煤矿企业用电特性分析及其优化

符 晓，钱佳涛，吴传祥，赵学良，贾皓越，侯 恺，魏 炜

(1.淮南矿业集团 生产部，安徽 淮南 232000； 2.平安开诚智能安全装备有限责任公司，安徽 淮南 232000；3.天津大学，天津 300072)

·专题综述·

煤矿企业用电特性分析及其优化

符 晓1，钱佳涛2，吴传祥2，赵学良3，贾皓越3，侯 恺3，魏 炜3

(1.淮南矿业集团 生产部，安徽 淮南 232000； 2.平安开诚智能安全装备有限责任公司，安徽 淮南 232000；3.天津大学，天津 300072)

从煤矿年度用电、日负荷和设备用电特点3个角度,分析了淮南矿业集团丁集煤矿与朱集东矿的用电特征，总结了煤矿的用电特点，探讨了当前煤矿运行过程中可以优化节能的空间，并提出了可再生能源发电的发展潜力，对煤矿用电优化进行了展望。

煤矿；用电特性；节能优化

电能消耗是煤矿生产成本的重要部分，也是反映煤矿生产水平的重要指标。通过分析煤矿企业的用电特性，既可全面掌握煤矿企业的用电情况和用电效率[1]，又能间接分析煤矿企业的生产计划安排、设备利用情况，为优化生产计划安排，提高用电效率，降低生产成本提供支撑，有助于煤矿制定合理的开采计划和发电、购电计划。另一方面由于煤矿供给侧改革的不断深化[2]，电力市场乃至能源市场的逐步建立，需要不断提高煤矿企业自身技术水平和管理水平，实行精细化管理[3,4]，降低运营成本。因此，有必要对煤矿的用电特性进行细致地分析。笔者通过发现现有煤矿运行中可进一步优化的空间，为适应新型发展形势下的煤矿配电网智能化建设研究提供基础。

本文以淮南丁集矿和朱集东矿为例，从年度用电情况、日负荷特性和设备用电特性3方面分析煤矿用电特性。

1 煤矿年度用电情况

以丁集矿和朱集东矿2015年生产数据为分析对象，对淮南矿业集团下属煤矿的年度用电情况分析如下：

1) 电量方面。

丁集矿2015年度共计消耗电量15 624.31万kWh，扣除本年度外转供电量135.04万kWh，本年度实际消耗电量为15 489.27万kWh. 其中，原煤生产用电13 623.63万kWh(不含选煤、煤泥烘干、生活等用电)，原煤的吨煤电耗为21.54 kWh. 上年度原煤生产用电13 476.38万kWh，同比多消耗电量147.25万kWh，上年同比原煤吨煤电耗21.52 kWh，上涨了0.61 kWh，增幅2.76%.

朱集东矿2015年度共计消耗电量15 561.02万kWh，其中供电局电量8 465.29万kWh，瓦斯电厂发电7 095.73万kWh，原煤生产用电13 568.44万kWh，原煤的吨煤电耗为31.26 kWh. 上年度原煤生产用电11 720.29万kWh，同比少消耗电量1 848.15万kWh，上年同比原煤吨煤电耗87.46 kWh，上涨56.20 kWh，降幅64.26%.

不同煤层开采的难易程度不同，造成采煤成本不同。根据上述数据分析可知，丁集矿的原煤吨煤电耗变化属正常波动。而朱集东矿2014年情况较为特殊，由于2014年5月21日1242(1)工作面收作后，无接替工作面，直至2014年9月27日1141(1)工作面投产，因而2014年原煤产量较低，吨煤电耗较高。

2) 电价方面。

供电局对丁集矿实行峰谷电价，每天9:00—12:00，17:00—22:00为峰段，电价为0.99元/kWh，8:00—9:00，12:00—17:00，22:00—23:00为平段，电价为0.66元/kWh，23:00—8:00为谷段，电价为0.41元/kWh. 2015年度与供电公司综合结算单价为0.685元/kWh. 2015年度丁集煤矿全年平均峰谷比为0.79，同比上年度峰谷比(0.79)持平。

供电局对朱集东矿也实行峰谷电价，执行方法与丁集矿相同。2015年度朱集东矿与供电公司综合结算单价为0.804 5元/kWh. 2015年度朱集东矿全年平均峰谷比为0.68，同比上年度峰谷比(0.76)有所下降。说明朱集东矿在生产计划的安排上更加注意与峰谷电价的配合。

3) 电费方面。

2015年度丁集矿与供电公司结算电费8 350.53万元(含17%税及外转供电费，以财务统计为准)，同比上年(7 500.71万元)高出849.82万元。原煤产量方面，2015年度丁集矿的原煤产量为615.62万吨，同比上年(626.23万t)降低10.61万t. 丁集煤矿2015年原煤吨煤电费为13.56元/t，同比上年(11.98元/t)上涨1.58元/t，增幅11.7%. 主要原因是2015年开挖了新的掘进面，开采深度有所加深，导致原煤运输系统和压风、通风系统的用电量增大，同时新增了一些变频设备、节能设备等用电设备。此外，吨煤电费与开采难度、天气情况等也有关系，属于不可控的因素。

