Структура энергопотребления горнодобывающего предприятия

Структура энергопотребления горнодобывающего предприятия показывает, как энергетические ресурсы распределяются между добычей полезного ископаемого, его перемещением, дроблением и вспомогательными производственными системами. Для её определения необходимо сопоставить фактическое потребление энергии по технологическим узлам со схемой производственных процессов, объёмами добычи и переработки, сменностью и условиями эксплуатации.

Главная задача анализа — установить, какие технологические операции формируют потребление энергоресурсов и как оно изменяется вместе с производственной нагрузкой. При этом важно отделить энергию основного добычного оборудования от расхода вентиляции, водоотлива, транспорта, собственных объектов предприятия и других подтверждённых вспомогательных потребителей.

Единой структуры энергопотребления для всех горнодобывающих предприятий не существует. Открытая и подземная добыча имеют различный состав инженерных и технологических систем. Кроме того, на потребление влияют глубина разработки, свойства породы, схема транспортирования и фактический режим производства. Поэтому типовое распределение энергетических затрат нельзя переносить на конкретную площадку без сведений о её технологии.

Из каких энергетических потоков складывается потребление предприятия

Для анализа горнодобывающее предприятие рассматривают как совокупность технологических переделов. Передел — отдельная стадия производственного процесса, для которой можно определить выполняемую работу и связанные с ней энергетические затраты.

В рассматриваемой структуре выделяют добычу, перемещение добытого материала, дробление при наличии соответствующего оборудования и вспомогательные нужды.

Расход энергии каждого передела зависит от установленного оборудования, его фактической загрузки и продолжительности работы. Поэтому принадлежность агрегата к определённой стадии производства устанавливают по технологической схеме, а не только по его наименованию.

Например, электроприводы могут использоваться как для дробления породы, так и для её транспортировки. Для распределения электроэнергии между этими операциями необходимо знать, какие механизмы выполняют соответствующую функцию и как организовано их электроснабжение.

Общее энергопотребление в выбранной границе можно представить как сумму составляющих:

E_общ = E_добыча + E_{перемещение} + E_{дробление} + E_всп,

где каждая составляющая характеризует потребление соответствующего технологического передела или вспомогательных систем за один и тот же период.

Это условная модель распределения. Её состав необходимо уточнять по реальной технологической схеме предприятия. Если отдельная операция отсутствует либо её потребление включено в другой измеряемый узел, структуру расчёта корректируют, исключая повторный учёт.

Какие исходные данные нужны для построения структуры

Основу анализа составляют сведения о потреблении энергоресурсов по узлам, технологическая схема и показатели фактической производственной деятельности.

• Энергия основных и вспомогательных производств по узлам. Позволяет определить измеренное потребление отдельных участков и установить границы энергетических потоков.
• Объёмы добычи и переработки, схема технологических процессов. Необходимы для сопоставления энергопотребления с выполняемыми операциями и фактической производственной нагрузкой.
• Данные по вентиляции, транспорту, насосам и собственным объектам. Используются для отделения вспомогательных нагрузок от основных технологических переделов и проверки полноты энергетической структуры.

Эти сведения должны относиться к согласованным периодам и границам объекта. Например, потребление электроэнергии за месяц необходимо сопоставлять с объёмами добычи и переработки за тот же период.

Если энергетический показатель относится к нескольким производственным узлам одновременно, нельзя без дополнительных данных полностью приписывать его одному переделу.

Отдельно проверяют полноту учёта. Если часть оборудования питается через общие распределительные узлы, потребуется установить состав подключённых потребителей и возможность разграничения их нагрузок.

Как распределить энергию между добычей, перемещением и дроблением

Распределение начинают с последовательного описания производственного процесса: какая операция выполняется, каким оборудованием и какой энергетический поток обеспечивает его работу.

Добычное оборудование

К добычному переделу относят энергетические затраты оборудования, непосредственно выполняющего соответствующие операции извлечения полезного ископаемого в рамках принятой технологической схемы.

Для определения потребления необходимо установить границу питания оборудования, его фактические режимы и продолжительность работы.

Установленная мощность агрегата может использоваться как характеристика оборудования, но не заменяет данные о потреблённой энергии.

Если два агрегата имеют одинаковую установленную мощность, но различаются по загрузке и продолжительности работы, их фактическое энергопотребление может существенно отличаться.

