Расчет энергоемкости продукции
ЭНЕРГОЕМКОСТЬ
ПРОДУКЦИИ (национального дохода)
— показатель, характеризующий расход энергии на единицу продукции или
национального дохода. В целом по народному хозяйству рассчитывается как
отношение затрат (обычно за год) первичных топливно-энергетических ресурсов к
объему произведенного национального дохода или валового общественного продукта,
а по министерствам, объединениям, предприятиям — по отношению к объему товарной.
В расчет включаются все виды топлива и
энергии, потребленных на производственно эксплуатационные нужды,—
электрической, тепловой энергии, израсходованной на технологические нужды,
пересчитанной в тонны условного топлива (или гигаджоули) по единым в стране
эквивалентам (коэффициентам пересчета), устанавливаемым Госпланом СССР.
При определении энергоемкости
учитывается потребление всех видов топлива и энергии по всем направлениям
расхода, включая отопление, вентиляцию, водоснабжение, потери в сетях,
независимо от источников энергоснабжения. При расчете энергоемкости продукции в
стоимостном выражении топливо и энергия оцениваются по действующим ценам и
тарифам. Снижение энергоемкости продукции — важное направление интенсификации
производства, ресурсосбережения; достигается осуществлением системы
технических, технологических, организационных, экономических и воспитательных
мер, направленных на всемерное совершенствование процессов производства и
потребления энергии.
Решающее значение для снижения
энергоемкости продукции имеет коренная реконструкция топливно-энергетического
комплекса, широкое применение энергосберегающих технологий. Выпуск экономичных
двигателей с меньшим потреблением топлива и горючего, дизелизация транспорта,
совершенствование нагревательной и осветительной техники, стимулирование
экономии и санкции за перерасход энергии позволяют систематически снижать
энергоемкость общественного продукта и национального дохода. Усиление внимания
к улучшению использования топлива и энергии положительно сказалось на динамике
энергоемкости национального дохода: в 1985 г. она была ниже, чем в 1980 г. , на
5,5 %. К 2000 г. энергоемкость национального дохода должна снизиться не менее
чем в 1,4 раза.
В
современных условиях роста стоимости и даже дефицита топливно-энергетических
ресурсов особую актуальность приобретает оценка энергетической эффективности
промышленных технологий. Расход энергии является универсальным показателем,
определяющим, в конечном итоге, эффективность всего производства. В промышленно
развитых странах Запада энергетический анализ перестал быть прерогативой только
исследователей, превратившись в действенный механизм, способствующий
становлению энергосберегающих технологий, стимулирующий более эффективное
использование энергоресурсов. Еще в 1974 г. Конгресс США принял закон, в
соответствии с которым при осуществлении федеральных программ обязателен
энергетический анализ различных технологий производства и процессов
преобразования энергии. Работы по энергетическому анализу финансируются
государственной организацией – Администрацией энергетических исследований и
развития (ERDA).
Особое значение
энергетический анализ имеет для горной промышленности, характеризующейся
значительной удельной энергоемкостью по сравнению с другими отраслями. Энергетический
подход при оценке эффективности процессов и технологий открытых горных работ
нашел отражение в исследованиях многих ученых [1–3, 5, 9, 13]. Вместе с тем,
несовершенство применяемых методик привело к тому, что до настоящего времени у
специалистов не сформировалось единого мнения по данной проблеме.
При энергетической
оценке транспортных систем глубоких карьеров возникают два ключевых вопроса,
требующих решения.
Первый связан с
приведением тепловой энергии дизельного топлива, потребляемой автотранспортом,
и электрической энергии, расходуемой конвейерным и железнодорожным транспортом,
в сопоставимый вид. В этом направлении в отечественной литературе существует
несколько подходов.
Один из них,
предложенный проф. Тангаевым И. А. , заключается в переводе расхода дизтоплива
автосамосвалами из натуральных единиц (г, кг) в кДж или кВт·ч путем умножения
на удельную теплоту сгорания дизтоплива Qд. т. (Qд. т. =43,5кДж/г=12,08
кВт·ч/кг) и сравнении с фактическим расходом электроэнергии
электрифицированными видами транспорта [1]. Такой подход нельзя признать
методически правильным, так как он приводит к энергетической «дискредитации»
автомобильного транспорта. Здесь мы сравниваем дизтопливо – источник энергии,
максимально приближенный к первичному (сырой нефти), с электроэнергией,
являющейся вторичным источником энергии и вырабатываемой на тепловых и гидроэлектростанциях.
