煤礦企業(yè)用電特性分析及其優(yōu)化

符 曉，錢佳濤，吳傳祥，趙學(xué)良，賈皓越，侯 愷，魏 煒

(1.淮南礦業(yè)集團(tuán) 生產(chǎn)部，安徽 淮南 232000； 2.平安開誠智能安全裝備有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000；3.天津大學(xué)，天津 300072)

·專題綜述·

煤礦企業(yè)用電特性分析及其優(yōu)化

符 曉1，錢佳濤2，吳傳祥2，趙學(xué)良3，賈皓越3，侯 愷3，魏 煒3

(1.淮南礦業(yè)集團(tuán) 生產(chǎn)部，安徽 淮南 232000； 2.平安開誠智能安全裝備有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000；3.天津大學(xué)，天津 300072)

從煤礦年度用電、日負(fù)荷和設(shè)備用電特點(diǎn)3個(gè)角度,分析了淮南礦業(yè)集團(tuán)丁集煤礦與朱集東礦的用電特征，總結(jié)了煤礦的用電特點(diǎn)，探討了當(dāng)前煤礦運(yùn)行過程中可以優(yōu)化節(jié)能的空間，并提出了可再生能源發(fā)電的發(fā)展?jié)摿?，對煤礦用電優(yōu)化進(jìn)行了展望。

煤礦；用電特性；節(jié)能優(yōu)化

電能消耗是煤礦生產(chǎn)成本的重要部分，也是反映煤礦生產(chǎn)水平的重要指標(biāo)。通過分析煤礦企業(yè)的用電特性，既可全面掌握煤礦企業(yè)的用電情況和用電效率[1]，又能間接分析煤礦企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃安排、設(shè)備利用情況，為優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃安排，提高用電效率，降低生產(chǎn)成本提供支撐，有助于煤礦制定合理的開采計(jì)劃和發(fā)電、購電計(jì)劃。另一方面由于煤礦供給側(cè)改革的不斷深化[2]，電力市場乃至能源市場的逐步建立，需要不斷提高煤礦企業(yè)自身技術(shù)水平和管理水平，實(shí)行精細(xì)化管理[3,4]，降低運(yùn)營成本。因此，有必要對煤礦的用電特性進(jìn)行細(xì)致地分析。筆者通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有煤礦運(yùn)行中可進(jìn)一步優(yōu)化的空間，為適應(yīng)新型發(fā)展形勢下的煤礦配電網(wǎng)智能化建設(shè)研究提供基礎(chǔ)。

本文以淮南丁集礦和朱集東礦為例，從年度用電情況、日負(fù)荷特性和設(shè)備用電特性3方面分析煤礦用電特性。

1 煤礦年度用電情況

以丁集礦和朱集東礦2015年生產(chǎn)數(shù)據(jù)為分析對象，對淮南礦業(yè)集團(tuán)下屬煤礦的年度用電情況分析如下：

1) 電量方面。

丁集礦2015年度共計(jì)消耗電量15 624.31萬kWh，扣除本年度外轉(zhuǎn)供電量135.04萬kWh，本年度實(shí)際消耗電量為15 489.27萬kWh. 其中，原煤生產(chǎn)用電13 623.63萬kWh(不含選煤、煤泥烘干、生活等用電)，原煤的噸煤電耗為21.54 kWh. 上年度原煤生產(chǎn)用電13 476.38萬kWh，同比多消耗電量147.25萬kWh，上年同比原煤噸煤電耗21.52 kWh，上漲了0.61 kWh，增幅2.76%.

朱集東礦2015年度共計(jì)消耗電量15 561.02萬kWh，其中供電局電量8 465.29萬kWh，瓦斯電廠發(fā)電7 095.73萬kWh，原煤生產(chǎn)用電13 568.44萬kWh，原煤的噸煤電耗為31.26 kWh. 上年度原煤生產(chǎn)用電11 720.29萬kWh，同比少消耗電量1 848.15萬kWh，上年同比原煤噸煤電耗87.46 kWh，上漲56.20 kWh，降幅64.26%.

