新能源卡车在露天煤矿的发展现状与展望.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月我国大力推进能源领域碳减排，积极做好“碳达峰、碳中和”工作。煤炭企业若要在“双碳”目标下生存和发展，企业转型迫在眉睫。引入新技术、新工艺提高能源利用率，大力发展新型绿色能源，是企业今后一段时期的必然选择。矿用卡车作为露天矿开采过程中的重要设备，现阶段主要通过燃油驱动，其能耗高、排放高的特性与低碳环保发展理念相违背。我国70%以上石油依赖进口，单一的能源结构不利于保障我国能源安全，新能源卡车逐步替代传统燃油卡车已是行业发展的必然趋势。1新能源汽车技术新能源汽车指采用非传统车配燃料（车用汽油、柴油等）作为驱动力来源的汽车。新能源汽车主要有纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车1。目前纯电动汽车是我国市场上最普遍的新能源汽车种类，插电式混合动力汽车主要应用于乘用车领域，燃料电池汽车由于技术难度大、生产成本高，现阶段尚未广泛应用。1）纯电动汽车。纯电动车汽车就是指驱动器工作能力全部由电磁能提供、由电动机驱动行驶的汽车。电动机的驱动器电磁能来自车截充电电池储能系统或其他动能存储设备。2）插电式混合动力汽车。插电式混合动力汽车是指可以最少从可耗费燃料和可再电池充电能（动能存储设备）2大类车截存储的动能中得到驱动力新能源卡车在露天煤矿的发展现状与展望许宏宇（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036006）摘要：为了更好地推动新能源矿用卡车技术在露天煤矿的应用，完成“双碳”目标下的企业转型，分析了国内新能源矿用卡车的发展历程及行业现状，研究了目前新能源产业技术在推广过程中面临的问题；并对新能源矿卡技术的发展进行了展望。结果表明：随着新能源产业的不断完善，换电和氢能矿卡将逐步替代传统燃油矿卡。关键词：新能源汽车；露天煤矿；矿用卡车；发展现状；发展方向中图分类号：TD57文献标志码：B文章编号：1671-9816（2023）03-0052-03Development status and prospect of new energy trucks in open-pit coal mineXU Hongyu（China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)Abstract:In order to better promote the application of new energy mining truck technology in open-pit coal mines and completethe transformation of enterprises under the goal of“double carbon”,this article analyzes the development process and industrystatus of domestic new energy mining trucks,studies the problems faced by the current new energy industry technology in thepromotion process;and the development of new energy mining trucks technology is prospected.The results shows that with thecontinuous improvement of the new energy industry,power exchange and hydrogen energy mining trucks will gradually replacetraditional fuel oil mine trucks.Key words:new energy vehicle;open-pit coal mine;mining truck;development status;development direction移动扫码阅读收稿日期：2022-03-圆7责任编辑：张夙作者简介：许宏宇（1988），男，山西大同人,工程师，硕士，2015 年毕业于中北大学，从事露天矿矿用设备方面的技术工作。DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.014许宏宇.新能源卡车在露天煤矿的发展现状与展望 J.露天采矿技术，2023，38（3）：52原54.XU Hongyu.Development status and prospect of new energy trucks in open-pit coal mine允.Opencast MiningTechnology,2023,38（3）:52原54.52露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月的汽车。通电式混合动力汽车车身上配有柴油发动机与电机，车体除配有车用汽油充注口外，还配置了外接电源插口能为蓄电池充电。3）燃料电池汽车。燃料电池汽车是指将燃料电池系统作为单一动力装置或以燃料电池系统与充电电池储能系统作为混合动力源的电动式汽车，当今的燃料电池汽车主要以氢气为驱动力来源。2新能源重卡发展历程新中国成立后，我国正式开始发展汽车工业。矿用自卸车等重型车辆最初全部依赖进口，直至20世纪60年代中后期，实现了小规模改造或简单仿制，20世纪70年代末，通过引进国际先进技术，大大缩短了中国矿用自卸车产品和国外技术上的差距，从20世纪90年代初开始实现了“以产顶进”的目标。进入21世纪以后，中国主要的几家非公路矿用汽车生产厂家通过技术积累与研发，逐步实现了完全自主设计生产，形成了具有完全自主知识产权中国矿用车的自主品牌。得益于国内电动汽车领域供应链的不断完善，我国部分企业逐步开始了新能源矿用卡车探索研发。2.1纯电动矿用卡车2018年7月，宇通重工研发的行业首台纯电矿用车下线，目前已在21个省份、40多个矿区实地运行，累计里程超过40万km。2018年10月26日，宏威新能源首台矿用车正式下线，超过30台车辆在浙江、青海、山东、陕西、西藏、湖南6个省矿区运行，在高温、高湿、高寒、高海拔等恶劣工况下累计运行超过300 d，累计运营里程35万km。2019年8月,山西诺浩集团纯电动90 t级宽体矿用卡车在山西朔州试验成功2。2021年5月，西藏玉龙铜矿矿用卡车“油改电”项目正式投运，该项目包含全自动智能换电工位2座、90 t级纯电动宽体矿用卡车40辆，是世界海拔最高的纯电动重卡运营示范项目。同年9月，载重60 t的国内最大纯电动矿用宽体载重卡车在伊敏露天矿正式投运3。2021年12月，淮柴特车研发载重60 t的三轴纯电动宽体矿卡WT90EA，该设备引入了远程控制驾驶技术。2022年上半年，徐工集团生产出2辆载重达72 t的零排放电池驱动矿用卡车，并交付淡水河谷用于矿山测试。除此之外，一些国外矿企也都相继预定采购电动化矿用车辆。塞尔维亚紫金矿业于2021年7月向北方股份订购4台NTE240电动轮矿用车，双方已经完成装配调试并正式交付。2021年12月，三一重装首次出口的6台纯电动无人矿车SKT90E正式交付泰国客户。2.2油电混合和氢能源矿用卡车在油电混合和氢能源方面，2018年10月国家能源集团、氢能科技公司及潍柴集团联合开展了200 t级以上氢能重载矿用卡车研发，首台国产200 t级以上氢燃料-锂电池混合能源矿用卡车于2019年4月成功下线。2020年11月山东临工研发的增程式混合动力矿车MTE108在上海亮相，突破了多项行业技术难题，采用发动机经济转速发电，下坡制动牵引电机回收能量，综合路况节省燃油30%耀40%。2021年12月同力重工旗下的TLH105氢燃料电池自卸车在广东佛山亮相，氢燃料电池系统由佛山仙湖氢电科技提供，目前该车已经开展工况测试工作。3新能源矿卡发展现状3.1纯电动重卡续航短纯电动重卡依托电力驱动实现零排放，且具有电机驱动带来的噪声降低、换挡便利、振动小等特点，在部分应用场景中带来的经济效益明显4，电力消耗成本远低于柴油车，但纯电动重卡充电时间长，续航里程不足等劣势也是其发展过程中不可回避的短板，快充技术和换电技术的应用虽然能提升产品续航，但仍存在以下问题：1）电动重卡电池容量大、充电功率的要求高，充电过程中发热量大，对供电网冲击也较大，快充不当影响电池寿命，所以快速充电设备的成本相对更高。2）换电重卡电池缺乏统一标准，不同换电重卡车型的电池布局、大小、安装位置、接口等都不统一，无法实现完全互换。3）快速充电站及换电站一般布置在矿山、港口等固定运输专线上以及一些封闭性场景内，服务辐射范围较窄，无法得到充分利用。3.2混合动力重卡成本高混动模式的重卡通过发动机和电机来进行协同工作，能够使发动机工作在高效区间5，从而有效降低重卡油耗，弥补纯电动重卡续航里程不足的缺陷。