Перемещение добытого материала

Энергетические затраты транспортирования связывают с фактической схемой перемещения материала между технологическими участками.

В зависимости от технологии в этой части производственного процесса могут применяться электроприводы транспортирующего оборудования.

Для анализа необходимо определить, какие участки перемещения относятся к рассматриваемой границе, какой объём материала через них проходит и как меняется нагрузка оборудования.

Если одна транспортная система обслуживает несколько переделов, необходимо установить обоснованный способ распределения её потребления. Без таких сведений нельзя достоверно отнести всю энергию транспорта только к добыче или переработке.

Дробление и переработка

Если технологическая схема предусматривает дробление, его энергетические затраты рассматривают отдельно от добычи и транспортирования.

Существенное значение имеют электроприводы дробильного оборудования и фактические объёмы материала, проходящего через соответствующую стадию.

Для анализа сопоставляют энергию, потреблённую в установленной границе дробильного узла, с объёмом переработанного материала за тот же период.

При этом необходимо учитывать свойства породы. Изменение энергетической нагрузки дробления может быть связано не только с состоянием оборудования, но и с характеристиками перерабатываемого материала.

Поэтому повышенный расход энергии на дробление нельзя автоматически признавать неэффективностью электропривода. Сначала необходимо проверить сопоставимость производственной нагрузки и свойств породы.

Почему открытая и подземная добыча имеют разную энергетическую структуру

Способ разработки месторождения определяет состав технологических операций и вспомогательных систем.

При открытой добыче структура энергопотребления зависит от принятой схемы извлечения и перемещения материала, характеристик транспортирования и организации переработки.

При подземной добыче существенное место в энергетической структуре могут занимать системы, обеспечивающие необходимые условия работы подземных выработок. В частности, требуется учитывать вентиляцию и водоотлив, если они предусмотрены технологией объекта.

Поэтому сопоставление предприятий только по общему объёму добычи может быть недостаточным. Даже при одинаковом выпуске состав обязательных вспомогательных нагрузок различается.

При построении структуры сначала определяют способ добычи и фактическую последовательность операций. Затем выделяют оборудование, обеспечивающее основную производственную функцию, и вспомогательные системы, необходимые для её выполнения.

Структура энергопотребления открытого предприятия не может без проверки использоваться как модель подземного объекта, и наоборот.

Как учитывать вентиляцию и водоотлив

Вентиляция и водоотлив могут формировать значительную вспомогательную нагрузку, причём её режим не обязательно совпадает с текущим объёмом добычи.

Например, вентиляционное оборудование может обеспечивать необходимые условия эксплуатации и в периоды сниженной производственной активности.

Аналогично работа насосов водоотлива определяется не только количеством добытого материала, но и фактическими условиями водоотведения.

В таком случае часть энергопотребления сохраняется даже при уменьшении добычи.

Для правильного анализа необходимо определить:

• какие вентиляционные и насосные системы входят в рассматриваемую технологическую схему;
• какой объём энергии они потребляют за соответствующий период;
• какие режимы работы являются необходимыми;
• как меняется нагрузка при изменении производственной активности.

Нельзя считать всю энергию, потребляемую вспомогательным оборудованием вне основной производственной смены, потерями.

Сначала необходимо установить назначение системы и требуемые условия её эксплуатации. Только после этого можно определять, существует ли неэффективный режим.

Как отделить общеплощадочное потребление от добычного процесса

На горнодобывающем предприятии энергетические ресурсы потребляют не только производственные механизмы, непосредственно участвующие в извлечении и переработке материала.

В общеплощадочный спрос могут входить собственные объекты предприятия и вспомогательные системы, обеспечивающие его эксплуатацию.

Если эти нагрузки включить в потребление добычного оборудования без разграничения, энергетическая структура будет искажена.

Например, общий счётчик может учитывать как электроприводы технологических механизмов, так и вспомогательные потребители. В таком случае его показания характеризуют совокупную нагрузку соответствующей границы, а не только добычу.

Для разграничения используют схему распределения ресурсов и данные учёта по узлам.

Если отдельных измерений нет, необходимо установить, допускает ли имеющаяся информация расчётное разделение. Такой результат следует обозначать как оценочный, а не непосредственно измеренный.

Разделение общеплощадочного и технологического спроса необходимо для правильного определения вклада добычи, перемещения, дробления и вспомогательных нужд.