朱集东矿2015年度与供电公司结算电费6 810.430 6万元，同比上年(7 095.255 9万元)，减少了284.825 3万元。虽然2015年年度耗电量增加，但由于瓦斯发电增加，使得来自供电局的供电量略有下降，同时，峰谷比降低使得平均电价降低。

2 煤矿日负荷特性分析

1) 四季日负荷曲线比较。

不同季节淮南地区的气温、湿度等外界条件差异较大，会对煤矿的用电量产生影响，因此本文以丁集煤矿和朱集东矿的生产数据为例，分别对春、夏、秋、冬4个季节的典型日负荷特性进行了分析，其曲线图见图1.

图1 丁集煤矿4个季节日平均负荷曲线图

从图1可以看出，丁集煤矿的日负荷曲线整体呈现白天低、晚上高的特点。每日的负荷峰值出现在凌晨4:00左右，谷值出现在中午12:00左右。然而，丁集煤矿在下午18:00—22:00的峰值电价时段存在一个用电的次高峰，由于该时段电价较贵，因而丁集煤矿在该时段的用电安排存在一定的优化空间。出现用电次高峰的原因是该矿实行三班倒，交接班时间分别为6:00、14:00和22:00，导致在交接班的时间段出现负荷的波动。

此外，虽然不同季节的日负荷整体变化趋势相同，但夏秋两季的负荷要比冬春两季高3～5 MW，这是因为夏天的空调负荷较大，此外采煤面的差异也会造成负荷的差异。

朱集东煤矿4个季节日平均负荷曲线图见图2.

图2 朱集东煤矿4个季节日平均负荷曲线图

从图2可看出，朱集东煤矿的日负荷曲线整体呈现白天低、晚上高的特点。但与丁集煤矿有所不同，朱集东煤矿的日负荷曲线变化幅度相对较小，且晚间的峰值电价时段(17:00—22:00)用电量相对较小，因而该煤矿的用电安排较为合理。

此外，对比不同季节的日负荷曲线可以看出，虽然不同季节的负荷曲线整体变化趋势相同，但秋冬两季的负荷要比春夏两季高约5 MW，这是因为虽然夏季空调负荷较大，但由于秋冬季节的生产计划，导致这两个季节的煤层开采难度较大，使负荷反而高于夏季。

2) 峰谷负荷特性分析。

为了分析不同煤矿生产计划与供电公司的峰谷电价的适应性，进一步分析了丁集煤矿和朱集东煤矿在不同季节峰、平、谷3个时段的用电特性，其柱状图分别见图3,4.

图3 丁集煤矿各季节峰谷负荷水平柱状图

图4 朱集东煤矿各季节峰谷负荷水平柱状图

由图3,4可以看出，无论是丁集煤矿还是朱集东煤矿，4个季节的谷时平均有功负荷最高，其次是峰时，平时用电量最低，说明两煤矿生产计划整体能够较好地适应峰谷电价。此外，横向对比两煤矿可发现，朱集煤矿的峰时平均负荷相对较低，这也反映出该矿能够较好地控制峰时的用电量，降低煤矿用电成本。

3 设备用电特点分析

为进一步分析煤矿企业用电特性，对丁集煤矿和朱集东煤矿各设备的用电特性进行分析，以明确不同设备的用电特点。可将煤矿负荷分为以下3类：1) 与原煤开采工作密切相关负荷(可通过调整生产计划进行优化)：中央变电所与东、西13-1变电所一共六路下井线路、主副井绞车、选煤厂。2) 与生产安全相关负荷(不可优化)：瓦斯抽排、抽风机、压风机。3) 生产辅助类负荷(可优化)：动力变、工厂配电房、制氮。

从4个季度中各取两周进行全年设备用电情况分析，两煤矿各车间的平均有功负荷及其变异系数的柱状图见图5，图6.

图5 丁集煤矿各设备用电期望及变异系数柱状图

图6 朱集东煤矿各设备用电期望及变异系数柱状图

由图5可知，中央变电站为丁集煤矿的主要耗能单位，这是由于中央变电站负担着煤矿井下的全部负荷，是煤矿生产最重要的电源保证。此外，主井绞车、选煤厂、新老瓦斯抽排站、抽风机、压风机房、动力变等车间的负荷也较高，是构成丁集煤矿负荷的主要部分。

由图6可知，下井四段为朱集东煤矿的主要耗能单位，这是由于下井四段负担着煤矿井下的全部负荷。此外，选煤厂、瓦斯抽放、储煤矿、压风、通风、矸石井、主井、副井等车间的负荷也较高，是构成朱集东煤矿负荷的主要部分。

由图1，2可知，丁集煤矿夏秋两季负荷较高，而朱集东煤矿秋冬两季的负荷较高，以下进一步分析各主要用电设备在不同季节的负荷差异，见图7，图8.

