摘要：自2021年5月到2022年4月，兖州中材在德安万年青石灰石矿山对纯电动宽体车进行了一年的应用实践。数据显示，10辆纯电动矿车完成了339万吨的矿石运输作业，排土作业9000余车次，总耗电近10.8万kWh，减少柴油消耗30.51万升。按照0.7元/kWh电价计算，每吨矿石的电耗运输成本约2.24分钱，成本只有燃油车的4%。矿石原料运距平均约1.5公里，平均坡度5.6%。在本项目运输作业路线上，满载约90吨的车辆下坡时，势能转换为机械能，通过电机发电并存储。以某一趟运输为例，空车从卸料点到上料点上坡，消耗了14.5度电；满载后从上料点回到卸料点，电池电量增加了15.1度电。往返一趟里程3.3KM，耗电-0.6度，即电池电量反而多出来0.6度电。从稳定性和出勤率方面来看，项目现场投入10辆纯电动矿车，配备10名司机，基本为单班生产，除去司机休息天数，车辆的出勤率超过了98.5%（含排土作业）。从充电时间记录上看，平均在20分钟左右。相对比常规1小时左右的充电时间缩短一倍，提高了车辆的出勤效率，增加了单车的产量。纯电动矿车仅配备145kWh快充动力电池，实现充电一次可连续运行2-7天，快充电池每次充电平均耗时不足30分钟，电能回馈几乎完全避免了刹车片的损耗。
一、前言
为了积极响应国家节能减排、实现双碳目标，同时积极践行两山理念，推动绿色矿山建设，提高矿山运输效率，兖州中材在德安万年青石灰岩矿山开采项目中，结合矿山实际情况，选购了10辆工艺技术先进且成熟的超快充纯电动宽体自卸车，用于矿石的运输和山皮土排运。这批车辆配备了微宏动力145kWh快充动力电池、额定功率430kW的双电机及法士特矿山专用自动档变速箱。自2021年5月正式投入运营以来，已连续稳定运行了一年的时间。
二、运行总结
1、运量与能耗成本
自2021年5月到2022年4月，这批车辆完成了339万吨的矿石运输作业，此外还进行了排土作业9000余车次。
纯电动宽体车矿石运输道路为空载上坡，重载下坡。路线和坡度如下图所示。
矿石运输运距平均约1.5公里，海拔落差约平均85米，平均坡度约5.6%。纯电动车辆在下坡时，可以利用电机的反拖力进行制动，在不消耗刹车片的同时，回收可观的电能。因此可以大大节约能量消耗。
排土作业为平路运输，占比较少。
矿石运输路况主要分为两个平台：
1）435平台作业
2）450平台作业
一年时间，10辆电动矿车完成总运量339万吨，总耗电107938kWh。平均每吨矿石耗电量0.032kWh，按照0.7元/kWh电价计算，每吨矿石的运输成本约2.24分钱。
2021年5月至2022年4月，每个月的平均运输量和平均单耗如下图所示。
2、电动矿车节能分析
在本项目矿石运输的作业路线上，满载约90吨的车辆下坡时，势能转换为机械能并通过电机发电，发出来的电经过交流-直流变换后储存进了动力电池。这个过程称为“能量回馈”，同时它又实现了车辆的制动，几乎完全避免了刹车片的损耗。以某一趟运输为例，空车从卸料点到上料点上坡，消耗了14.5度电；满载后从上料点回到卸料点，电池电量增加了15.1度电。这一次往返一趟里程3.3KM，耗电-0.6度，即电池电量反而多出来0.6度电。
这个过程可以理解为矿石的势能被转换成了电能，用于运输过程的能耗。由于矿石的势能是来自于大自然，因此这部分回馈的电能属于零碳的“绿电”。根据实践经验，影响电耗或者能量回收的因素包括：
1）道路的平均坡度
经验值，平均坡度达到6-7%时，能够实现“0”电耗。此时重载下坡回馈的电量和空车上坡消耗的电量打平，实现类似“永动机”的效果。在此工况下，即便车辆配备小容量的电池（本项目的电池容量为145kWh），车辆充一次电也能够连续工作2-7天。
2）电池接受回馈的能力