Почему сменность меняет фактическую структуру энергопотребления

Продолжительность работы отдельных систем может различаться в зависимости от производственного графика.

Основное добычное оборудование может работать в соответствии со сменным режимом. При этом часть вспомогательных систем может сохранять нагрузку в периоды между сменами.

В результате соотношение энергетических потоков зависит не только от установленного состава оборудования, но и от распределения времени между рабочими режимами.

Для анализа целесообразно сопоставлять интервальные данные энергопотребления с графиком производственной работы.

Это позволяет определить, какие узлы изменяют нагрузку вместе с добычей, а какие сохраняют относительно постоянное потребление.

Если такое разделение не выполнено, можно ошибочно приписать изменение общего энергопотребления технической неэффективности, хотя оно связано с перераспределением рабочего времени.

Поэтому сменность следует учитывать как самостоятельный фактор при интерпретации структуры потребления.

Как геологические условия влияют на удельные энергозатраты

Удельное энергопотребление характеризует количество использованной энергии по отношению к определённому объёму выполненной производственной работы.

Для предварительного анализа можно использовать показатель энергии на единицу добытого или переработанного материала:

e = E / M,

где E — энергопотребление за период, M — соответствующая масса добытого или переработанного материала.

Этот показатель необходимо рассчитывать в согласованных границах. Если энергия включает дробление и транспортирование, а масса характеризует только часть продукции, интерпретация должна учитывать такое различие.

Удельная энергия на тонну может изменяться вследствие глубины разработки или свойств породы.

Например, изменение условий перемещения материала может повлиять на энергетические затраты транспортирования. Изменение характеристик породы — на нагрузку оборудования, выполняющего дробление.

Поэтому рост удельного энергопотребления не обязательно означает ухудшение эффективности агрегатов.

Для вывода необходимо сопоставить геологические и технологические условия, объёмы производства и фактическую структуру нагрузок.

Показатель энергии на тонну полезен для анализа динамики, но без учёта глубины разработки и свойств породы не позволяет однозначно установить причину изменения.

Почему установленная мощность не показывает фактическую структуру потребления

Установленная мощность характеризует технические параметры оборудования, но не определяет количество энергии, фактически использованное за период.

Энергопотребление зависит от мощности в рабочих режимах и продолжительности их действия.

Для последовательности режимов применима расчётная зависимость:

E = Σ(P_i × τ_i),

где P_i — фактическая мощность в соответствующем режиме, τ_i — продолжительность работы.

Например, оборудование с большой установленной мощностью может работать ограниченное время. Вспомогательная система с меньшей мощностью может потреблять значительный объём энергии благодаря продолжительной работе.

Поэтому распределение установленной мощности по подразделениям нельзя автоматически считать распределением фактического энергопотребления.

Для определения структуры необходимы измеренные энергетические показатели либо обоснованные расчёты по фактическим режимам.

Как учитывать удалённые площадки и собственные источники энергии

Если горнодобывающее предприятие включает удалённые производственные участки, необходимо установить, какие энергетические ресурсы используются на каждой площадке.

Некоторые площадки могут получать энергию через общую систему снабжения, а другие — использовать собственные источники, если они предусмотрены фактической схемой объекта.

При наличии собственных источников необходимо учитывать их вклад в энергетическую структуру наряду с поступлением ресурсов от внешнего снабжения.

При этом важно не смешивать разные границы учёта.

Например, электрическая энергия, выработанная собственным источником и использованная потребителями площадки, не должна повторно прибавляться к тому же потреблению как самостоятельная конечная нагрузка.

Необходимо разграничивать выработку или поступление энергии и её распределение между конечными потребителями.

Если собственных источников на объекте нет, включать их в структуру по аналогии с другим предприятием нельзя.

Для удалённых площадок энергетическую модель составляют по фактической схеме снабжения, а не по предполагаемому типовому набору источников.

Как построить энергетический баланс по технологическим переделам

Баланс позволяет сопоставить общий объём энергии в установленной границе с её распределением между производственными и вспомогательными узлами.

Для одного энергоресурса и согласованного периода условная зависимость имеет вид:

E_вход = ΣE_узлы + ΔE_баланс,

где E_вход — энергия, поступившая в рассматриваемую границу, ΣE_узлы — сумма учтённого потребления внутри неё, ΔE_баланс — балансовая неувязка.

