Структура энергопотребления горнодобывающего предприятия
Структуру энергопотребления горнодобывающего предприятия необходимо строить по технологическим функциям, а не только по видам энергоресурсов или отдельным крупным потребителям. Практически энергозатраты разделяют между выемкой, транспортом, водоотливом, вентиляцией, дроблением и вспомогательной инфраструктурой, а затем связывают каждый поток с производительностью, режимом работы и конкретной полезной функцией.
Такой подход позволяет понять не просто, где расходуется больше всего энергии, а почему формируется эта нагрузка. Крупный потребитель может быть энергоёмким из-за большого объёма полезной работы, а сравнительно небольшой участок — содержать проверяемый резерв из-за низкой загрузки, избыточного времени работы или несогласованности с основным технологическим процессом.
Почему общего энергобаланса предприятия недостаточно
Суммарное потребление электроэнергии, топлива и тепла показывает общий масштаб, но не разделяет причины.
На итоговое энергопотребление могут одновременно влиять:
- объём добычи;
- состояние и параметры добываемого материала;
- расстояние и способ транспортирования;
- режим водоотлива;
- режим вентиляции;
- объём дробления;
- загрузка оборудования;
- продолжительность работы вспомогательных систем.
Поэтому первым результатом анализа должна быть процессная карта энергозатрат, а не рейтинг отдельных электродвигателей по мощности.
Какие исходные данные нужны
Чтобы разделить энергопотребление по процессам, энергетические данные необходимо сопоставить с технологической работой за тот же период.
Основные исходные данные:
- производительность и технологические режимы;
- потребление топлива, тепла и электроэнергии по процессам;
- параметры сырья, промежуточного и конечного продукта;
- параметры вспомогательных систем;
- графики загрузки оборудования;
- описание периодов, к которым относятся производственные и энергетические данные.
Схемы, журналы режимов и спецификации нужны там, где без них невозможно установить границу процесса или понять последовательность работы оборудования.
Сначала необходимо определить технологические границы
Для каждого процесса следует установить, какое оборудование и какие энергетические потоки относятся именно к нему.
Отдельными границами могут быть:
- выемка;
- внутренний транспорт;
- водоотлив;
- вентиляция;
- дробление;
- вспомогательная инфраструктура.
Граница должна позволять связать потребление с полезной технологической функцией. Если несколько процессов учитываются одним прибором, сначала может потребоваться дополнительное разделение данных.
Выемка как отдельный энергетический процесс
Энергопотребление выемки следует оценивать вместе с фактической производительностью и режимом работы оборудования.
Для анализа необходимо определить:
- какое оборудование участвует в процессе;
- каков объём полезной работы;
- как меняется нагрузка во времени;
- какова продолжительность основных режимов;
- есть ли режимы ожидания или холостого хода;
- как меняются параметры добываемого материала.
Высокое абсолютное потребление процесса само по себе не доказывает неэффективность, если одновременно выполняется большой объём полезной работы.
Почему низкая загрузка оборудования может ухудшать удельные показатели
При частичной загрузке часть энергозатрат может сохраняться, хотя производительность снижается.
В результате:
- энергия распределяется на меньший объём добычи;
- увеличивается относительное влияние холостых режимов;
- может возрастать доля запусков и остановов;
- удельное энергопотребление ухудшается без отдельного технического дефекта.
Поэтому сравнение режимов необходимо выполнять при сопоставимой производительности или с учётом её изменения.
Транспорт как самостоятельная составляющая
Энергозатраты транспорта нельзя оценивать отдельно от перемещаемого объёма и фактического режима перевозки или перемещения материала.
Необходимо сопоставить:
- объём перемещаемого материала;
- продолжительность работы;
- число работающих единиц оборудования;
- режим загрузки;
- простои;
- работу вспомогательных приводов.
Если производительность снижается, а транспортная система продолжает работать в прежнем режиме, часть её нагрузки может стать непропорциональной полезной функции.
Почему транспорт нужно анализировать по режимам
Среднее потребление за длительный период может объединять:
- полную загрузку;
- частичную загрузку;
- работу без полезного потока;
- ожидание;
- переходные режимы.
Разделение этих состояний позволяет понять, какая часть энергозатрат связана с полезным транспортированием, а какая требует дополнительной проверки.
Водоотлив как отдельная энергетическая нагрузка
Водоотлив необходимо связывать с фактической гидравлической задачей и режимом работы насосного оборудования.
Для анализа определяют:
- какие насосные группы работают;
- продолжительность их работы;
- режим включения;
- фактическую нагрузку;
- последовательность работы оборудования;
- изменение условий по периодам.
