張 飛，周春芳，張永貴

（北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

為深入落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全戰(zhàn)略，魏家峁露天煤礦圍繞“減人、提效、保安全”，堅(jiān)持先進(jìn)性、可靠性和可擴(kuò)展性原則，以機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化這條主線為路徑，按照1 平臺(tái)、1個(gè)網(wǎng)、1 朵云、1 張圖、多個(gè)系統(tǒng)的思路，推動(dòng)智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，全力推進(jìn)智能化示范煤礦建設(shè)。通過就地自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)視化、綜合信息化三級(jí)自動(dòng)化體系，最大限度實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、有人巡視，達(dá)到監(jiān)、管、控一體化及減員增效的目的。再電氣化是魏家峁露天煤礦智能化建設(shè)進(jìn)程中的一個(gè)新技術(shù)研究項(xiàng)目，用新型電動(dòng)卡車代替普通柴油卡車，拓展了電能在露天煤礦的利用范圍和規(guī)模，替代石油終端化石能源消費(fèi)，減少卡車運(yùn)輸過程中的尾氣排放，踐行綠水青山發(fā)展理念[1]。

1 礦山概況

魏家峁露天煤礦是魏家峁煤電一體化項(xiàng)目2 個(gè)子項(xiàng)之一，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部，露天煤礦儲(chǔ)量為9.77 億t，可采儲(chǔ)量為6.86 億t，平均剝采比7.04 m3/t。一期設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力600 萬(wàn)t，于2012 年9 月建成投產(chǎn)并正常生產(chǎn)多年。礦區(qū)平均海拔1 150 m，全年平均氣溫4～14 ℃，環(huán)境溫度適合新能源汽車推廣應(yīng)用；礦區(qū)運(yùn)輸?shù)缆菲露炔怀^8%，平均運(yùn)距約2.6 km，50%～60%重載下坡，地質(zhì)松軟，運(yùn)輸車輛限速20 km/h，作業(yè)工況方面適合新能源汽車運(yùn)行[2]。

露天煤礦剝離采用單斗卡車間斷工藝，上部黃土及部分巖石由外委進(jìn)行剝離，下部巖石及煤炭由自營(yíng)剝采。根據(jù)3 年規(guī)劃，煤電公司招2 個(gè)標(biāo)段，合同期為3 年，第1 標(biāo)段土方約8 440 萬(wàn)m3，綜合運(yùn)距為2 800 m，綜合提升高度為80 m；第2 標(biāo)段土方約8 615 萬(wàn)m3，綜合運(yùn)距2 700 m，綜合提升高度80 m[3]。

2 再電氣化技術(shù)方案

電動(dòng)卡車運(yùn)營(yíng)模式為第三方公司進(jìn)行智能充換電站、周轉(zhuǎn)電池、礦用車等設(shè)備的建設(shè)及購(gòu)買，運(yùn)營(yíng)方式是將電動(dòng)卡車編入現(xiàn)有外委剝離隊(duì)伍，魏家峁煤礦根據(jù)既定產(chǎn)量要求進(jìn)行結(jié)算。剝離運(yùn)輸服務(wù)的期限為3 年，假定每年運(yùn)輸任務(wù)為1 000 萬(wàn)m3黃土。

2.1 電動(dòng)卡車配置

根據(jù)魏家峁露天煤礦生產(chǎn)實(shí)際，外委臨工86、同力875、濰柴坦克H90、徐工P90 等90 t 級(jí)礦用卡運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)，電動(dòng)卡車選用90 t 載重寬體卡車。

按3 年外包剝離招標(biāo)計(jì)劃，以綜合運(yùn)距2 800 m，綜合提升高度80 m 為基礎(chǔ)，分配1 000 萬(wàn)m3/a黃土剝離量用于電動(dòng)卡車運(yùn)輸，按歷年90 t 礦用卡車生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每臺(tái)卡車運(yùn)輸能力25～30 萬(wàn)m3/a，故需配置電動(dòng)礦用卡車40 臺(tái)[4]。

電動(dòng)卡車搭載雙電機(jī)，車體兩側(cè)各1 箱，總?cè)萘繛?60 kWh，價(jià)值180 萬(wàn)元，根據(jù)魏家峁露天煤礦充電礦卡11 月1 日至11 月5 日測(cè)試數(shù)據(jù)，用電單耗為0.45 kWh/（km·m3）。電動(dòng)卡車用磷酸鐵鋰電池，整車外形尺寸:長(zhǎng)9 560 mm、寬3 510 mm、高3 950 mm，大箱尺寸：長(zhǎng)6 000 mm、寬3 200 mm、高1 700 mm，貨廂容積32 m3，車輛最高速度30 km/h，采用永磁同步電機(jī)，電機(jī)額定和峰值功率分別為430 kW和550 kW，電機(jī)額定和峰值扭矩分別為2 720 N·m和4 800 N·m。

