На процесс проветривания подземных горнодобывающих предприятий, в том числе нефтяных шахт расходуется от 30 % до 50 % электроэнергии, потребляемой организацией. В связи с этим с целью снижения себестоимости ископаемого на нефтешахтах активно изыскиваются различные технические и технологические решения для снижения затрат на работу вентиляции. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую модель управления энергопотреблением главной вентиляторной установки, которая позволяет заблаговременно определять требуемые затраты энергопотребления с учетом изменений ее работы. За счет разработанной модели и нового способа проветривания добычных участков горнодобывающие предприятия могут достичь устойчивого развития, придерживаясь политики в области энергосбережения.
Исследование было представлено на ежегодной конференции «Инновационные модели международной интеграции в науке — международные исследовательские группы — МИГ». Работа выполнена при финансовой поддержке правительства Пермского края в рамках проекта Международной исследовательской группы «Разработка цифровой модели прогнозирования и ценозависимого управления спросом на электроэнергию, потребляемую подземными горнодобывающими предприятиями», 2020 г. (соглашение № С-26/506 от 09.03.2021 г.)
Помимо затрат на электричество, существует проблема баланса мощности в виде сопоставления генерируемой и потребляемой электроэнергии, поскольку большинство электростанций производят ее непрерывно в течение суток, в то время как энергопотребление носит ярко выраженный циклический характер, привязанный к 24-часовому интервалу времени. Это приводит к тому, что электрическая мощность, производимая в часы низкого спроса, не востребована, в то время как в часы пикового спроса наблюдается нехватка. Цифровая модель политехников способна анализировать исторические данные об энергопотреблении, выявлять часто используемые энергопотребители и формировать план выработки необходимого количества электрической мощности.
— Платформа работает следующим образом: источником данных выступают контроллеры, которые фиксируют потребление энергии предприятием в течение определенного количества дней, предшествующих расчетному дню, для которого будет строиться график. Для взаимодействия платформы и реального оборудования используется брокер сообщений. Данные с брокера, а также с системы учета электроэнергии поступают в хранилище, где они обрабатываются в онлайн-режиме. Расчет энергопотребления с извлечением зон пиковой нагрузки производится по типовым дням (рабочие/выходные дни каждого месяца). Блок моделирования реализует расчет почасовой статистики потребления, — сообщил профессор кафедры горной электромеханики Александр Николаев.
Кроме того, модель прогнозирования берет в расчет стохастические факторы, влияющие на процесс проветривания подземных горнодобывающих предприятий. Например, влияние параметров наружного воздуха, закачиваемого в шахтные стволы, который становится более тяжелым при снижении температуры и более легким при ее повышении. А также учитывает прогноз погоды, который в краткосрочный период имеет высокую точность. За счет этого можно спрогнозировать воздухораспределение между шахтными стволами.
Зная заранее параметры воздуха, поступающего в воздухоподающие стволы, можно определить режим работы главной вентиляторной и шахтной калориферной установки, а после наладить требуемый безопасный и экономичный режим проветривания. Таким образом получится управлять, казалось бы, неуправляемыми процессами.
Созданная политехниками цифровая модель позволит подземным горнодобывающим предприятиям снизить стоимость технологического процесса добычи полезного ископаемого до 700 тысяч рублей за 1 мегаватт (зависит от условий Агрегатора) в результате снижения электрической мощности в часы, установленные системным оператором.