, Cost Control and Margin Protection in theSouth African Mining and Metals Industry (2013),Retrieved Nov 07, 2014, from Cost Control andMargin Protection in the South African Miningand Metals Industry: http://emergingmarkets. /cost-control-south-african-mining-industry

[4] J. D. Stinnette, Establishing Total Airflow Requirements for Underground Metal/Non-metal Mines based on the Diesel Equipment Fleet, Queen's University, Kingston, Ontario, Canada 2013.

[5] Competitive Analysis Centre Inc., Benchmarking the Energy Consumption of Canadian Underground Bulk Mines, Canadian Industry Program for Energy Conservation (CIPEC), Ottawa, 2005.

[6] P. Moore, Plugging the gap underground, Mining Magazine (Nov, 2010) 40-46.

[7] J. Paraszczak et al., Electric load-haul-dump machines: real alternatives for diesels?, CIM Journal Vol. 4, No. 1 (2013).

[8] W. Jacobs, Electric LHDs in Underground Hard Rock Mining: A Cost/Benefit Analysis, School of Mechanical and Chemical Engineering, University of Western Australia, Crawley, Western Australia (2013).

[9] J. Paraszczak et al., Electrification of Loaders and Trucks - A Step Towards More Sustainable Underground Mining, International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Renewable Energy and Power Quality Journal, Cordoba, Spain, 2014.

[10] A. R. Sayadi et al., Hard-rock LHD cost estimation using single and multiple regressions based on principal component analysis, Tunnelling and Underground Space Technology (2012) 133-141.

[11] P. L. McCarthy, Hard-Rock Equipment Selection and Sizing, in P. Darling, SME Mining Engineering Handbook (2011) 1143-1155, Society for Mining, Metallurgy & Exploration.

[12] M. Kerai and A. Halim. Ventilation Requirement for Electric Vehicles in Underground Hard Rock Mines - A Conceptual Study, Journal of Research Projects Review (2012), 45-50.