При другом
подходе, получившем достаточно широкое распространение в практике, расход
электроэнергии приводится к расходу дизтоплива путем умножения на коэффициент,
характеризующий удельный расход дизтоплива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии
на дизельных электростанциях (230–250 г/кВт·ч) [2].
Здесь мы явно
завышаем энергоемкость электрифицированных видов транспорта, поскольку основной
объем электроэнергии горнодобывающие предприятия получают с электростанций,
работающих на природном газе, угле и мазуте. Разница в оценках удельной
энергоемкости отдельных видов транспорта глубоких карьеров при использовании
указанных методик составляет 3,0–3,5 раза.
По нашему мнению,
наиболее объективное сопоставление можно получить путем приведения расхода
электроэнергии и дизельного топлива к расходу первичных энергоресурсов, т. е. к
«условному топливу» (у. т. ), с учетом соответствующих затрат энергии на их
добычу, переработку и транспортирование. В отечественной практике в качестве
«условного топлива» используется так называемый угольный эквивалент – 7000 ккал
(29,3 мДж) – теплота, которая выделяется при сжигании 1 т высококачественного
угля. Аналогичный подход получил распространение за рубежом. Так, в США и
Англии в качестве критерия энергетической оценки используют британскую тепловую
единицу (БТЕ) – количество тепловой энергии, которое необходимо затратить,
чтобы поднять температуру 1 фунта воды на 1°F (1 БТЕ = 0,252 кал/кг).
Второй вопрос
связан с выбором и обоснованием критерия оценки энергетической эффективности
транспортных систем глубоких карьеров и отдельных видов транспорта. Широко
используемые на практике критерии (кВт·ч/т, г/т, кВт·ч/т·км, г/тк·м),
учитывающие расход энергии на единицу объема перевезенной горной массы или на
единицу грузооборота, малоинформативны и не отражают специфики глубоких
карьеров. Исходя из основных функций транспорта глубоких карьеров, в качестве
критерия может быть принята величина удельных затрат энергии на подъем 1 т
горной массы из карьера. Тогда коэффициент полезного использования энергии
(η) определится из выражения
(1)
где Рт
– теоретически необходимая величина расхода энергии на подъем 1 т горной массы
на высоту 1 м (Рт=9,81 кДж/т·м); Рф – фактические затраты
энергии данным видом транспорта, кДж/т·м.
Приведение
фактических затрат энергии к расходу первичных энергоресурсов (у. т. )
осуществляется с использованием следующих выражений:
(2)
где Рф. а. ,
Pф. к. (ж) – удельные затраты условного топлива на подъем 1 т горной
массы на 1 м, соответственно, автомобильным и конвейерным (железнодорожным)
транспортом, г у. т. /т·м; g′ – удельный расход дизтоплива
автосамосвалами, г/т·м; ω′ – удельный расход электроэнергии
конвейерным (железнодорожным) транспортом, кВт·ч/т·м; kпер –
коэффициент, учитывающий затраты энергии на получение дизтоплива из нефти (kпер=1,18÷1,20)
[3]; kд – коэффициент, учитывающий затраты энергии на добычу и
транспортирование топлива (kд=1,04÷1,10) [4]; kт –
коэффициент, учитывающий разницу удельной теплоты сгорания дизельного и
условного топлива (kт=1,5); kэ – показатель, учитывающий
затраты условного топлива на получение 1 кВт·ч электроэнергии (kэ=310÷330
г/кВт·ч); kпот – коэффициент, учитывающий потери электроэнергии при
передаче и распределении (kпот ≈1,09).
Используя
фактические данные расхода энергии конкретными видами транспорта глубоких
карьеров на единицу грузооборота, получим
(3)
где g, ω –
соответственно, удельный расход дизтоплива (г/т·км) автосамосвалами и
электроэнергии (кВт·ч/т·км) конвейерным (железнодорожным) транспортом; hа,
hк(ж) – высота подъема горной массы на 1 км внутрикарьерной трассы (уклон трассы) при данном виде транспорта, м/км.
Тогда формулу (1)
можно представить в виде
(4)
где Pт=9,81
кДж/т·м; Pф – фактические затраты энергии данным видом транспорта, г
у. т. /т·м; Qу. т. – удельная теплота сгорания условного топлива,
кДж/г (Qу. т. = 29,3 кДж/г).