Сам высокий расход электроэнергии насосами не является достаточным основанием для вывода о перерасходе. Сначала необходимо установить полезную функцию и режим.
Почему установленная мощность насосов не определяет реальное энергопотребление
Установленная мощность — характеристика оборудования, а фактические энергозатраты зависят от рабочей точки и времени работы.
Поэтому необходимо сопоставлять:
- фактическую электрическую нагрузку;
- продолжительность работы;
- число одновременно работающих насосов;
- режим регулирования;
- реальную технологическую потребность.
Это позволяет отделить размер установленного оборудования от фактического энергетического режима.
Вентиляция в структуре энергопотребления
Вентиляционные системы могут работать длительное время и формировать значимую нагрузку, поэтому их необходимо выделять отдельной процессной границей.
Для анализа важно знать:
- какие зоны обслуживает система;
- какова продолжительность работы;
- как нагрузка связана с производственным процессом;
- как меняется состав работающего оборудования;
- какие режимы используются при изменении производственной нагрузки.
Вывод о возможном резерве допустим только после проверки того, что полезная функция вентиляции сохраняется.
Почему постоянный режим вентиляции требует отдельной проверки
Если производственная нагрузка меняется, а вентиляционное оборудование работает в неизменном режиме, возникает аналитический вопрос о соответствии нагрузки реальной потребности.
Для проверки сопоставляют:
- график основного процесса;
- график вентиляции;
- загрузку оборудования;
- фактическую электрическую нагрузку;
- требуемую полезную функцию.
Без этой информации нельзя утверждать, что неизменная работа является избыточной.
Дробление как отдельная технологическая стадия
Энергозатраты дробления необходимо связывать с объёмом обрабатываемого материала, режимом загрузки и параметрами продукта.
Для содержательного сравнения нужны:
- производительность;
- фактическая электрическая нагрузка;
- продолжительность работы;
- график подачи материала;
- характерные рабочие режимы;
- параметры сырья и продукта, если они меняют энергетическую задачу.
Сравнение только по общему расходу электроэнергии без учёта объёма и параметров материала может приводить к ложному выводу.
Как использовать удельные показатели
Удельное энергопотребление помогает связать энергетические затраты с полезным выпуском.
Но такой показатель необходимо использовать только для сопоставимых режимов.
Проверяют:
- одинакова ли технологическая стадия;
- сопоставим ли продукт;
- не изменилась ли производительность;
- не изменилась ли конфигурация оборудования;
- не изменилась ли продолжительность холостых режимов.
Само изменение удельного значения не доказывает конкретную причину без режимного анализа.
Вспомогательная инфраструктура
Часть энергетических затрат не относится непосредственно к выемке или переработке, но необходима для работы предприятия.
При анализе вспомогательной инфраструктуры необходимо определить:
- какой основной процесс она обслуживает;
- как её нагрузка связана с производительностью;
- работает ли она при остановке основной технологии;
- какова продолжительность постоянной нагрузки;
- можно ли выделить её отдельной измерительной границей.
Это позволяет не смешивать основную технологическую энергоёмкость с энергозатратами обеспечения.
Почему вспомогательные системы могут искажать общий удельный показатель
Часть вспомогательного потребления может оставаться относительно постоянной при изменении добычи.
Тогда при уменьшении выпуска:
- общий расход снижается медленнее производительности;
- удельное потребление растёт;
- может возникнуть ложное впечатление ухудшения основного процесса.
Для правильной интерпретации постоянные и производственно-зависимые нагрузки полезно рассматривать раздельно.
Что такое процессный энергетический баланс
Процессный баланс распределяет входящие энергетические ресурсы между конкретными технологическими функциями.
Для каждой границы определяют:
- какой энергоресурс используется;
- какое оборудование его потребляет;
- какая полезная функция выполняется;
- каков режим работы;
- какая часть нагрузки относится к вспомогательным системам;
- какие потоки пока не разделены измерениями.
Такой баланс помогает определить, где нужны дополнительные измерения и где количественный вывод пока преждевременен.
Почему балансовую разницу нельзя сразу считать потерями
При неполной измерительной структуре разница между общим вводом и учтёнными процессами может включать:
- неучтённых потребителей;
- вспомогательные нагрузки;
- несинхронные периоды;
- ошибку границы;
- измерительную неопределённость.
Поэтому сначала необходимо закрыть структуру учёта, а уже затем интерпретировать остаток.
Как анализировать графики нагрузки
Временные ряды помогают связать энергопотребление с фактическими технологическими событиями.
На графиках можно выделить:
- запуски и остановы;
- основную рабочую нагрузку;
- частичные режимы;
- простои;
- работу вспомогательных систем вне основного процесса;
- переключение между технологическими стадиями.