图7 丁集煤矿各设备用电期望及变异系数柱状图

由图7可以看出，中央变电所、主井绞车、选煤厂和压风机房4个车间夏秋两季的负荷较高，而冬春两季较低。以上设备在各季节的用电差异是造成丁集煤矿夏秋两季负荷较高的原因。这些车间的负荷季节差异主要有两个原因：1) 中央变电所负责井下的空调供电，由于夏季气温较高，空调负荷较大，导致中央变电所负荷较高。2) 各季节生产计划存在差异，造成了各季节负荷的差异。

图8 朱集东矿各设备用电期望及变异系数柱状图

由图8可以看出，下井四段、选煤厂两个车间秋冬两季的负荷较高，而春夏两季较低；瓦斯抽放、压风两个车间的夏季负荷较低；浓缩车间夏秋两季的负荷较低；制冷车间夏秋两季负荷较高。以上设备在各季节的用电差异是造成朱集东煤矿秋冬两季负荷较高的原因。其中，除了制冷车间外，其他车间的负荷季节差异均源自生产计划的差异。

4 总结与展望

由于淮南矿业集团下属各煤矿的技术装备水平存在差异，且生产计划安排不相同，因而各家煤矿的用电特性也不相同。通过对丁集煤矿和朱集东煤矿两家典型煤矿的分析，可以得到以下结论：

1) 在年度用电情况方面，各煤矿的用电量、电费以及吨煤耗电量均存在一定幅度的波动，这主要是由煤层开采的难易程度客观决定的。此外，由于某些年份存在特殊情况，吨煤电耗变化较大，但此类情况并不具有普遍意义。同时，各矿在生产计划安排时均考虑适应峰谷电价，但也存在一定的差异。各矿的功率因数基本在合理范围内，但功率因数水平存在一定差异，也在一定程度上影响各个煤矿配电系统的电网损耗。

2) 对比丁集煤矿和朱集东煤矿不同季节的负荷曲线可发现，丁集煤矿夏秋两季负荷较高，而朱集东煤矿秋冬两季的负荷较高。出现这种情况的主要原因是煤矿生产计划的安排不同和采煤的难易程度不同；此外夏季高温天气的空调负荷也是影响煤矿各季节负荷曲线的重要原因之一。

3) 根据煤矿各设备的用电特点不同，可将煤矿设备分为与原煤开采工作密切相关负荷、与生产安全相关负荷和生产辅助类负荷。

a) 与原煤开采工作密切相关负荷是煤矿总负荷的主要部分，此类负荷需通过调整生产计划进行优化，以降低用电成本。

b) 与生产安全相关负荷是煤矿总负荷的重要部分，然而受限于煤矿安全生产要求，此类负荷一般不能进行优化。

c) 在煤矿的生产计划不改变的情况下，可通过优化生产辅助类负荷的方式降低煤矿用电成本，然而此类负荷在煤矿总负荷中所占比例较小，因而调节空间也较小。

4) 面对供给侧结构性改革带来的挑战，煤炭企业需要提升自身的技术升级能力，实现煤矿的科学开采。煤矿有大量的空间安装分布式的太阳能光伏发电和风力发电设备，随着可再生能源分布式发电设备的普及，其建设成本逐年下降，在不远的将来可成为煤矿的赢利点。然而可再生能源发电受环境因素影响较大，直接接入电网会对传统的电网造成巨大的冲击[5].因此，为解决可再生能源发电并网困难等问题，亟需加强煤矿智能配电网建设，通过安装储能装置、加强调峰调频力度等措施，促进可再生能源发电安全有效并网，推动煤矿精准开采的实现。

[1] 王晓华.煤矿节能技术探索与实践[J].中州煤炭,2015(9):92-93，110.

[2] 史 丹.国际金融危机以来中国能源的发展态势、问题及对策[J].中外能源,2010(6):1-11.

[3] 苗立永,杨 磊,赵林东.井工煤矿节能评估指标体系构建的探讨与研究[J].煤炭工程,2015(6):146-148.

[4] 景占岐.探讨煤矿节能减排措施[J].中国新技术新产品,2014(12):47.

[5] 韩 芳.我国可再生能源发展现状和前景展望[J].可再生能源,2010(4):137-140.

AnalysisandOptimizationonElectricityCharacteristicsinCoalMineEnterprises

FUXiao,QIANJiatao,WUChuanxiang,ZHAOXueliang,JIAHaoyue,HOUKai,WEIWei

Based on the characteristics of annual electricity consumption, daily load and equipment consumption, analyzes the electricity consumption characteristics in Dingji coal mine and Zhujiandong coal mine, Huainan mining group, reviewed the unique characteristics of coal consumption, and discussed the space for optimization and energy-saving, and puts forward the potential for improvement with renewable energy, conducted expectation.

Coal mine; Electrical characteristics; Energy saving optimization

[TD-9]

：B

：1672-0652(2017)07-0055-05

2017-06-14

符 晓(1983—)，男，安徽怀远人，2005年毕业于安徽理工大学，高级工程师，主要从事煤矿供电管理工作(E-mail)qingdie@163.com