由于混动重卡同时配备2套动力系统，使其制造成本较高，随着新能源补贴政策收紧，混合动力重卡目前只作为燃油重卡转型过程中的过渡产物。3.3氢燃料重卡技术难氢燃料电池与纯电动模式一样能实现零碳排53露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月放，且氢燃料电池能量密度更高、自重更低，使得氢能重卡具备更长的续航里程、更短的加氢时间、更轻的质量、更大的性能提升空间等优势。但氢能重卡也面临成本及技术的限制，氢燃料电池核心零部件技术仍被国外把控，我国目前仅仅具备小规模推广氢燃料电池汽车的条件，商业化落地尚待时日。目前我国新能源矿卡领域应用最广的产品为载重60 t左右的纯电动宽体车6，锂电池能量密度最高为160190 Wh/kg，电芯能量单价最低约为775元/kWh，电池额定容量400500 kWh，电机额定功率400 kW，工作电压600 V，综合续航里程80 km。金属矿、砂石矿等重载下坡工况利用电机能量回收，续航里程随坡度而增加。露天煤矿重载上坡工况使用搭载快充或换电技术的矿卡，快充用时约1 h，换电用时约5 min，一定程度提升产品续航能力，但距离大规模应用存在较大差距。4新能源矿卡发展前景随着国家政策、市场需求和技术发展的有力推动，我国新能源商用车快速发展，在不同的应用场景和用户需求下，商业模式不断创新，使用经济性不断提高，中重型新能源卡车的应用比例也逐渐攀升。市场占有率统计表见表1。新能源重卡需求旺盛，各大重卡企业生产及交付步伐逐渐加快，产品类型也将不断丰富，未来新能源重卡将朝着以下几个方面发展。1）大型化。目前国产矿用重卡载重量已突破300t，随着如新材料电池、固态电池、燃料电池、永磁电机、扁线绕组电机、超高压电控系统等7全新“三电”技术的推广应用，卡车动力及续航能力将突破目前瓶颈，设备尺寸和载重量将进一步提升。2）工业标准化。随着国内车辆设计和制造水平的不断进步，通过采用新材料，新工艺和新标准，新能源矿用卡车的整体机械性能将稳步提升，车身振动和噪声控制和人体工程学设计愈发合理，从而获得更佳的操作舒适性和安全性。3）智能化无人化。无人驾驶卡车协同作业的场景将会得到普及，智能通信定位终端为有人驾驶车辆、挖机、装载机等矿区作业设备提供5G移动通信、V2X通信、高精度定位、状态监控等功能，实现对矿区移动设备的实时监控与无人车的协同作业。智能管控平台提供动态调度、运输指挥、透明化全局监控、安全防护等功能8，煤矿设备资源将得到高效利用，生产安全性也将大幅提升。4）能源系统化。未来煤炭企业将利用采空区的土地资源发展光伏和风力发电站，并用电网无法消纳的电力资源制氢，将智能充换电站、移动换电车、制氢加氢站等矿卡配套设施与可再生能源储能互补协同，真正实现能源清洁利用。5结语受环境问题、能源安全和政策导向等因素的影响，新能源汽车行业发展迅猛，但受制于产业链和基础设施现状，目前新能源矿卡仍未得到广泛应用。随着新能源技术不断发展，在矿山具体的应用场景下，各企业将构建全新的矿卡发展模式，依托新能源矿卡全生命周期成本低的优势，协同5G通信技术和无人驾驶技术，终将实现构建安全高效的新型现代化智能矿山目标。参考文献：员 田鑫援日本新能源汽车产业发展战略分析 允 援日本研究，圆园员源（源）：圆缘原圆怨援圆 赵浩，毛开江，曲业明，等援我国露天煤矿无人驾驶及新能源卡车发展现状与关键技术 允 援中国煤炭，圆园圆员，源苑（源）：源缘原缘园援猿 刘强援浅析伊敏露天矿智能化矿山建设 悦/第八届露天开采专业科技学术研讨会论文集援北京：中国煤炭学会，圆园员怨：员圆员原员猿员援源 戴淼，齐涛援我国重卡换电模式发展前景分析 允 援专用汽车，圆园圆员（愿）：猿愿原源园援缘 刘洋援浅谈插电式混合动力汽车 允 援科技创新与应用，圆园员苑（员源）：员猿源援远 刘青，刘勇，姚哲皓，等援中重型新能源卡车应用场景与模式浅析 允 援汽车与配件，圆园圆员（员苑）：缘缘原缘苑援苑 王晓娟援 中国新能源汽车的发展现状及未来展望 允 援时代汽车，圆园圆圆（源）：员园苑原员园愿援愿 王富民，贺昌斌援露天矿卡车无人驾驶技术的现状与展望 允 援露天采矿技术，圆园圆员，猿远（猿）：源缘原源苑援表 1市场占有率统计表类型2018 销量 2019 销量2020 销量2021 销量新能源重卡6585 0362 61910 448纯电动重卡6585 0362 5859 650（换电 3228）混合动力重卡燃料电池重卡000016181977954