不同煤層開采的難易程度不同，造成采煤成本不同。根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可知，丁集礦的原煤噸煤電耗變化屬正常波動(dòng)。而朱集東礦2014年情況較為特殊，由于2014年5月21日1242(1)工作面收作后，無接替工作面，直至2014年9月27日1141(1)工作面投產(chǎn)，因而2014年原煤產(chǎn)量較低，噸煤電耗較高。

2) 電價(jià)方面。

供電局對丁集礦實(shí)行峰谷電價(jià)，每天9:00—12:00，17:00—22:00為峰段，電價(jià)為0.99元/kWh，8:00—9:00，12:00—17:00，22:00—23:00為平段，電價(jià)為0.66元/kWh，23:00—8:00為谷段，電價(jià)為0.41元/kWh. 2015年度與供電公司綜合結(jié)算單價(jià)為0.685元/kWh. 2015年度丁集煤礦全年平均峰谷比為0.79，同比上年度峰谷比(0.79)持平。

供電局對朱集東礦也實(shí)行峰谷電價(jià)，執(zhí)行方法與丁集礦相同。2015年度朱集東礦與供電公司綜合結(jié)算單價(jià)為0.804 5元/kWh. 2015年度朱集東礦全年平均峰谷比為0.68，同比上年度峰谷比(0.76)有所下降。說明朱集東礦在生產(chǎn)計(jì)劃的安排上更加注意與峰谷電價(jià)的配合。

3) 電費(fèi)方面。

2015年度丁集礦與供電公司結(jié)算電費(fèi)8 350.53萬元(含17%稅及外轉(zhuǎn)供電費(fèi)，以財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)為準(zhǔn))，同比上年(7 500.71萬元)高出849.82萬元。原煤產(chǎn)量方面，2015年度丁集礦的原煤產(chǎn)量為615.62萬噸，同比上年(626.23萬t)降低10.61萬t. 丁集煤礦2015年原煤噸煤電費(fèi)為13.56元/t，同比上年(11.98元/t)上漲1.58元/t，增幅11.7%. 主要原因是2015年開挖了新的掘進(jìn)面，開采深度有所加深，導(dǎo)致原煤運(yùn)輸系統(tǒng)和壓風(fēng)、通風(fēng)系統(tǒng)的用電量增大，同時(shí)新增了一些變頻設(shè)備、節(jié)能設(shè)備等用電設(shè)備。此外，噸煤電費(fèi)與開采難度、天氣情況等也有關(guān)系，屬于不可控的因素。

朱集東礦2015年度與供電公司結(jié)算電費(fèi)6 810.430 6萬元，同比上年(7 095.255 9萬元)，減少了284.825 3萬元。雖然2015年年度耗電量增加，但由于瓦斯發(fā)電增加，使得來自供電局的供電量略有下降，同時(shí)，峰谷比降低使得平均電價(jià)降低。

2 煤礦日負(fù)荷特性分析

1) 四季日負(fù)荷曲線比較。

不同季節(jié)淮南地區(qū)的氣溫、濕度等外界條件差異較大，會(huì)對煤礦的用電量產(chǎn)生影響，因此本文以丁集煤礦和朱集東礦的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，分別對春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的典型日負(fù)荷特性進(jìn)行了分析，其曲線圖見圖1.