Но само совпадение изменений во времени ещё не доказывает причинную связь: режим должен подтверждаться технологическими данными.
Как отличить рост энергопотребления от роста добычи
При увеличении объёма полезной работы общий расход энергии закономерно может расти.
Для интерпретации необходимо сопоставить:
- общий расход;
- объём добычи;
- производительность оборудования;
- время работы;
- долю вспомогательной нагрузки;
- изменение технологического режима.
Только после этого можно определить, изменилось ли энергопотребление сильнее или слабее, чем объясняется производственной загрузкой.
Почему низкая загрузка — альтернативное объяснение высокого удельного расхода
Высокий расход энергии на единицу продукции может возникать из-за того, что система работает далеко от обычного производственного режима.
Необходимо проверить:
- реальную производительность;
- продолжительность холостых интервалов;
- число работающих единиц оборудования;
- постоянные вспомогательные нагрузки;
- частоту запусков и остановов.
Без этой проверки высокий удельный показатель нельзя автоматически связывать с технической неисправностью или потерями.
Как выбирать участки для дополнительных измерений
Дополнительный учёт наиболее полезен там, где отсутствие разделения мешает принять конкретное решение.
Приоритетными являются границы, где необходимо различить:
- два или несколько крупных технологических процессов;
- основную и вспомогательную нагрузку;
- рабочий и холостой режим;
- разные группы оборудования;
- разные уровни производительности.
Цель измерения — убрать неопределённость, а не просто увеличить количество доступных показаний.
Почему единичное измерение может быть недостаточным
Горнодобывающие процессы могут работать в существенно различающихся режимах.
Поэтому одно измерение необходимо обязательно привязывать к:
- уровню производительности;
- состоянию оборудования;
- этапу технологического процесса;
- продолжительности режима;
- составу работающих потребителей.
Для общей оценки могут потребоваться данные по нескольким характерным состояниям.
Как проверять предполагаемый перерасход
Если один участок выделяется высоким энергопотреблением, необходимо рассмотреть несколько возможных причин.
Проверяют:
- низкую загрузку;
- изменение полезной функции;
- изменение технологического режима;
- лишнюю продолжительность работы;
- работу вспомогательного оборудования;
- неполную измерительную границу.
Вывод о конкретной причине допустим только после того, как данные позволяют отличить её от этих альтернатив.
Какие ошибки чаще всего возникают при анализе
Основная ошибка — считать крупнейшего потребителя автоматически главным источником потерь.
Также некорректно:
- сравнивать процессы без учёта производительности;
- использовать установленную мощность вместо фактической нагрузки;
- не отделять вспомогательные системы;
- сравнивать несинхронные производственные и энергетические периоды;
- игнорировать холостые и переходные режимы;
- считать удельный показатель доказательством причины;
- интерпретировать неполный энергетический баланс как точную величину потерь;
- делать вывод о фактической неэффективности без данных о режиме.
Практический порядок построения структуры энергопотребления
- Определить общую энергетическую и технологическую границу предприятия.
- Разделить технологическую цепочку на основные процессы.
- Выделить выемку, транспорт, водоотлив, вентиляцию и дробление.
- Отдельно определить вспомогательную инфраструктуру.
- Собрать потребление топлива, тепла и электроэнергии.
- Синхронизировать энергетические данные с производственными периодами.
- Зафиксировать объём полезной функции для каждого процесса.
- Собрать графики загрузки оборудования.
- Определить рабочие, частичные, холостые и переходные режимы.
- Построить процессный энергетический баланс.
- Отделить основную технологию от вспомогательных нагрузок.
- Проверить удельные показатели в сопоставимых режимах.
- Определить участки с неполной измерительной границей.
- Назначить дополнительные измерения там, где они способны изменить вывод.
- Проверить альтернативные причины высокого энергопотребления.
- Сформировать перечень процессных границ для дальнейшего углублённого анализа.
Какой результат должен получиться
Практически полезный результат — процессная структура энергопотребления горнодобывающего предприятия, в которой энергетические потоки разделены между выемкой, транспортом, водоотливом, вентиляцией, дроблением и вспомогательной инфраструктурой, а каждый поток связан с производительностью, загрузкой и режимом работы.
Такая структура позволяет определить, где необходим дополнительный учёт, какие участки выбирать для локального энергетического баланса, где анализировать режим оборудования и какие процессы требуют более детальной проверки причин высокого потребления.
Граница вывода принципиальна: сравнение энергозатрат производственных процессов без учёта выпуска, параметров продукта и режима загрузки может приводить к ложным выводам. Высокое абсолютное или удельное потребление не доказывает наличие потерь, пока не подтверждены измерительная граница, полезная функция и фактический технологический режим.