Неувязка может быть связана с неполнотой внутренних измерений, характеристиками приборов или составляющими распределения, не выделенными в принятой модели.

Считать её полностью физическими потерями без дополнительной проверки нельзя.

Баланс составляют отдельно для соответствующих видов энергоресурсов. Если требуется сводное энергетическое представление, необходимо привести показатели к согласованной энергетической основе с явным указанием применённых преобразований.

Для анализа по технологическим операциям особенно важно, чтобы каждый узел входил в расчёт только один раз.

Если показание общего счётчика уже включает энергию отдельных переделов, его нельзя складывать с показаниями внутренних приборов как с независимыми потоками.

Как связать потребление с объёмами добычи и переработки

После определения энергетических границ показатели потребления сопоставляют с фактическими объёмами производственных операций.

Для добычного передела используют соответствующий объём добычи. Для дробления — количество материала, прошедшего через рассматриваемую стадию. Для транспортирования необходимо учитывать объём перемещаемого материала и особенности принятой схемы перемещения.

Однако одинаковая единица массы не означает одинаковое содержание выполненной работы.

Глубина разработки, свойства породы и конфигурация технологической схемы могут влиять на энергопотребление отдельных операций.

Поэтому сравнение удельных показателей между периодами требует проверки сопоставимости технологических условий.

Важное значение имеет и различие между добычей и переработкой. Если часть добытого материала проходит дополнительные операции или объёмы этих стадий не совпадают, нельзя без уточнения использовать одну массу как основание для всех энергетических показателей.

Как представить структуру энергопотребления по переделам

Для практического анализа удобно составить таблицу, в которой каждый энергетический поток связан с конкретной технологической функцией и исходными данными.

Часть производства	Что характеризует потребление	Какие данные необходимы
Добыча	Энергетические затраты оборудования, выполняющего добычные операции	Потребление соответствующих узлов, объёмы добычи и режимы работы
Перемещение материала	Энергия транспортирующего оборудования, включая соответствующие электроприводы	Схема транспортирования, потребление и фактические производственные режимы
Дробление	Энергопотребление дробильного оборудования при наличии такого передела	Энергия узла, объёмы переработки и характеристики производственной нагрузки
Вентиляция	Вспомогательная нагрузка, обеспечивающая необходимые условия эксплуатации	Потребление оборудования и продолжительность характерных режимов
Водоотлив и насосы	Энергия перекачки в соответствии с фактическими условиями объекта	Данные насосных систем и режимы их эксплуатации
Собственные объекты	Общеплощадочный спрос, не отнесённый непосредственно к добычному переделу	Схема распределения ресурсов и данные учёта соответствующих потребителей

Таблица является схемой анализа, а не утверждением, что каждый перечисленный передел или вид оборудования присутствует на конкретном предприятии.

Фактический состав строк определяют по технологической документации, а величины заполняют измеренными данными либо отдельно обозначенными расчётными оценками.

Как найти причину изменения структуры энергопотребления

Если доля отдельного передела выросла, сначала необходимо проверить, изменилось ли его абсолютное энергопотребление.

Рост доли не всегда означает увеличение расхода. Например, потребление вспомогательной системы может оставаться постоянным, а объём энергии основного производства — уменьшиться.

В таком случае относительная доля вспомогательных нужд увеличится даже без изменения режима самой системы.

Для корректной интерпретации необходимо последовательно проверить:

1. Изменилось ли абсолютное потребление рассматриваемого узла?
2. Изменился ли объём добычи или переработки?
3. Изменились ли продолжительность смен и загрузка оборудования?
4. Сопоставимы ли геологические и технологические условия?
5. Не изменилась ли граница учёта или состав подключённых потребителей?

Только после этого можно формулировать проверяемую причину изменения.

Если рост удельного энергопотребления совпал с изменением глубины разработки или характеристик породы, необходимо оценить влияние этих условий. Нельзя автоматически относить изменение к неисправности оборудования.

