Экономическая оценка эффективности инвестиций в энергосберегающие регулируемые электроприводы конвейеров горно-обогатительных комбинатов

08/01/2015 11:33am

Автор: Крутов Г.В., Савицкий А.И.

Категории: горнорудное производство

Аннотация
На основании исследований статистических характеристик внутрикарьерных грузопотоков на горно-обогатительных комбинатах обосновано применение энергосберегающего регулируемого электропривода конвейерных установок, используемых для транспортировки руды на объекты поверхностного комплекса. Выполнена экономическая оценка эффективности инвестиций, определены основные технологические факторы, влияющие на принятие инвестиционных решений.

Ключевые слова:  конвейерные установки; регулируемый электропривод; энергосбережение;, инвестиционный проект; экономическая эффективность.

Экономическая оценка эффективности инвестиций в энергосберегающие регулируемые электроприводы конвейеров горно-обогатительных комбинатов

 

Крутов Георгий Викторович

 

 

 

 

Крутов Георгий Викторович - кандидат технических наук Государственное высшее учебное заведение Криворожский национальный университет, г Кривой Рог, Украина

 

 

Савицкий Александр Иванович

 

 

 

 

Савицкий Александр Иванович - кандидат технических наук Государственное высшее учебное заведение Криворожский национальный университет, г Кривой Рог, Украина

 

 

 

На горно-обогатительных комбинатах (ГОКах) Криворожского железорудного бассейна широкое распространение получили мощные конвейерные установки, используемые для транспортировки руды и скальной породы из карьеров на объекты поверхностного комплекса [1]. Установленная мощность приводных электродвигателей наиболее энергоемких конвейерных установок достигает 3-4 МВт на конвейер, при этом транспортировка руды из карьера на поверхность осуществляется по 2-3-стадийной схеме, учитывая горно-геологические условия карьера.
Основной резерв повышения эффективности конвейерных установок ГОКов обусловлен применением нерегулируемых по скорости систем электропривода, проектные решения по которым принимались без учета задач энергосбережения. Проекты последних лет стали предусматривать возможность регулирования скорости мощных конвейеров, однако ряд эксплуатационных факторов препятствует широкому внедрению в практику режимов энергосберегающего регулирования скорости.
Ритмичность работы конвейерных установок в значительной степени определяется характером внутрикарьерных грузопотоков, формируемых в условиях существующей технологии открытых горных работ и центрально-поточной технологии (ЦПТ) доставки. Опыт эксплуатации карьеров Криворожского бассейна свидетельствует о наличии больших колебаний фактической производительности грузопотока, поступающего на конвейерные установки ЦПТ. Неравномерность поступления руды к конвейерам во многом обусловливает переменный режим работы конвейера, который в условиях нерегулируемой скорости характеризуется неравномерностью загрузки ленты конвейера, фактические значения которой, как правило, намного ниже номинального (проектного) значения. Недогруз конвейера приводит к тому, что значительная часть электроэнергии, расходуемой на привод конвейера, используется вхолостую.
Известно большое количество публикаций относительно необходимости и эффективности различных способов регулирования скорости конвейерных установок. Эти вопросы подробно рассматривались в работах [2-5]. Основные направления исследований посвящены вопросам обоснования систем электропривода, обеспечения требуемых пусковых режимов конвейеров, выбора преобразователя частоты для регулирования скорости конвейера, оценке влияния скорости на износ конвейерной ленты и т.п. Однако, с учетом того, что для большинства эксплуатируемых конвейерных установок обеспечение режима регулирования скорости связано с необходимостью инвестиционных затрат, вопросы обоснования эффективности капвложений в регулирование скорости конвейеров исследованы недостаточно.
Исследованиями, выполненными в условиях Анновского и Первомайского карьеров ПАО «СевГОК», определены статистические характеристики неравномерности поступающего на конвейерные установки грузопотока. Гистограммы распределения фактических нагрузок по руде и скальной породе (часовая производительность) по условиям анализа репрезентативных выборок представлены на рис. 1-2.


