基于绿色矿山体系的能源管控系统分析

张 聪，姜中晔，许 前，沈 波

（1.新疆有色金属工业（集团）有限责任公司，乌鲁木齐 830099；
2.矿冶科技集团有限公司；
3.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室；
4.北京北矿智能科技有限公司，北京 100160；
5.新疆喀拉通克矿业有限责任公司，新疆 富蕴 836107）

目前，与国际先进矿山企业相比，我国大部分有色金属矿山企业的能耗水平偏高。新疆某矿山企业的能耗成本已经占企业生产总成本的25%～40%，因此提高能源利用效率，降低综合能耗已经成为该企业发展的客观要求。随着该矿山企业对能源管控的重视度不断增加，水、电、气、油等能源的管控已经实现从“配角”向“主角”转变，同时，提高水、电、气、油等能源的使用效率，优化能源管控方法已经成为该矿山企业能源管控的关键。根据《中国制造2025》要求，随着5G 网络普及应用，基于绿色矿山体系构建矿山能源管控系统，将大数据、物联网等技术应用到矿山能源管控系统中，已成为现实[1-3]。本文以该矿山企业为例，设计一套适用于有色金属矿山的能源管控系统，并对其关键内容进行分析。

矿山能源管控系统由能源折标模块、能源计划管理模块、重点用能设备管理模块、统计模块、报表模块等五个模块组成，系统架构如图1所示。该系统具有架构稳定、能耗分级管控、实时报警等功能[4-7]，可为有色金属矿山企业构建矿山能源管控系统提供参照。

图1 矿山能源管控系统架构

2.1 能源折标模块

能源折标模块主要用于将水、电、气、油等能耗物资的传统度量单位与国际标准的计量单位进行准确换算，从而实现能源消费总量的快捷统计[8-10]。能源折标模块可以实现能源折标系数的实时管控，可以根据矿山能源管控系统统计的数据，实时计算水、电、气、油等能耗物资的使用量和节约量。

2.2 能源计划管理模块

能源计划管理模块具备设定能耗种类、能耗总量、能耗量计划的功能，它不仅可以统筹安排矿山企业生产能源消耗的年、月、日计划，还可以合理协调矿山级、分厂级、工序级计划。因此，能源计划管理模块不仅是矿山能源管控系统的重要支撑，更是企业进行能源综合管控的主要依据[11-13]。

2.2.1 企业能源计划

矿山企业依据历年企业能源实绩、集团能源消耗计划、高耗能设备情况和工艺流程制定本年度的能源管控计划，能源计划经矿山企业能源管控负责人发布并交予各分厂。矿山级能源计划可以实现计划制定、计划审批、计划下发、对标分析等功能。

2.2.2 分厂能源计划

各分厂接收能源管控主管下发的企业能源计划后，根据各工序历年实绩能源消耗，上报矿山生产装备、固定作业装备的耗能情况，制定并优化本年度各工序能源计划表。分厂能源计划能够实现能源计划接收、历年能源计划查询、能源实绩查询、能源计划制定、能源计划上报、能源计划审批、能源计划下发、能耗对标等功能。

2.2.3 工序能源计划

各工序接收分厂下发的能源计划后，根据历年实绩能源消耗，本工序矿山生产装备、固定作业装备耗能情况，制定并优化本年度能源计划表。工序能源计划能够实现工序能源计划接收、设备耗能实绩情况统计、能源计划制定、能源计划上报、能源计划查阅、能耗对标等功能。

2.3 重点用能设备管理模块

重点用能设备包括锅炉、风机、水泵和铲运机等。重点用能设备管理模块可以实现设备用能信息维护和设备用能情况分析，同时能够对主要用能设备进行台账管理，实时监控设备能源消耗[14]。

2.4 统计模块

统计模块主要对采集的能耗数据进行统计分析，从而确定水、电、气、油等各类能源能效、排污指数等，统计的数据将以图表形式展现给能源管控人员。同时，该模块能够生成各种报表和预测报告，为管理层的能源科学管控提供支撑。

2.4.1 能源消耗年度统计

统计模块将本年度的能源消耗汇总并形成报表，对水、电、气、油等能耗物资进行罗列并以图表形式展示，直观地反映能耗情况。能耗类型主要有电总用量、新水总用量、蒸汽总用量、氧气总用量、氮气总用量、纯水总用量、压缩空气总用量、柴油总用量、天然气总用量、原煤总用量和焦炭总用量。首先计算企业生产消耗的总能量，然后根据产品产量，确定产品能耗指标。

2.4.2 能源消耗对比

统计模块能够对新水、纯水、压缩空气、柴油、原煤、燃气、蒸汽、氧气、氮气、电力等能耗物资进行分类，对比分析水、电、气、油等能耗物资的实时使用量与同期使用量。

2.4.3 能源消耗趋势分析

统计模块能够统计分析新水、纯水、压缩空气、柴油、原煤、燃气、蒸汽、氧气、氮气、电力等能耗物资的计划用量、同期用量和实时用量。该模块可以逐月统计能耗物资使用情况，反映能源消耗的变化趋势。

2.5 报表模块

报表模块具有文件管理、格式管理、报表数据处理、图表展示和打印输出等功能。该模块能够生成水、电、气、油等能耗物资的月明细表、月汇总报表、季度汇总报表、工业能源总消耗表，并能够将生成的报表实时备份，以供日后查询。

随着矿业的飞速发展，传统的生产管理模式已无法满足日益增长的生产需求，而矿区生态环境也面临严重威胁。因此，未来要利用现代化手段改进矿山管理模式，推进智能矿山与绿色矿山共建。本文提出一种基于绿色矿山体系的矿山能源管控系统，利用大数据分析、折标管理等先进技术实现矿山能源管控的智能化，该系统具备高可靠性、高精准度的特点。经现场调试和安装验证，该系统能够实现水、电、气、油等能耗物资的精确统计、分级管控与计划管控，为矿山减能增效、降低生产成本等提供科学管理支持，对矿山企业综合管控的实现起到重要支撑作用。

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