圖1 丁集煤礦4個(gè)季節(jié)日平均負(fù)荷曲線圖

從圖1可以看出，丁集煤礦的日負(fù)荷曲線整體呈現(xiàn)白天低、晚上高的特點(diǎn)。每日的負(fù)荷峰值出現(xiàn)在凌晨4:00左右，谷值出現(xiàn)在中午12:00左右。然而，丁集煤礦在下午18:00—22:00的峰值電價(jià)時(shí)段存在一個(gè)用電的次高峰，由于該時(shí)段電價(jià)較貴，因而丁集煤礦在該時(shí)段的用電安排存在一定的優(yōu)化空間。出現(xiàn)用電次高峰的原因是該礦實(shí)行三班倒，交接班時(shí)間分別為6:00、14:00和22:00，導(dǎo)致在交接班的時(shí)間段出現(xiàn)負(fù)荷的波動(dòng)。

此外，雖然不同季節(jié)的日負(fù)荷整體變化趨勢相同，但夏秋兩季的負(fù)荷要比冬春兩季高3～5 MW，這是因?yàn)橄奶斓目照{(diào)負(fù)荷較大，此外采煤面的差異也會(huì)造成負(fù)荷的差異。

朱集東煤礦4個(gè)季節(jié)日平均負(fù)荷曲線圖見圖2.

圖2 朱集東煤礦4個(gè)季節(jié)日平均負(fù)荷曲線圖

從圖2可看出，朱集東煤礦的日負(fù)荷曲線整體呈現(xiàn)白天低、晚上高的特點(diǎn)。但與丁集煤礦有所不同，朱集東煤礦的日負(fù)荷曲線變化幅度相對較小，且晚間的峰值電價(jià)時(shí)段(17:00—22:00)用電量相對較小，因而該煤礦的用電安排較為合理。

此外，對比不同季節(jié)的日負(fù)荷曲線可以看出，雖然不同季節(jié)的負(fù)荷曲線整體變化趨勢相同，但秋冬兩季的負(fù)荷要比春夏兩季高約5 MW，這是因?yàn)殡m然夏季空調(diào)負(fù)荷較大，但由于秋冬季節(jié)的生產(chǎn)計(jì)劃，導(dǎo)致這兩個(gè)季節(jié)的煤層開采難度較大，使負(fù)荷反而高于夏季。

2) 峰谷負(fù)荷特性分析。

為了分析不同煤礦生產(chǎn)計(jì)劃與供電公司的峰谷電價(jià)的適應(yīng)性，進(jìn)一步分析了丁集煤礦和朱集東煤礦在不同季節(jié)峰、平、谷3個(gè)時(shí)段的用電特性，其柱狀圖分別見圖3,4.

圖3 丁集煤礦各季節(jié)峰谷負(fù)荷水平柱狀圖

圖4 朱集東煤礦各季節(jié)峰谷負(fù)荷水平柱狀圖

由圖3,4可以看出，無論是丁集煤礦還是朱集東煤礦，4個(gè)季節(jié)的谷時(shí)平均有功負(fù)荷最高，其次是峰時(shí)，平時(shí)用電量最低，說明兩煤礦生產(chǎn)計(jì)劃整體能夠較好地適應(yīng)峰谷電價(jià)。此外，橫向?qū)Ρ葍擅旱V可發(fā)現(xiàn)，朱集煤礦的峰時(shí)平均負(fù)荷相對較低，這也反映出該礦能夠較好地控制峰時(shí)的用電量，降低煤礦用電成本。

3 設(shè)備用電特點(diǎn)分析

為進(jìn)一步分析煤礦企業(yè)用電特性，對丁集煤礦和朱集東煤礦各設(shè)備的用電特性進(jìn)行分析，以明確不同設(shè)備的用電特點(diǎn)?？蓪⒚旱V負(fù)荷分為以下3類：1) 與原煤開采工作密切相關(guān)負(fù)荷(可通過調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化)：中央變電所與東、西13-1變電所一共六路下井線路、主副井絞車、選煤廠。2) 與生產(chǎn)安全相關(guān)負(fù)荷(不可優(yōu)化)：瓦斯抽排、抽風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)。3) 生產(chǎn)輔助類負(fù)荷(可優(yōu)化)：動(dòng)力變、工廠配電房、制氮。

從4個(gè)季度中各取兩周進(jìn)行全年設(shè)備用電情況分析，兩煤礦各車間的平均有功負(fù)荷及其變異系數(shù)的柱狀圖見圖5，圖6.