Порядок анализа энергетической структуры предприятия

1. Определить технологическую схему. Установить способ добычи, последовательность операций и состав основных переделов.
2. Выбрать границы энергетического анализа. Определить рассматриваемые площадки, входные потоки и группы потребителей.
3. Собрать данные по узлам. Получить сведения о потреблении энергии основными и вспомогательными производствами.
4. Связать энергию с технологическими операциями. Разграничить добычу, перемещение, дробление и вспомогательные нужды.
5. Установить объёмы производства. Получить показатели добычи и переработки за соответствующие периоды.
6. Учесть эксплуатационные режимы. Проверить сменность и фактическую загрузку оборудования.
7. Проверить геологические условия. Установить факторы, влияющие на сопоставимость удельных энергозатрат.
8. Выделить постоянные вспомогательные нагрузки. Рассмотреть вентиляцию и водоотлив в соответствии с фактической технологией.
9. Проверить удалённые площадки. Уточнить наличие собственных источников энергии и границы распределения ресурсов.
10. Составить баланс. Сопоставить поступление энергии с учтённым потреблением по узлам, исключая повторный счёт.
11. Рассчитать показатели по переделам. Определить абсолютное и, при наличии сопоставимых данных, удельное энергопотребление.
12. Зафиксировать ограничения. Отделить измеренные величины от расчётных и указать недостающие сведения.

Последовательность позволяет определить, какие энергетические потоки подтверждены, какие требуют детализации и где необходимо следующее измерение.

Какие ошибки искажают структуру энергопотребления

Одна из ошибок — построение структуры по установленной мощности оборудования вместо фактически потреблённой энергии. Такой подход не учитывает загрузку и продолжительность работы агрегатов.

Другая ошибка — включение общеплощадочного спроса в добычные операции без проверки границ учёта. В этом случае энергетические показатели основного производства могут оказаться завышенными.

Неверный вывод также возможен при сопоставлении удельной энергии на тонну без учёта геологических условий.

Если глубина разработки или свойства породы изменились, энергетические затраты на соответствующую производственную операцию могут измениться даже при исправном оборудовании.

Ещё одно ограничение связано с различиями открытой и подземной добычи. Нельзя использовать структуру одного способа разработки как подтверждённую модель другого.

Для удалённых площадок необходимо отдельно проверить наличие собственных источников энергии. Их нельзя включать в баланс по предположению, равно как нельзя игнорировать при подтверждённом наличии.

Что делать, если данные неполны

Если неизвестны объёмы добычи и переработки или отсутствует схема технологических процессов, нельзя достоверно связать энергетические потоки с выполненными операциями.

В таком случае сначала уточняют фактическую производственную схему и показатели соответствующих переделов.

Если имеется только общий расход электроэнергии, необходимо проверить доступность измерений по основным и вспомогательным узлам.

Если неизвестно потребление вентиляции, транспорта, насосов и собственных объектов, нельзя уверенно определить их вклад и отделить соответствующий расход от энергии основного добычного оборудования.

Если отсутствуют сведения о сменности, продолжительности работы или геологических условиях, выводы о причинах изменения удельного энергопотребления остаются ограниченными.

При неполных данных корректным промежуточным результатом становится предварительная схема потоков с перечнем необходимых измерений. Назначать неподтверждённые доли потребления или нормативные проценты для отдельных переделов нельзя.

Результат анализа и его практическое применение

Итогом является схема энергопотребления горнодобывающего предприятия по технологическим переделам и эксплуатационным режимам.

Она показывает, какие ресурсы используются для добычи, транспортирования, дробления и вспомогательных нужд, какие показатели подтверждены измерениями и где требуется дополнительная детализация.

На основании схемы можно определить, какое следующее измерение необходимо для уточнения потребления отдельного узла, какие режимы требуют предметной проверки и для каких переделов достаточно данных для дальнейшего энергетического расчёта.

Если выявлено изменение удельной энергии, необходимо сопоставить его с объёмом производства, сменностью и геологическими условиями. Если обнаружена значительная постоянная вспомогательная нагрузка, следует проверить её назначение и необходимый режим, не объявляя её автоматически потерей.

Практический вывод: структуру энергопотребления горнодобывающего предприятия определяют по фактическим энергетическим потокам, технологическим переделам и режимам работы. Основную добычную нагрузку необходимо отделять от транспортирования, дробления, вентиляции, водоотлива и общеплощадочных потребителей. При анализе удельной энергии учитывают сменность, глубину разработки и свойства породы. Структура открытой и подземной добычи может существенно различаться, поэтому переносить типовую модель на конкретное предприятие без подтверждённой технологической схемы и измерений нельзя.

Связанные вопросы рассматриваются в разделах «Горнодобывающие предприятия», «Энергоаудит предприятия» и «Поиск причин высокого энергопотребления».