С использованием
предложенной методики и фактических данных глубоких железорудных карьеров
установлены показатели энергоемкости различных видов транспорта при работе на
подъем горной массы (табл. 1, рис. 1). Энергетическая эффективность
конвейерного транспорта (ηк = 15,4÷21,5%) в 1,9–2,2 раза
выше, чем электрифицированного железнодорожного транспорта (ηж
= 8,0÷10,0%) и в 2,4–3,0 раза выше, чем автомобильного (ηа
= 6,5÷7,5%).
Рис. 1. Зависимость удельной энергоемкости (Р) различных
видов карьерного транспорта от уклона трассы (i):PA, PЖ,
РК – средние значения энергоемкости различных видов транспорта; PТ
– теоретически необходимая (минимальная) величина расхода энергии на подъем 1 т
горной массы на 1 м; iA, iЖ, iК –
средневзвешенные уклоны трасс различных видов транспорта; – области
фактических значений удельной энергоемкости различных видов транспорта глубоких
железорудных карьеров.
Таблица 1. Энергоемкость
различных видов транспорта при работе на подъем горной массы из карьеров
Вид транспорта
|
Удельная энергоемкость
|
η,%
|
натуральные показатели
|
условное топливо
|
г/т·м
|
кВт·ч/т·м
|
г у. т. /т·м
|
Автомобильный
|
2,4–2,8
|
–
|
4,5–5,2
|
6,5–7,5
|
Железнодорожный
|
–
|
0,009–0,012
|
3,4–4,4
|
8,0–10,0
|
Конвейерный
|
–
|
0,0047–0,0064*
0,0043–0,0060
|
1,7–2,3
1,6–2,2
|
14,6–19,5
15,4–21,5
|
|
В числителе – с
учетом крупного дробления; в знаменателе – собственно конвейерный траспорт.
Поэтому при
формировании комбинированных транспортных систем особое внимание должно
уделяться глубокому вводу конвейерного и железнодорожного транспорта и
поддержанию сборочных автоперевозок на минимальном, технологически необходимом
уровне. Это обеспечивается внедрением мобильных комплексов ЦПТ, крутонаклонных
конвейеров, повышенных уклонов (до 60‰) и тоннельного вскрытия при
железнодорожном транспорте.
При эксплуатации
автотранспорта в рабочей зоне карьеров важным направлением снижения энергопотребления
является оптимизация схем вскрытия временными съездами. Метод оптимизации
основан на разделении грузооборота на две составляющие: минимально необходимую
вертикальную часть грузооборота по подъему горной массы до перегрузочных
пунктов и технологически необходимую горизонтальную часть, которая
минимизируется за счет выбора количества, месторасположения вскрывающих
выработок и порядка отработки карьерного поля. Этот вопрос особенно актуален
для сборочного автотранспорта железорудных карьеров, где горизонтальная
составляющая достигает 35–50% от общей величины грузооборота.
Высокая
энергетическая эффективность конвейерного транспорта объясняется большими
углами подъема трасс (сокращением пути перемещения груза) и отсутствием
энергозатрат на подъем верхней ветви ленты ввиду равной ее массы с опускающейся
нижней ветвью. При движении автосамосвалов и железнодорожных составов по уклону
вверх затраты энергии необходимы как на подъем груза, так и собственно
подвижного состава. В то же время коэффициент сопротивления движению ленты по
роликам на порядок выше, чем коэффициент сопротивления движению груженого
поезда, и сравним с аналогичным показателем автомобильного транспорта.
Энергетические
преимущества железнодорожного транспорта перед автомобильным объясняются
меньшими значениями коэффициента сопротивления движению груженого поезда (в
8–10 раз) и коэффициента тары. Коэффициент тары современных думпкаров
составляет 0,41–0,50, а отечественных автосамосвалов 0,70–0,84. Однако
реализация этих преимуществ при работе на подъем горной массы ограничивается
сравнительно небольшим уклоном железнодорожных трасс (40–60‰) и значительным
коэффициентом их развития (до 1,5–1,8).
Структурные
формулы удельной работы по подъему горной массы различными видами транспорта имеют
следующий вид:
1. Автомобильный и
железнодорожный транспорт
(5)
где АП
– работа по подъему 1 т горной массы на 1 м, кДж/т·м; Рт = 9,81 кДж/т·м – теоретически необходимая величина работы; kт – коэффициент
тары автосамосвала (железнодорожного состава); ωо – коэффициент
сопротивления движению груженого автосамосвала (локомотивосостава); i – уклон
трассы.