2.2 換電站配置

按照“經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、穩(wěn)定、高效”的原則，以設(shè)備為主、高度集成、簡(jiǎn)化周邊設(shè)施、便于快速建站的方式建設(shè)換電站，包括基礎(chǔ)、站體、充電系統(tǒng)、換電機(jī)器人、監(jiān)控系統(tǒng)、供配電設(shè)施及配套的消防、照明、空調(diào)、給排水等設(shè)施。投建2 個(gè)換電工位保證車輛運(yùn)營(yíng)，需占地約1 000 m2，車輛出入方向25 m，車輛寬度方向40 m，車輛貫穿通過。單車換電時(shí)間5 min，駐站電池?cái)?shù)量8 組16 塊，電量充電時(shí)間1.2 h，每小時(shí)換電次數(shù)8 次。充電機(jī)采用左右成組兩倉(cāng)一機(jī)布置方式，即每左右成組2 個(gè)充電倉(cāng)位對(duì)應(yīng)1 臺(tái)充電機(jī)，按在站電池?cái)?shù)量及換電節(jié)拍要求，充電倍率為1C，充電機(jī)功率選型為360 kW。

換電站總價(jià)值3 760 萬(wàn)元，包括換電站站體2個(gè)1 748 萬(wàn)元、站載電池16 組1 152 萬(wàn)元、配電工程560 萬(wàn)元、基建工程300 萬(wàn)元。

3 電動(dòng)卡車運(yùn)營(yíng)成本

3.1 人工成本和燃料成本

1）人工成本。將電動(dòng)卡車編入外委剝離隊(duì)伍，由外委隊(duì)伍負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)和管理。電動(dòng)卡車與油車人工費(fèi)相同，經(jīng)測(cè)算，1 臺(tái)卡車人工成本為18.81 萬(wàn)元。

2）燃料成本。根據(jù)現(xiàn)有外委隊(duì)伍90 t 級(jí)卡車歷年生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，燃油單耗為0.17 L/（km·m3），每臺(tái)車每年運(yùn)輸量按照30 萬(wàn)m3考慮，運(yùn)輸2.8 km 共耗油14.28 萬(wàn)L，按照柴油單價(jià)4.9 元/L 計(jì)算，每臺(tái)車每年燃油費(fèi)用為69.97 萬(wàn)元[5]。根據(jù)電動(dòng)卡車在魏家峁露天煤礦測(cè)試數(shù)據(jù)，用電單耗0.45 kWh/（km·m3）。每臺(tái)車每年運(yùn)輸量按照30 萬(wàn)m3考慮，運(yùn)輸2.8 km共耗電37.8 萬(wàn)kWh，按照電價(jià)1、0.5、0.3、0.1 元/kWh 計(jì)算，每臺(tái)車每年用電費(fèi)用為37.8、18.9、11.34、3.78 萬(wàn)元。

3.2 折舊成本

經(jīng)對(duì)魏家峁露天煤礦外包隊(duì)伍90 t 級(jí)礦用寬體卡車調(diào)研，每臺(tái)臨工86 寬體車價(jià)值65 萬(wàn)元/臺(tái)，按照5 年折舊，每年每臺(tái)車折舊成本為13 萬(wàn)元[6]。

對(duì)電動(dòng)卡車公司調(diào)研，電動(dòng)卡車1 臺(tái)價(jià)格180萬(wàn)元，按照5 年折舊和5%殘值計(jì)算，每年每臺(tái)電動(dòng)卡車折舊34.2 萬(wàn)元。2 個(gè)換電站和配電設(shè)施價(jià)值3 760 萬(wàn)元，換電站和配電設(shè)施按照8 年折舊和5%殘值計(jì)算，每年折舊310 萬(wàn)元，2 個(gè)換電站服務(wù)40臺(tái)電動(dòng)卡車，所以2 個(gè)換電站折舊均攤到每年每臺(tái)電動(dòng)卡車為7.75 萬(wàn)元。站載電池16 組1 152 萬(wàn)元，按照5 年折舊和5%殘值每年資產(chǎn)折舊219 萬(wàn)元，站載電池服務(wù)40 臺(tái)電動(dòng)卡車，所以16 組站載電池折舊均攤到每年每臺(tái)電動(dòng)卡車為5.48 萬(wàn)元。綜上所述，每年每臺(tái)電動(dòng)卡車綜合折舊47.43 萬(wàn)元。