纯电动宽体车，配备了额定功率430kW、峰值功率550kW的电机，满载90吨下坡时，观测到的电机发电电流（直流侧）最大可达780A。如果电池不能接受这么大的电流，车辆必然表现为电制动力不够，需要使用机械刹车来补充制动。这不仅增大了车辆运输的电耗，也增加了刹车片的磨损。本项目使用的145kWh快充动力电池，最大充电电流可达800A，能够最大限度地实现电能的回馈，从而表现出了极低的电耗。
3）路面因素
硬化路面、碎石路面、松软的土路面，其电耗依次增加。但在雨天湿滑时，无论哪种路面都会表现为电耗的增加。
4）驾驶因素
熟练操作电动车的驾驶员，能够完全通过电缓速手柄良好地控制下坡的车速，尽量避免使用机械刹车。反之，深踩气刹的驾驶习惯将显著增加电耗。
5）其它因素
冬季驾驶室取暖、夏季开空调，以及夏季动力电池的冷却系统工作，都增加了电耗。虽然其功率看似不大（<3kW），但是相比往返一趟仅±1kWh的行驶电耗，这部分电耗比例还是相当可观的。
万年青水泥德安石矿代表了典型的砂石骨料矿的运输特点，即属于重载下坡工况，非常适合投入纯电动矿车来满足经济性要求；兖州中材通过对不同运输平台一年来的作业能耗数据分析发现：最好的经济性来源于对势能的回收效率—即势能的利用率越高，能量回收能力越好，经济性越好。
3、纯电动矿车的出勤率和可靠性
项目现场投入车辆数为10辆，配备10名司机，基本为单班生产，除去司机休息天数，车辆的出勤率超过了98.5%（含排土作业）。
10辆纯电动宽体自卸车在运营期间，经历了春季的潮湿泥泞，夏季的高温湿热，以及秋季的强风暴雨，冬天的低温，未出现安全隐患，稳定性良好，尤其是电气稳定性表现优秀。
4、快速充电的特点
随机选取了11月份几次典型的充电记录：
从记录上看，每次充电时间从13分钟—32分钟不等，平均值在20分钟左右。相对比常规1小时左右的充电时间，该充电效率给生产带来了一定的便利性，并提高了车辆的出勤效率，增加了单车的产量。
5、售后服务保障
新能源矿车是一个技术相对复杂的综合性新产品，为了完成矿山的生产任务，需要严谨科学的售后服务来保障。为此项目现场设立了备品备件仓库，包括消耗品、电气部件以及专业的检测工具，以便及时解决车辆的使用中遇到的问题。充分的备件支持、良好的运维管理，使得纯电动宽体矿车的运输任务得以顺利开展。
三、总结
建设绿色矿山是新形势下保证矿业可持续健康发展的必由之路，绿色矿山建设是矿产资源开发利用与经济社会发展、生态环境保护相协调的重要举措。兖州中材本着积极推进绿色矿山建设目标，遵循科技进步、改进采矿运输工艺，结合砂石骨料矿区特点，不断提高能源利用水平和环境保护水平。
针对自身砂石骨料矿区环境和作业条件，兖州中材一期投入了10辆湖州宏威新能源设计生产的纯电动矿车，在德安万年青矿区稳定高效地运行了一年，完成矿石运输339万吨，每吨运输成本仅2.24分钱。纯电动车辆出勤率超过98.5%，表现出了“30分钟短时充电，数天长时运行”的良好效果，在提高能源效率、保护矿山环境、提升驾驶员操控便捷性、控制使用成本以及车辆数字化管控等方面均取得了长足的进步。
在减排方面，纯电动宽体自卸车依靠电力驱动，直接减少燃油消耗约30.51万升。
对应减少如下的各类污染物排放量：
未来，德安矿区要增加产能到600万吨，由此纯电动宽体矿车将助力实现上述污染物减排量翻番。
纯电动矿车的投运响应了国家“两山文化”的理念，兖州中材建设有限公司以发展绿色矿业、建设绿色矿山，以资源合理利用、节能减排、保护生态环境和促进矿地和谐为主要目标，以开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化、生产工艺环保化、矿山环境生态化为基本要求，将绿色矿业理念贯穿于矿产资源开发利用全过程；因地制宜推行循环经济发展模式，实现资源开发的经济效益、生态效益和社会效益协调统一，为转变单纯以消耗资源、破坏生态为代价的开发利用方式提供了现实途径；为砂石骨料行业摸索出了坚实可行的绿色方案。
作者：兖州中材吴新海
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