2. Конвейерный
транспорт
(6)
где kсопр
– коэффициент, учитывающий долю сопротивлений на концевых станциях конвейера. Для
наклонных конвейеров kсопр≈ 1,23÷1,25; ωк
– коэффициент сопротивления движению ленты по роликам; αк –
угол наклона конвейера, град.;
(7)
где qк
– погонная масса ленты и вращающихся частей роликов верхней и нижней ветвей,
кг/м; qг – погонная масса груза на ленте, кг/м.
С помощью формул
(5) и (6) можно ориентировочно устанавливать соотношение энергозатрат на подъем
горной массы в конкретных горно-технических условиях.
Энергетические
показатели различных видов карьерного транспорта при работе на горизонтальных
трассах значительно отличаются от установленных параметров при движении на
подъем. К сожалению, обоснование общего показателя энергетической эффективности
различных видов карьерного транспорта в указанных условиях, аналогичного работе
на подъем (η), проблематично. Поэтому воспользуемся сравнительными
показателями энергоемкости, полученными в типичных условиях железорудных
карьеров (табл. 2).
Таблица
2. Энергоемкость различных видов карьерного транспорта при работе на
горизонтальных трассах
Удельная энергоемкость
|
натуральные показатели
|
условное топливо
|
г/т·км
|
кВт·ч/т·км
|
г у. т. /т·км
|
Автомобильный
|
50–70
|
–
|
95–130
|
Железнодорожный
|
–
|
0,09–0,12
|
34–45
|
Конвейерный
|
–
|
0,15–0,20
|
57–70
|
Как видно, при
работе на горизонтальных трассах в полной степени реализуются преимущества
железнодорожного транспорта. Энергетическая эффективность железнодорожного
транспорта в сопоставимых горно-технических условиях в 2,8–3,0 раза выше, чем
автомобильного, и в 1,5–1,6 раза выше, чем конвейерного. Вследствие этого
железнодорожный транспорт на зарубежных предприятиях получил преимущественное
распространение не как внутрикарьерный, а как магистральный вид транспорта для
перевозок руды и вскрыши от борта карьера до обогатительных фабрик и отвалов. По
данным зарубежных исследований энергетическая эффективность железнодорожных
перевозок промышленных грузов в 4,2 раза выше, чем автомобильных [5].
Важным
направлением энергосбережения для всех видов транспорта глубоких карьеров
является увеличение уклонов транспортных коммуникаций. В технологическом
аспекте применение повышенных уклонов позволяет сократить дополнительный разнос
бортов карьеров от размещения транспортных коммуникаций, в энергетическом –
увеличение уклонов в определенном диапазоне позволяет повысить энергетическую
эффективность транспорта при работе на подъем горной массы. Для всех видов
транспорта зависимости удельной энергоемкости на подъем горной массы от уклона
трассы имеют экстремальный характер [6]. Так, для автомобильного транспорта
оптимальный уклон по энергетическому критерию в зависимости от типа покрытия и
модели автосамосвала находится в пределах 0,08–0,012 (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость удельного расхода дизтоплива БелАЗ-7519
(110 т) при движении на подъем (Р) от уклона (i) и сопротивления качению
(ω0); – область оптимальных значений уклонов.
Установленные
закономерности смещения iопт от качества дорожного покрытия
подтверждаются экспериментально и полностью согласуются с одним из важнейших
принципов физики – принципом Ле Шателье – Брауна, описывающего поведение
термодинамических систем, находящихся в устойчивом равновесии.
Для
электрифицированного железнодорожного транспорта при мотор-вагонной тяге
оптимальный уклон составляет 0,045–0,051, при электровозной тяге – 0,027–0,031.
При эксплуатации ленточных конвейеров большой производительности оптимальный
угол их наклона составляет 17–19°. При мотор-вагонной тяге увеличение уклона
железнодорожных путей с 40 до 60‰ приводит к повышению, хотя и незначительному,
удельных энергозатрат на подъем горной массы. Это происходит вследствие
увеличения коэффициента тары поезда, которое во многих случаях не может быть
полностью компенсировано сокращением протяженности трассы и упрощением схемы
путевого развития. Весьма актуален этот вопрос для конвейерного транспорта по
причине разработки в последнее время различных конструкций крутонаклонных
конвейеров. Создание таких конвейеров должно сопровождаться детальным
энергетическим анализом.