Гистограмма распределения производительностей  Первомайского карьераа) по руде; Гистограмма распределения производительностей  Первомайского карьера б) по скальной породе
а)                                                                                          б)

Рис. 1.  Гистограмма распределения производительностей Первомайского карьера
а) по руде; б) по скальной породе

 

 

Гистограмма распределения производительностей  Анновского карьера а) по руде; Гистограмма распределения производительностей  Анновского карьера б) по скальной породе
а)                                                                                          б)
Рис. 2.    Гистограмма распределения производительностей Анновского карьера
а) по руде; б) по скальной породе

 

Представленные данные говорят о достаточно широком диапазоне изменения нагрузок конвейерных установок, что предопределяет необходимость исследования экономически целесообразной глубины регулирования скорости конвейеров.
В качестве приводного двигателя для тяжелых конвейеров наиболее часто используют асинхронный двигатель с фазным ротором. Этот вариант является наиболее приемлемым как с точки зрения технологических и эксплуатационных параметров (надежность, перегрузочная способность, пусковые характеристики), так и по экономическим соображениям. При этом для привода мощных конвейеров используют 2-х и 3-х двигательную схему. Регулирование скорости таких двигателей обеспечивается системой асинхронно-вентильного каскада (АВК) с отдачей энергии скольжения ротора при регулировании скорости в электрическую сеть.
Оценим составляющие затратной и доходной частей проекта регулируемого по скорости конвейера для номинальных параметров электропривода (3х1000кВт) в условиях ЦПТ Первомайского карьера ПАО «СевГОК».
Капитальные затраты будем определять в виде суммы постоянной части (не зависящей от глубины регулирования скорости) А и переменной части затрат, пропорциональной требуемой глубине регулирования скорости, с коэффициентом пропорциональности В:

где– номинальная скорость конвейера;vmin– минимальная по условию требуемой глубины регулирования скорость конвейера;vmin*– минимальная скорость в относительных единицах.
Постоянная составляющая капитальных затрат А соответствует стоимости приобретения, монтажа и наладки системы управления (программируемый контроллер, дополнительно устанавливаемые датчики и др.), стоимость которой не зависит от мощности оборудования.
Принимаем стоимость системы управления А = 40тыс., что соответствует цене и стоимости монтажно-наладочных работ для контроллеров фирмы «Schneider Electric». Стоимость 3-х комплектов оборудования (3-х двигательный привод) в роторной цепи двигателя, исходя из максимальной глубины регулирования скорости составляет (с учетом монтажно-наладочных работ) В = 450тыс. .
Доходная составляющая проекта – это экономия оплаты за электроэнергию режима с регулируемой скоростью по отношению к режиму без регулирования. В диапазоне скоростей от номинальной () до выбранной минимальной (vmin) скорости, погонная нагрузка 1 м ленты конвейера за счет регулирования скорости постоянна, т.е. в этом диапазоне производительность конвейера Q пропорциональна скорости конвейера v, а в относительных единицах Q*=v*. Для минимальной скорости диапазона регулирования Q0*=v*min. При значениях производительности поступающего грузопотока меньших Q0 скорость конвейера не регулируется и равна vmin.
Используя фактическую статистику поступающего грузопотока, можно определить среднее значение потребляемой мощности приводом конвейера за определенный, достаточно длительный период времени по формуле:

гдеN1(Q), N2(Q)зависимостипотребляемой мощности от производительности при нерегулируемой скорости конвейера (индекс 1) и регулируемой скорости (индекс 2) соответственно;  p(Q) плотность вероятности распределения нагрузок конвейера (функция, представляющая собой аппроксимированную гистограмму  производительностей).
Вычислим среднюю потребляемую мощность конвейера в относительных единицах. За базу примем мощность, потребляемую в номинальном режиме работы конвейера при номинальной производительности Qниноминальной скоростиvн:  (N*ср.=Nср. /Nн). С учетом того, что Q0*=v*min  и   v*н=Q =1,  будем иметь:

а годовая экономия оплаты за электроэнергию будет составлять:
Е(v*min)= ·  Тгод. ·  · [N*ср.(1)N*ср.(v*min)]
где Тгод. – годовое количество часов работы конвейера (принимаем Тгод. = 8000 часов);  –тариф 1 кВт часа электроэнергии (принимаем   = 0,08 /кВт час).
В относительных единицах Е*=Е(v*min)/Е1, где Е1 – оплата за электроэнергию при нерегулируемой скорости конвейера:  Е1 = ·  Тгод. ·  ·  N*ср.(1).
Для составления целевой функции воспользуемся показателем внутренней нормы рентабельности (IRR – internal rate of return) инвестиционного проекта.
Внутренняя норма рентабельности (ВНР) – это дисконт, при котором приведенные стоимости затратной и доходной частей инвестиционного проекта равны между собой. Максимальное значение ВНР соответствует максимальной эффективности проекта. Доходная часть проекта – это ежегодный доход Е, представляющий собой аннуитетный  денежный поток, приведенная стоимость которого равна [6]:  PVE = E / r,  где r – дисконт.
Капитальные затраты проекта – это одноразовые затраты, не требующие дисконтирования. Поэтому приведенная стоимость этих затрат равна фактической стоимости:  PVК  = К.  Из равенства доходной и затратной частей имеем: IRR = E / К  или
IRR(v*min) = ·  Тгод. ·  · [N*ср.(1)N*ср.(v*min)] / [А+В·  (1- vmin*)].
Максимум этой целевой функции будет соответствовать оптимальному значению v*min опт., которое определяет требуемую глубину регулирования скорости конвейера.
Для обобщения результатов исследований выполнено имитационное моделирование работы конвейерных установок с проектными параметрами, соответствующими IRRmax, но имеющих различные значения коэффициента загрузки конвейера (kзагр.= Qср. /Qн ).По результатам моделирования на рис. 3 представлены графики зависимостей минимальной скорости диапазона регулирования v*min опт., соответствующих им значений IRRmax., относительной экономии энергозатрат  Е*, а также дисконтированного срока окупаемости (РВР – payback period) от коэффициента загрузки конвейера kзагр.

Графики зависимостей     Графики зависимостей 
Рис. 3. Графики зависимостей v*min опт.,  IRRmax.,  Е*  и  РВР от коэффициента загрузки конвейера kзагр.

Выводы.

В результате анализа графиков можно сделать вывод, что регулирование скорости целесообразно при значениях средней загрузки конвейеров Qср < ( 0,7-0,75 ) Qн. При более высоких значениях Qср экономия энергозатрат очень незначительна (менее 1%). Относительная экономия энергозатрат максимальна при kзагр. = 0,35-0,4 и составляет около 10% по отношению к режиму без регулирования скорости. Экономически обоснованная глубина регулирования скорости электроприводов конвейеров, определяемая оптимальным минимальным значениемv*min опт, составляет 0,15-0,4 при значениях коэффициента загрузки kзагр = 0,3-0,7.
Окупаемость инвестиционных проектов регулируемых электроприводов конвейерных установок зависит от коэффициента загрузки конвейера и от дисконта оценки срока окупаемости. В диапазоне коэффициентов загрузки kзагр. = 0,3-0,7 для дисконта r=0,1 дисконтированный срок окупаемости составляет 2,2-4,7 года (минимальный срок окупаемости соответствует минимальному коэффициенту загрузки). Увеличение дисконта оценки (r = 0,2) приводит к увеличению срока окупаемости соответственно до 2,6-6,9 лет для того же диапазона изменения коэффициента загрузки. 

 

    Список литературы
1.  Картавый А.Н. Крутонаклонные ленточные конвейеры для горной промышленности / А.Н. Картавый // Горное оборудование и электромеханика. - 2006. - № 10. - С. 22-26.
2. Назаренко В.М. Система управления регулируемым приводом тяжелых ленточных конвейеров / В.М. Назаренко, А.И. Савицкий, Ю.А. Сокотнюк // Горная электромеханика и автоматика. – 1985. – №46. – С. 84-90.
3. Рачков Е.В. Совершенствование системы пуска ленточного конвейера с грузом / Е.В. Рачков // Речной транспорт. – 2011. – № 5 (53). – С. 63-66.
4.  Волотковский В.С. Износ и долговечность конвейерных лент. / В.С. Волотковский, Е.Г. Нохрин,  М.Ф. Герасимова. – М.: Недра, 1976. – 174с.
5.  Кречнев Э.Г. Об экономической эффективности применения регулируемых приводов в ленточных типажных конвейерах / Э.Г. Кречнев, Ю.А. Селищев // В сб.: Конвейерный и рельсовый транспорт в горной промышленности. – 1968. – C. 81-87.
6.  Калмыкова Т.С. Инвестиционный анализ. Учебное пособие./ Т.С. Калмыкова – М.: ИНФРА-М, 2009. – 204с.

 

 

 

 


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

НАШІ КОНТАКТИ:

[email protected]

[email protected]

м. Дніпро

тел. +38 (056) 794-36-74, +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Керівник проекту - Гриньов Володимир Анатолійович

Партнеры