圖5 丁集煤礦各設(shè)備用電期望及變異系數(shù)柱狀圖

圖6 朱集東煤礦各設(shè)備用電期望及變異系數(shù)柱狀圖

由圖5可知，中央變電站為丁集煤礦的主要耗能單位，這是由于中央變電站負(fù)擔(dān)著煤礦井下的全部負(fù)荷，是煤礦生產(chǎn)最重要的電源保證。此外，主井絞車、選煤廠、新老瓦斯抽排站、抽風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)房、動(dòng)力變等車間的負(fù)荷也較高，是構(gòu)成丁集煤礦負(fù)荷的主要部分。

由圖6可知，下井四段為朱集東煤礦的主要耗能單位，這是由于下井四段負(fù)擔(dān)著煤礦井下的全部負(fù)荷。此外，選煤廠、瓦斯抽放、儲(chǔ)煤礦、壓風(fēng)、通風(fēng)、矸石井、主井、副井等車間的負(fù)荷也較高，是構(gòu)成朱集東煤礦負(fù)荷的主要部分。

由圖1，2可知，丁集煤礦夏秋兩季負(fù)荷較高，而朱集東煤礦秋冬兩季的負(fù)荷較高，以下進(jìn)一步分析各主要用電設(shè)備在不同季節(jié)的負(fù)荷差異，見圖7，圖8.

圖7 丁集煤礦各設(shè)備用電期望及變異系數(shù)柱狀圖

由圖7可以看出，中央變電所、主井絞車、選煤廠和壓風(fēng)機(jī)房4個(gè)車間夏秋兩季的負(fù)荷較高，而冬春兩季較低。以上設(shè)備在各季節(jié)的用電差異是造成丁集煤礦夏秋兩季負(fù)荷較高的原因。這些車間的負(fù)荷季節(jié)差異主要有兩個(gè)原因：1) 中央變電所負(fù)責(zé)井下的空調(diào)供電，由于夏季氣溫較高，空調(diào)負(fù)荷較大，導(dǎo)致中央變電所負(fù)荷較高。2) 各季節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃存在差異，造成了各季節(jié)負(fù)荷的差異。

圖8 朱集東礦各設(shè)備用電期望及變異系數(shù)柱狀圖

由圖8可以看出，下井四段、選煤廠兩個(gè)車間秋冬兩季的負(fù)荷較高，而春夏兩季較低；瓦斯抽放、壓風(fēng)兩個(gè)車間的夏季負(fù)荷較低；濃縮車間夏秋兩季的負(fù)荷較低；制冷車間夏秋兩季負(fù)荷較高。以上設(shè)備在各季節(jié)的用電差異是造成朱集東煤礦秋冬兩季負(fù)荷較高的原因。其中，除了制冷車間外，其他車間的負(fù)荷季節(jié)差異均源自生產(chǎn)計(jì)劃的差異。

4 總結(jié)與展望

由于淮南礦業(yè)集團(tuán)下屬各煤礦的技術(shù)裝備水平存在差異，且生產(chǎn)計(jì)劃安排不相同，因而各家煤礦的用電特性也不相同。通過對丁集煤礦和朱集東煤礦兩家典型煤礦的分析，可以得到以下結(jié)論：

1) 在年度用電情況方面，各煤礦的用電量、電費(fèi)以及噸煤耗電量均存在一定幅度的波動(dòng)，這主要是由煤層開采的難易程度客觀決定的。此外，由于某些年份存在特殊情況，噸煤電耗變化較大，但此類情況并不具有普遍意義。同時(shí)，各礦在生產(chǎn)計(jì)劃安排時(shí)均考慮適應(yīng)峰谷電價(jià)，但也存在一定的差異。各礦的功率因數(shù)基本在合理范圍內(nèi)，但功率因數(shù)水平存在一定差異，也在一定程度上影響各個(gè)煤礦配電系統(tǒng)的電網(wǎng)損耗。