Оптимальный
продольный уклон трасс по энергетическому критерию для отдельных видов
транспорта и конкретных моделей транспортных средств следует рассматривать как
частный оптимум и нижний предел уклона, который рекомендуется принимать при
проектировании транспортных систем. Окончательное решение по руководящим
уклонам следует принимать на основе глобального оптимума – удельной
энергоемкости всей транспортной системы.
Остановимся на
энергетических характеристиках других видов транспорта глубоких карьеров. Среди
них наибольший практический интерес представляют дизель-троллейвозы, наклонные
скиповые и автомобильно-клетьевые подъемники.
Фактический
удельный расход энергии (г у. т. /т·м) дизель-троллейвозным транспортом
определяется из выражения
(8)
где ωдт
– удельный расход электроэнергии при работе дизель-троллейвозов, кВт·ч/т·км; gдт
– удельный расход дизтоплива дизель-троллейвозным транспортом, г/т·км; hдт
– высота подъема горной массы дизель-троллейвозами на 1 км автодороги, м/км.
Расчетные
показатели энергетической эффективности дизель-троллейвозного транспорта
(опытные образцы на базе автосамосвалов БелАЗ-7519 грузоподъемностью 110 т) на
карьерах черной металлургии приведены в табл. 3 и 4. Установлено, что
коэффициент полезного использования энергии дизель-троллейвозным транспортом
изменяется в пределах 6,2–7,6% при среднем значении 6,7%. Таким образом,
энергетические показатели дизель-троллейвозного транспорта только на 3,1% выше,
чем автомобильного (η =6,5% для автосамосвалов БелАЗ-7519).
Таблица
3. Условия эксплуатации дизель-троллейвозного транспорта на карьерах черной
металлургии (предпроектные проработки).
Карьер
|
Объем перевозок, млн т/год
|
Параметры трассы
|
L, км
|
Кэ , %
|
Нп , м
|
hдт , м/км
|
Костомукшский
|
22,0
|
4,0
|
52
|
150
|
37,5
|
Ингулецкий
|
18,0
|
2,9
|
76
|
105
|
36,2
|
«Малый Куйбас» (ММК)
|
15,3
|
4,7
|
64
|
174
|
37,0
|
№ 21 Донского ГОКа
|
10,2
|
4,0
|
75
|
180
|
45,0
|
Карагайский ОАО «Магнезит»
|
8,8
|
3,8
|
68
|
165
|
43,4
|
|
Примечание. L –
расстояние перевозок, км; Кэ – степень электрификации трассы, %; Нп
– высота подъема горной массы, м.
Карьер
|
Удельный расход
|
Показатели энергетической
эффективности
|
gдт, г/т·км
|
ωдт, кВт/т·км
|
Рф. дт, г у. т. /т·м
|
η, %
|
Костомукшский
|
51,8
|
0,28
|
5,29
|
6,3
|
Ингулецкий
|
29,5
|
0,29
|
4,43
|
7,6
|
«Малый Куйбас» (ММК)
|
44,5
|
0,32
|
5,39
|
6,2
|
№ 21 Донского ГОКа
|
42,0
|
0,39
|
4,90
|
6,8
|
Карагайский ОАО «Магнезит»
|
40,1
|
0,40
|
5,07
|
6,6
|
|
Данный вывод может
показаться парадоксальным, поскольку в технической литературе распространено
мнение о высокой энергетической эффективности данного вида карьерного
транспорта. Однако в последние годы полученные результаты подтверждаются и
зарубежными исследованиями. Американские ученые П. Реввель и И. Реввель на
примере автотранспорта общего пользования показывают, что энергетическая
эффективность обычных и электрифицированных автомобилей (электромобилей)
примерно одинакова [7]. Широкое внедрение дизель-троллейвозного транспорта на
карьерах США в 1980-х годах было обусловлено не энергетической эффективностью
данного вида транспорта, а конъюнктурой цен на дизтопливо и электроэнергию.
Вместе с тем, при
создании отечественных дизель-троллейвозов нового поколения, не уступающих лучшим
зарубежным образцам, и увеличении руководящего уклона автодорог до 10–12%
коэффициент полезного использования энергии может возрасти до 7,6–7,8%, т. е. приблизится
к показателям электрифицированного железнодорожного транспорта. Это
свидетельствует об определенных перспективах дизель-троллейвозного транспорта
на отечественных глубоких карьерах.
