Данный вывод может показаться парадоксальным, поскольку в технической литературе распространено мнение о высокой энергетической эффективности данного вида карьерного транспорта. Однако в последние годы полученные результаты подтверждаются и зарубежными исследованиями. Американские ученые П. Реввель и И. Реввель на примере автотранспорта общего пользования показывают, что энергетическая эффективность обычных и электрифицированных автомобилей (электромобилей) примерно одинакова [7]. Широкое внедрение дизель-троллейвозного транспорта на карьерах США в 1980-х годах было обусловлено не энергетической эффективностью данного вида транспорта, а конъюнктурой цен на дизтопливо и электроэнергию.
Вместе с тем, при создании отечественных дизель-троллейвозов нового поколения, не уступающих лучшим зарубежным образцам, и увеличении руководящего уклона автодорог до 10–12% коэффициент полезного использования энергии может возрасти до 7,6–7,8%, т. е. приблизится к показателям электрифицированного железнодорожного транспорта. Это свидетельствует об определенных перспективах дизель-троллейвозного транспорта на отечественных глубоких карьерах.
Средний удельный расход электроэнергии скиповым подъемником СНК-40, эксплуатировавшимся на Сибайском карьере, составил 0,0077 кВт·ч/т·м. Энергетическая эффективность характеризовалась следующими показателями: Рф. ск=2,8 г у. т. /т·м; η=12%. Расчетные показатели энергетической эффективности проектируемых скиповых (СНК-75) и автомобильно-клетьевых подъемников (АНК-75) составляют: Рф. ск=2,1÷2,2 г у. т. /т·м; η=15,2÷15,9% [2]. Энергоемкость различных типов шахтных вертикальных скиповых подъемников (Рф. ск=1,4÷1,9 г у. т. /т·м; η=17,4÷23,4%) находится на уровне показателей карьерного конвейерного транспорта [8]. Утверждение ряда авторов о наибольшей энергетической эффективности скипового подъема среди существующих видов карьерного транспорта нельзя считать достаточно обоснованным [9].
В исследованиях по оценке эффективности применения на карьерах аэростатно-канатных транспортных систем (АКТС), выполненных в последние годы, доказывается возможность снижения энергозатрат на подъем горной массы в 1,5–1,6 раза по сравнению с конвейерным транспортом [10]. Исследования носят чисто теоретический характер. Возможность и технологическая целесообразность внедрения подобных систем на карьерах большой глубины и производительности вызывают сомнение. Таким образом, реальной альтернативы рассмотренным видам транспорта для доставки горной массы из глубоких карьеров в настоящее время нет, и надежды на резкое снижение энергозатрат на транспортирование не имеют достаточных оснований.
Энергетическая оценка транспортных систем карьеров в условиях рыночной экономики имеет ряд специфических особенностей, до настоящего времени не нашедших отражения в исследованиях. В первую очередь к таким особенностям следует отнести методику расчета показателя kэ (см. формулу (2)), учитывающего затраты условного топлива на получение 1 кВт·ч электроэнергии и отражающего технологическую и экономическую эффективность электроэнергетики. Большинство авторов рекомендуют принимать значение этого показателя в пределах 310–330 г/кВт·ч. Однако эти цифры отражают реальное состояние отечественной электроэнергетики в 1975–1990 гг. , т. е. в советский период (рис. 3).
Рис. 3. Динамика показателя технологической эффективности электроэнергетики России.
Высокая технологическая эффективность отечественной электроэнергетики в указанный период была достигнута за счет централизации производства, создания Единой энергетической сети и переброски энергии вслед за перемещением пиковых нагрузок в часовых поясах. Даже самая эффективная из зарубежных – японская энергетика уступала советской [11].
В настоящее время эффективность отечественной электроэнергетики (kэ = 397 г у. т. /кВт·ч) в 1,23 раза ниже японской и в 1,11 ниже французской и американской (рис. 4). За 10 лет, с 1990 по 2000 г. , расход условного топлива на производство 1 кВт·ч электроэнергии в России увеличился с 306 до 397 г/кВт·ч, т. е. в 1,3 раза. В соответствующей пропорции снизилась энергетическая эффективность электрифицированных видов транспорта. Энергоемкость карьерного железнодорожного транспорта практически сравнялась с энергоемкостью автомобильного.
Рис. 4. Показатели технологической эффективности электроэнергетики наиболее развитых стран.