2) 對比丁集煤礦和朱集東煤礦不同季節(jié)的負(fù)荷曲線可發(fā)現(xiàn)，丁集煤礦夏秋兩季負(fù)荷較高，而朱集東煤礦秋冬兩季的負(fù)荷較高。出現(xiàn)這種情況的主要原因是煤礦生產(chǎn)計(jì)劃的安排不同和采煤的難易程度不同；此外夏季高溫天氣的空調(diào)負(fù)荷也是影響煤礦各季節(jié)負(fù)荷曲線的重要原因之一。

3) 根據(jù)煤礦各設(shè)備的用電特點(diǎn)不同，可將煤礦設(shè)備分為與原煤開采工作密切相關(guān)負(fù)荷、與生產(chǎn)安全相關(guān)負(fù)荷和生產(chǎn)輔助類負(fù)荷。

a) 與原煤開采工作密切相關(guān)負(fù)荷是煤礦總負(fù)荷的主要部分，此類負(fù)荷需通過調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，以降低用電成本。

b) 與生產(chǎn)安全相關(guān)負(fù)荷是煤礦總負(fù)荷的重要部分，然而受限于煤礦安全生產(chǎn)要求，此類負(fù)荷一般不能進(jìn)行優(yōu)化。

c) 在煤礦的生產(chǎn)計(jì)劃不改變的情況下，可通過優(yōu)化生產(chǎn)輔助類負(fù)荷的方式降低煤礦用電成本，然而此類負(fù)荷在煤礦總負(fù)荷中所占比例較小，因而調(diào)節(jié)空間也較小。

4) 面對供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革帶來的挑戰(zhàn)，煤炭企業(yè)需要提升自身的技術(shù)升級能力，實(shí)現(xiàn)煤礦的科學(xué)開采。煤礦有大量的空間安裝分布式的太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，隨著可再生能源分布式發(fā)電設(shè)備的普及，其建設(shè)成本逐年下降，在不遠(yuǎn)的將來可成為煤礦的贏利點(diǎn)。然而可再生能源發(fā)電受環(huán)境因素影響較大，直接接入電網(wǎng)會(huì)對傳統(tǒng)的電網(wǎng)造成巨大的沖擊[5].因此，為解決可再生能源發(fā)電并網(wǎng)困難等問題，亟需加強(qiáng)煤礦智能配電網(wǎng)建設(shè)，通過安裝儲(chǔ)能裝置、加強(qiáng)調(diào)峰調(diào)頻力度等措施，促進(jìn)可再生能源發(fā)電安全有效并網(wǎng)，推動(dòng)煤礦精準(zhǔn)開采的實(shí)現(xiàn)。

[1] 王曉華.煤礦節(jié)能技術(shù)探索與實(shí)踐[J].中州煤炭,2015(9):92-93，110.

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AnalysisandOptimizationonElectricityCharacteristicsinCoalMineEnterprises

FUXiao,QIANJiatao,WUChuanxiang,ZHAOXueliang,JIAHaoyue,HOUKai,WEIWei

Based on the characteristics of annual electricity consumption, daily load and equipment consumption, analyzes the electricity consumption characteristics in Dingji coal mine and Zhujiandong coal mine, Huainan mining group, reviewed the unique characteristics of coal consumption, and discussed the space for optimization and energy-saving, and puts forward the potential for improvement with renewable energy, conducted expectation.

Coal mine; Electrical characteristics; Energy saving optimization

[TD-9]

：B

：1672-0652(2017)07-0055-05

2017-06-14

符 曉(1983—)，男，安徽懷遠(yuǎn)人，2005年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，高級工程師，主要從事煤礦供電管理工作(E-mail)qingdie@163.com