兗州中材對(duì)純電動(dòng)寬體車在德安萬(wàn)年青石灰石礦山進(jìn)行了一年的應(yīng)用實(shí)踐。10輛純電礦車完成了339萬(wàn)噸礦石的運(yùn)輸任務(wù)，每噸礦石的運(yùn)輸電耗僅0.032kWh，成本只有燃油車的4%。電動(dòng)礦車的重載下坡電能回饋是實(shí)現(xiàn)該節(jié)能效果的主要技術(shù)手段。電動(dòng)車每往返一趟耗電量?jī)H1kWh，充電一次可連續(xù)運(yùn)行2-3天，快充電池每次充電平均耗時(shí)不足30分鐘。通過(guò)該批快充電動(dòng)車使用，德安萬(wàn)年青石灰石礦山一年來(lái)減少柴油消耗30.51萬(wàn)升、減碳219噸，體現(xiàn)了先進(jìn)綠色設(shè)備帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
一、前言
生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展是辯證統(tǒng)一、相輔相成的，建設(shè)綠色礦山不僅可以滿足人民日益增長(zhǎng)的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要，而且可以推動(dòng)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)、更為安全的發(fā)展。
“綠水青山就是金山銀山”--兗州中材為積極推動(dòng)國(guó)家綠色礦山建設(shè)，在德安萬(wàn)年青石灰?guī)r礦山開(kāi)采項(xiàng)目中，選購(gòu)了10輛超快充純電動(dòng)寬體自卸車，用于礦石的運(yùn)輸和山皮土排運(yùn)。這批車輛由湖州宏威新能源汽車有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，配備了微宏動(dòng)力先進(jìn)的145kWh快充動(dòng)力電池、額定功率430kW的雙電機(jī)及法士特礦山專用自動(dòng)檔變速箱。自2021年5月正式投入運(yùn)營(yíng)，迄今已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了一年時(shí)間。
二、運(yùn)行總結(jié)
1. 運(yùn)量與能耗成本
自2021年5月到2022年4月，完成了339萬(wàn)噸的礦石運(yùn)輸作業(yè)，此外還進(jìn)行了排土作業(yè)9000余車次。
純電動(dòng)寬體車礦石運(yùn)輸?shù)缆窞榭蛰d上坡，重載下坡。路線和坡度如下圖所示。
礦石運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距平均約1.5公里，海拔落差約平均85米，平均坡度約5.6%。純電動(dòng)車輛在下坡時(shí)，可以利用電機(jī)的反拖力進(jìn)行制動(dòng)，在不消耗剎車片的同時(shí)，回收可觀的電能。因此可以大大節(jié)約能量消耗。
排土作業(yè)為平路運(yùn)輸，占比較少。
礦石運(yùn)輸路況主要分為兩個(gè)平臺(tái)：
435平臺(tái)作業(yè)
450平臺(tái)作業(yè)
一年時(shí)間，完成總運(yùn)量339萬(wàn)噸，總耗電107938kWh。平均每噸礦石耗電量0.032kWh。按照0.7元/kWh電價(jià)計(jì)算，每噸礦石的運(yùn)輸成本約2.24分錢。
2021年5月至2022年4月，每個(gè)月的平均運(yùn)輸量和平均單耗如下圖所示。
2.電動(dòng)礦車節(jié)能分析
在本項(xiàng)目礦石運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)路線上，滿載約90噸的車輛下坡時(shí)，勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并通過(guò)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出來(lái)的電經(jīng)過(guò)交流-直流變換后儲(chǔ)存進(jìn)了動(dòng)力電池。這個(gè)過(guò)程稱為“能量回饋”，它同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了車輛的制動(dòng)，幾乎完全避免了剎車片的損耗。以某一趟運(yùn)輸為例，空車從卸料點(diǎn)到上料點(diǎn)上坡，消耗了14.5度電；滿載后從上料點(diǎn)回到卸料點(diǎn)，電池電量增加了15.1度電。這一次往返一趟里程3.3KM，耗電- 0.6度，即電池電量反而多出來(lái)0.6度電。