3.3 維修成本

經(jīng)對(duì)魏家峁露天煤礦現(xiàn)有外包隊(duì)伍調(diào)研，礦用寬體車需每月保養(yǎng)1 次，費(fèi)用為1 000～1 300 元；鋼絲輪胎每年換1 套，每臺(tái)車有10 條輪胎，每條輪胎4 800 元，所需費(fèi)用為48 000 元；齒油每年換1 次，費(fèi)用為1 500 元；離合面片3 個(gè)月?lián)Q1 次，費(fèi)用為1 500 元；剎車片每月?lián)Q1 次，費(fèi)用為400 元；空濾每月?lián)Q1 次，費(fèi)用為100 元；黃油每月費(fèi)用為50 元。第2 年、第3 年運(yùn)營(yíng)時(shí)將新增維修項(xiàng)目，鋼板每月至少換2 塊，費(fèi)用至少800 元，發(fā)動(dòng)機(jī)需要大修1 次10 000 元，變速箱需要維修1 次3 000 元，后橋輪轂維護(hù)1 次5 000 元。綜上分析，維修成本逐年增加，柴油卡車平均每年維修成本11 萬(wàn)元[7]。

經(jīng)對(duì)電動(dòng)卡車公司調(diào)研，與柴油卡車相比，電動(dòng)卡車不需要每月保養(yǎng)，不需要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)大修及更換。除此之外，電動(dòng)卡車與柴油卡車維修項(xiàng)目基本相同，故分析預(yù)測(cè)電動(dòng)卡車平均每年維修成本9 萬(wàn)元。

4 運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比

以運(yùn)距2.8 km、提升高度80 m 為前提，從人工成本、燃料成本、折舊成本、維修成本4 個(gè)方面，按照單臺(tái)卡車運(yùn)行1 年，對(duì)比分析電動(dòng)卡車與柴油卡車運(yùn)營(yíng)成本[8]，電動(dòng)卡車與柴油卡車年成本測(cè)算對(duì)比表見表1。

表1 電動(dòng)卡車與柴油卡車年成本測(cè)算對(duì)比表

電動(dòng)卡車燃料成本低于柴油卡車，當(dāng)電價(jià)為0.3元/kWh 時(shí)，電動(dòng)卡車燃料成本為柴油卡車的1/7。但是電動(dòng)卡車初期投資大，卡車、電池包、換電站較貴，折舊成本是柴油卡車的3 倍。

電價(jià)為1 元/kWh 時(shí)，電動(dòng)卡車運(yùn)輸成本1.35元/（km·m3），比柴油卡車略高。電價(jià)為0.5、0.3、0.1元/kWh 時(shí)，電動(dòng)卡車運(yùn)輸成本比柴油卡車低。

1）從社會(huì)效益來(lái)講，電動(dòng)卡車可在近期投入使用。電動(dòng)卡車改變了能源方式，一定程度擺脫了對(duì)石油的依賴；電動(dòng)卡車相比柴油卡車減少了尾氣排放，有利于職工身體健康，有利于環(huán)境保護(hù)；電動(dòng)卡車相較柴油卡車，后期無(wú)人駕駛改造更便捷、更實(shí)惠，有利于智能化礦山建設(shè)。

2）從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)講，待技術(shù)成熟后再投入使用更合適。目前，技術(shù)成熟穩(wěn)定程度有待驗(yàn)證，電動(dòng)卡車及其配套設(shè)施昂貴，相較柴油卡車運(yùn)營(yíng)成本的優(yōu)勢(shì)不明顯。隨著制造水平及研發(fā)能力發(fā)展，電動(dòng)卡車及配套設(shè)施價(jià)格將逐年降低，運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定程度增加，屆時(shí)投入使用經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。

5 結(jié)語(yǔ)

魏家峁露天煤礦認(rèn)證煤電一體化后，煤礦生產(chǎn)用電可直接來(lái)自電廠，屆時(shí)電價(jià)為0.1 元/kWh，電動(dòng)卡車運(yùn)營(yíng)成本比柴油卡車低0.4 元/（km·m3），按年完成運(yùn)量1 000 萬(wàn)m3、平均運(yùn)距2.8 km 測(cè)算，每年可節(jié)約運(yùn)輸成本1 120 萬(wàn)元。電動(dòng)卡車運(yùn)行成本測(cè)算及對(duì)比分析為魏家峁露天煤礦再電氣化決策提供了依據(jù)。