Средний удельный
расход электроэнергии скиповым подъемником СНК-40, эксплуатировавшимся на
Сибайском карьере, составил 0,0077 кВт·ч/т·м. Энергетическая эффективность
характеризовалась следующими показателями: Рф. ск=2,8 г у. т. /т·м;
η=12%. Расчетные показатели энергетической эффективности проектируемых
скиповых (СНК-75) и автомобильно-клетьевых подъемников (АНК-75) составляют: Рф.
ск=2,1÷2,2 г у. т. /т·м; η=15,2÷15,9% [2]. Энергоемкость
различных типов шахтных вертикальных скиповых подъемников (Рф. ск=1,4÷1,9
г у. т. /т·м; η=17,4÷23,4%) находится на уровне показателей
карьерного конвейерного транспорта [8]. Утверждение ряда авторов о наибольшей
энергетической эффективности скипового подъема среди существующих видов
карьерного транспорта нельзя считать достаточно обоснованным [9].
В исследованиях по
оценке эффективности применения на карьерах аэростатно-канатных транспортных
систем (АКТС), выполненных в последние годы, доказывается возможность снижения
энергозатрат на подъем горной массы в 1,5–1,6 раза по сравнению с конвейерным
транспортом [10]. Исследования носят чисто теоретический характер. Возможность
и технологическая целесообразность внедрения подобных систем на карьерах
большой глубины и производительности вызывают сомнение. Таким образом, реальной
альтернативы рассмотренным видам транспорта для доставки горной массы из
глубоких карьеров в настоящее время нет, и надежды на резкое снижение
энергозатрат на транспортирование не имеют достаточных оснований.
Энергетическая
оценка транспортных систем карьеров в условиях рыночной экономики имеет ряд
специфических особенностей, до настоящего времени не нашедших отражения в
исследованиях. В первую очередь к таким особенностям следует отнести методику
расчета показателя kэ (см. формулу (2)), учитывающего затраты
условного топлива на получение 1 кВт·ч электроэнергии и отражающего
технологическую и экономическую эффективность электроэнергетики. Большинство
авторов рекомендуют принимать значение этого показателя в пределах 310–330
г/кВт·ч. Однако эти цифры отражают реальное состояние отечественной
электроэнергетики в 1975–1990 гг. , т. е. в советский период (рис. 3).
Рис. 3. Динамика показателя технологической эффективности
электроэнергетики России.
Высокая
технологическая эффективность отечественной электроэнергетики в указанный
период была достигнута за счет централизации производства, создания Единой
энергетической сети и переброски энергии вслед за перемещением пиковых нагрузок
в часовых поясах. Даже самая эффективная из зарубежных – японская энергетика
уступала советской [11].
В настоящее время
эффективность отечественной электроэнергетики (kэ = 397 г у. т. /кВт·ч) в 1,23 раза ниже японской и в 1,11 ниже французской и американской (рис. 4). За
10 лет, с 1990 по 2000 г. , расход условного топлива на производство 1 кВт·ч
электроэнергии в России увеличился с 306 до 397 г/кВт·ч, т. е. в 1,3 раза. В
соответствующей пропорции снизилась энергетическая эффективность
электрифицированных видов транспорта. Энергоемкость карьерного железнодорожного
транспорта практически сравнялась с энергоемкостью автомобильного.
Рис. 4. Показатели технологической эффективности
электроэнергетики наиболее развитых стран.