這個(gè)過(guò)程可以理解為礦石的勢(shì)能被轉(zhuǎn)換成了電能，用于運(yùn)輸過(guò)程的能耗。由于礦石的勢(shì)能是來(lái)自于大自然，因此這部分回饋的電能屬于零碳的“綠電”。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，影響電耗或者能量回收的因素包括：
道路的平均坡度。經(jīng)驗(yàn)值，平均坡度達(dá)到6-7%時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)“0”電耗。此時(shí)重載下坡回饋的電量和空車上坡消耗的電量打平，實(shí)現(xiàn)類似“永動(dòng)機(jī)”的效果。在此工況下，即便車輛配備小容量的電池（本項(xiàng)目的電池容量為145kWh），車輛充一次電也能夠連續(xù)工作2-7天。
電池接受回饋的能力。純電動(dòng)寬體車，配備了額定功率430kW、峰值功率550kW的電機(jī)，滿載90噸下坡時(shí)，觀測(cè)到的電機(jī)發(fā)電電流（直流側(cè)）最大可達(dá)780A。如果電池不能接受這么大的電流，車輛必然表現(xiàn)為電制動(dòng)力不夠，需要使用機(jī)械剎車來(lái)補(bǔ)充制動(dòng)。這不僅增大了車輛運(yùn)輸?shù)碾姾模苍黾恿藙x車片的磨損。本項(xiàng)目使用的145kWh快充動(dòng)力電池，最大充電電流可達(dá)800A，能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)電能的回饋，從而表現(xiàn)出了極低的電耗。
路面因素。硬化路面、碎石路面、松軟的土路面，其電耗依次增加。特別地，在雨天濕滑時(shí)，無(wú)論哪種路面都會(huì)表現(xiàn)為電耗的增加。
駕駛因素。熟練操作電動(dòng)車的駕駛員，能夠完全通過(guò)電緩速手柄良好地控制下坡的車速，盡量避免使用機(jī)械剎車。反之，深踩氣剎的駕駛習(xí)慣將顯著增加電耗。
其它因素。冬季駕駛室取暖、夏季開(kāi)空調(diào)，以及夏季動(dòng)力電池的冷卻系統(tǒng)工作，都增加了電耗。雖然其功率看似不大（<3kW），但是相比往返一趟僅1kWh的行駛電耗，這部分電耗比例還是相當(dāng)可觀的。
萬(wàn)年青水泥德安石礦代表了典型的砂石骨料礦的運(yùn)輸特點(diǎn)，即屬于重載下坡工況，非常適合投入純電動(dòng)礦車來(lái)滿足經(jīng)濟(jì)性要求；兗州中材通過(guò)對(duì)不同運(yùn)輸平臺(tái)一年來(lái)的作業(yè)能耗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：最好的經(jīng)濟(jì)性來(lái)源于對(duì)勢(shì)能的回收效率—即勢(shì)能的利用率越高，能量回收能力越好，經(jīng)濟(jì)性越好。
3. 純電動(dòng)礦車的出勤率和可靠性
項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)投入車輛數(shù)為10輛，配備10名司機(jī)，基本為單班生產(chǎn)，除去司機(jī)休息天數(shù)，車輛的出勤率超過(guò)了98.5%（含排土作業(yè)）。
10臺(tái)純電動(dòng)寬體自卸車在運(yùn)營(yíng)期間，經(jīng)歷了春季的潮濕泥濘，夏季的高溫濕熱，以及秋季的強(qiáng)風(fēng)暴雨，冬天的低溫，未出現(xiàn)安全隱患。穩(wěn)定性良好，尤其是電氣穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)秀。
4、快速充電的特點(diǎn)
該批車輛配備的動(dòng)力電池，是微宏動(dòng)力系統(tǒng)（湖州）有限公司生產(chǎn)，除了接受能量回饋的能力強(qiáng)之外，最大的特點(diǎn)是充電快、充電時(shí)間短。這更進(jìn)一步提高了運(yùn)輸單位的生產(chǎn)效率。