Переход к рыночной экономике отечественных горных предприятий сопровождался резким увеличением энергоемкости основных процессов открытой разработки и, в первую очередь, карьерного транспорта. Основными причинами увеличения энергоемкости явилось снижение объемов производства по горной массе и старение парка оборудования. В этом отношении характерен пример карьеров ОАО «Ураласбест» (рис. 5)
Рис. 5. Зависимость показателей удельной энергоемкости различных видов транспорта (Р) от объема перевозки горной массы (V) (ОАО «Ураласбест»): Ра, Рж – удельная энергоемкость соответственно автомобильного и железнодорожного транспорта, г у. т. /т·м; V – объемы перевозок горной массы, млн т/год
Выявилась лучшая адаптивность энергетических показателей автотранспорта к изменению экономических и горно-технических условий разработки, в частности, к сокращению объемов перевозок, по сравнению с железнодорожным транспортом, что объясняется меньшей долей постоянной составляющей в энергозатратах автомобильного транспорта. Это привело к расширению области применения автотранспорта на глубоких карьерах. Так, доля автотранспорта в объемах перевозок вскрышных пород на разрезах ОАО «Концерн Кузбассразрезуголь» за период 1990–2004 гг. увеличилась с 45 до 69%. На рудных карьерах расширение области применения автотранспорта наблюдается при расконсервации уступов и бортов в зоне работы железнодорожного транспорта, отработке карьеров зонами концентрации, отработке нагорной части месторождений.
Для рыночной экономики развитых стран характерно постепенное сближение энергетических и экономических оценок промышленных технологий. В России до этого пока далеко в силу неправильного соотношения цен «уголь – газ – мазут», рассчитанного по паритету покупательной способности валют. В РФ это соотношение составляет 1:0,8:1,3, в США 1:2,3:2,1, в Великобритании 1:1,8:1,6, в Германии 1:2,4:1,7. Во всех странах, кроме России, газ дороже угля [12]. С вступлением в ВТО Россия будет вынуждена изменить указанное соотношение. Согласно прогнозным оценкам, к 2010 г. по сравнению с 1998 г. цены на уголь (руб. /т у. т. ) увеличатся в 2,5 раза, на газ в 9 раз, на мазут в 2,5 раза и на электроэнергию (коп. /кВт·ч) в 4,8 раза. Таким образом, оптимизм по поводу высокой экономической эффективности перевода карьерного автотранспорта на газ может не оправдаться, хотя экологическая эффективность такого перехода неоспорима.
Удельная энергоемкость может успешно использоваться при технико-экономической оценке транспортных систем карьеров в качестве основного или дополнительного критерия.
По аналогии с экономической оценкой при сравнении вариантов транспортных систем затраты энергии прошлых и будущих периодов можно приводить к текущему моменту с помощью коэффициента приведения, рассчитываемого по выражению
(9)где В – коэффициент приведения; s – норматив для приведения разновременных затрат энергии (норма дисконта); tn – год, к которому приводятся энергозатраты; tj – год осуществления энергозатрат.
В этом случае норма дисконта (s) отражает технический прогресс, т. е. среднегодовой процент снижения удельной энергоемкости различных видов и средств горно-транспортной техники. По данным зарубежных исследований, s=0,005÷0,015. Такой подход имеет определенные преимущества перед денежной оценкой. В отличие от денежной энергетическая оценка имеет прямое, объективное, «физическое» основание, является более стабильной, не подверженной инфляции и волюнтаристскому вмешательству. В целом, энергетическая оценка не подменяет, а дополняет денежную оценку. Денежная оценка дает основание для выработки производственной тактики, энергетический анализ – для выработки стратегии формирования транспортных систем на весь период отработки карьера.
Метод энергетической оценки был реализован при обосновании глубины перехода к вскрытию внутрикарьерными железнодорожными тоннелями Костомукшского карьера [13]. Был рассмотрен период отработки карьера с 1998 до 2031 г. включительно. Оценивалось три варианта, характеризующихся различными глубинами перехода с траншейного на тоннельное вскрытие: 170, 230 и 310 м. К детальной оценке принят 2-й вариант тоннельного вскрытия (глубина перехода 230 м) как наиболее энергетически эффективной. Суммарные дисконтированные затраты энергии по указанному варианту на 12,1% ниже, чем при вскрытии с траншейным вводом железнодорожного транспорта на глубину 310 м, и на 10–16% ниже, чем при 1 м и 3 м вариантах тоннельного вскрытия. Энергетическая эффективность обеспечивается за счет глубокого ввода железнодорожного транспорта, снижения высоты подъема горной массы автотранспортом и сокращения разноса бортов карьера. Вместе с тем, экономические расчеты (ЧДД) не позволяют сделать обоснованный вывод о рациональной глубине перехода на тоннельное вскрытие ввиду незначительного различия вариантов по затратам. Это подтверждает перспективность энергетического анализа при обосновании стратегии формирования транспортных систем глубоких карьеров.