Переход к рыночной
экономике отечественных горных предприятий сопровождался резким увеличением
энергоемкости основных процессов открытой разработки и, в первую очередь,
карьерного транспорта. Основными причинами увеличения энергоемкости явилось
снижение объемов производства по горной массе и старение парка оборудования. В
этом отношении характерен пример карьеров ОАО «Ураласбест» (рис. 5)
Рис. 5. Зависимость показателей удельной энергоемкости
различных видов транспорта (Р) от объема перевозки горной массы (V) (ОАО
«Ураласбест»): Ра, Рж – удельная энергоемкость
соответственно автомобильного и железнодорожного транспорта, г у. т. /т·м; V –
объемы перевозок горной массы, млн т/год
Выявилась лучшая
адаптивность энергетических показателей автотранспорта к изменению
экономических и горно-технических условий разработки, в частности, к сокращению
объемов перевозок, по сравнению с железнодорожным транспортом, что объясняется
меньшей долей постоянной составляющей в энергозатратах автомобильного
транспорта. Это привело к расширению области применения автотранспорта на
глубоких карьерах. Так, доля автотранспорта в объемах перевозок вскрышных пород
на разрезах ОАО «Концерн Кузбассразрезуголь» за период 1990–2004 гг. увеличилась
с 45 до 69%. На рудных карьерах расширение области применения автотранспорта
наблюдается при расконсервации уступов и бортов в зоне работы железнодорожного
транспорта, отработке карьеров зонами концентрации, отработке нагорной части
месторождений.
Для рыночной
экономики развитых стран характерно постепенное сближение энергетических и экономических
оценок промышленных технологий. В России до этого пока далеко в силу
неправильного соотношения цен «уголь – газ – мазут», рассчитанного по паритету
покупательной способности валют. В РФ это соотношение составляет 1:0,8:1,3, в
США 1:2,3:2,1, в Великобритании 1:1,8:1,6, в Германии 1:2,4:1,7. Во всех
странах, кроме России, газ дороже угля [12]. С вступлением в ВТО Россия будет
вынуждена изменить указанное соотношение. Согласно прогнозным оценкам, к 2010 г.
по сравнению с 1998 г. цены на уголь (руб. /т у. т. ) увеличатся в 2,5 раза, на
газ в 9 раз, на мазут в 2,5 раза и на электроэнергию (коп. /кВт·ч) в 4,8 раза. Таким
образом, оптимизм по поводу высокой экономической эффективности перевода
карьерного автотранспорта на газ может не оправдаться, хотя экологическая
эффективность такого перехода неоспорима.
Удельная
энергоемкость может успешно использоваться при технико-экономической оценке
транспортных систем карьеров в качестве основного или дополнительного критерия.
По аналогии с
экономической оценкой при сравнении вариантов транспортных систем затраты
энергии прошлых и будущих периодов можно приводить к текущему моменту с помощью
коэффициента приведения, рассчитываемого по выражению
(9)
где В –
коэффициент приведения; s – норматив для приведения разновременных затрат
энергии (норма дисконта); tn – год, к которому приводятся энергозатраты;
tj – год осуществления энергозатрат.
В этом случае
норма дисконта (s) отражает технический прогресс, т. е. среднегодовой процент
снижения удельной энергоемкости различных видов и средств горно-транспортной
техники. По данным зарубежных исследований, s=0,005÷0,015. Такой подход
имеет определенные преимущества перед денежной оценкой. В отличие от денежной
энергетическая оценка имеет прямое, объективное, «физическое» основание,
является более стабильной, не подверженной инфляции и волюнтаристскому вмешательству.
В целом, энергетическая оценка не подменяет, а дополняет денежную оценку. Денежная
оценка дает основание для выработки производственной тактики, энергетический
анализ – для выработки стратегии формирования транспортных систем на весь
период отработки карьера.
Метод
энергетической оценки был реализован при обосновании глубины перехода к
вскрытию внутрикарьерными железнодорожными тоннелями Костомукшского карьера
[13]. Был рассмотрен период отработки карьера с 1998 до 2031 г. включительно. Оценивалось
три варианта, характеризующихся различными глубинами перехода с траншейного на
тоннельное вскрытие: 170, 230 и 310 м. К детальной оценке принят 2-й вариант
тоннельного вскрытия (глубина перехода 230 м) как наиболее энергетически эффективной. Суммарные дисконтированные затраты энергии по указанному варианту на
12,1% ниже, чем при вскрытии с траншейным вводом железнодорожного транспорта на
глубину 310 м, и на 10–16% ниже, чем при 1 м и 3 м вариантах тоннельного вскрытия. Энергетическая эффективность обеспечивается за счет глубокого ввода
железнодорожного транспорта, снижения высоты подъема горной массы
автотранспортом и сокращения разноса бортов карьера. Вместе с тем,
экономические расчеты (ЧДД) не позволяют сделать обоснованный вывод о
рациональной глубине перехода на тоннельное вскрытие ввиду незначительного
различия вариантов по затратам. Это подтверждает перспективность
энергетического анализа при обосновании стратегии формирования транспортных
систем глубоких карьеров.