隨即選取了11月份幾次典型的充電記錄：
從記錄上看，每次充電時(shí)間從13分鐘—32分鐘不等，平均值在20分鐘左右。相對(duì)比常規(guī)1小時(shí)左右的充電時(shí)間，該充電效率給生產(chǎn)帶來(lái)了一定的便利性，并提高了車輛的出勤效率，增加了單車的產(chǎn)量。
5、售后服務(wù)保障
新能源礦車是一個(gè)技術(shù)相對(duì)復(fù)雜的綜合性新產(chǎn)品，為了完成礦山的生產(chǎn)任務(wù)，需要嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的售后服務(wù)來(lái)保障。為此項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立了備品備件倉(cāng)庫(kù)，包括消耗品、電氣部件以及專業(yè)的檢測(cè)工具，以便及時(shí)解決車輛的使用中遇到的問(wèn)題。充分的備件支持、良好的運(yùn)維管理，使得純電動(dòng)寬體礦車的運(yùn)輸任務(wù)得以順利開(kāi)展。
整車備件
專業(yè)工具
消耗品備件
三、總結(jié)
建設(shè)綠色礦山是新形勢(shì)下保證礦業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的必由之路，綠色礦山建設(shè)是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的重要舉措。兗州中材本著積極推進(jìn)綠色礦山建設(shè)目標(biāo)，遵循科技進(jìn)步、改進(jìn)采礦運(yùn)輸工藝，結(jié)合砂石骨料礦區(qū)特點(diǎn)，不斷提高能源利用水平和環(huán)境保護(hù)水平。
針對(duì)自身砂石骨料礦區(qū)環(huán)境和作業(yè)條件，兗州中材一期投入了10臺(tái)湖州宏威新能源設(shè)計(jì)生產(chǎn)的純電動(dòng)礦車，在德安萬(wàn)年青礦區(qū)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行了一年，完成339萬(wàn)噸礦石運(yùn)輸，每噸運(yùn)輸成本僅2.24分錢。純電動(dòng)車輛出勤率超過(guò)98.5%,表現(xiàn)出了“30分鐘短時(shí)充電，數(shù)天長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行”的良好效果，在提高能源效率、保護(hù)礦山環(huán)境、提升駕駛員操控便捷性、控制使用成本以及車輛數(shù)字化管控等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
在減排方面，純電動(dòng)寬體自卸車依靠電力驅(qū)動(dòng)，10輛車一年運(yùn)輸339萬(wàn)噸礦石，直接減少燃油消耗約30.51萬(wàn)升，對(duì)應(yīng)減少如下的各類污染物排放量：
未來(lái)，德安礦區(qū)要增加產(chǎn)能到600萬(wàn)噸，由此純電動(dòng)寬體礦車將助力實(shí)現(xiàn)上述污染物減排量翻番。
純電動(dòng)礦車的投運(yùn)響應(yīng)了國(guó)家“兩山文化”的理念，兗州中材建設(shè)有限公司以發(fā)展綠色礦業(yè)、建設(shè)綠色礦山，以資源合理利用、節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)礦地和諧為主要目標(biāo)，以開(kāi)采方式科學(xué)化、資源利用高效化、企業(yè)管理規(guī)范化、生產(chǎn)工藝環(huán)保化、礦山環(huán)境生態(tài)化為基本要求，將綠色礦業(yè)理念貫穿于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用全過(guò)程；因地制宜推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一，為轉(zhuǎn)變單純以消耗資源、破壞生態(tài)為代價(jià)的開(kāi)發(fā)利用方式提供了現(xiàn)實(shí)途徑；為砂石骨料行業(yè)摸索出了堅(jiān)實(shí)可行的綠色方案。
