Рассмотрены перспективы внедрения на предприятиях открытой добычи полезных ископаемых аккумуляторных карьерных самосвалов. Основное внимание уделяется проблеме зарядной инфраструктуры для реализации концепции безлюдного производства. Предлагается использовать станции беспроводного заряда для совмещения заряда аккумуляторных батарей с отдельными технологическими операциями, что позволяет снизить их емкость и увеличивает коэффициент использования электротранспорта. Для определения эффективных решений зарядной инфраструктуры требуется провести оценку взаимодействия самосвала и зарядных станций. Цель исследования – разработка модели, отражающей потоки мощности между зарядной инфраструктурой и аккумуляторной батареей самосвала при реализации технологического процесса. Модель учитывает параметры технологического цикла, параметры самосвала с вариантами силовой схемы, обеспечивающими рекуперацию при торможении, а также параметры зарядной инфраструктуры в трех вариантах: одна зарядная станция стационарного типа за пределами технологических трасс (вариант А), рассчитанная на одновременный заряд нескольких карьерных самосвалов; зарядные станции стационарного типа для одного самосвала, размещаемые на пунктах погрузки (вариант Б); станция динамического заряда в процессе движения (вариант В). Предложена методика определения мощности единичной станции беспроводного заряда, а также взаимосвязанная с ней методика определения емкости аккумуляторных батарей. При определении емкости учитываются параметры цикла заряда-разряда и кратность зарядного тока. Реализация описанной модели выполнена на базе MATLAB Simulink с использованием m-файлов для обработки спутниковых данных параметров трассы, полученных от геоинформационных систем, а также элементов библиотек Stateflow и Simscape Electrical. Возможности модели продемонстрированы на примере Лебединского горно-обогатительного комбината, в качестве аккумуляторных самосвалов выбран БелАЗ-7558Е. В рассмотренном примере суммарная мощность беспроводной зарядной инфраструктуры для вариантов А, Б и В составила 10,6; 6,3 и 13,5 МВт, при этом вариант Б обеспечивает наибольшее значение среднего уровня заряда аккумуляторных батарей 0,65 отн.ед. при наименьшем удельном потреблении электроэнергии на самосвал 2,4 МВт·ч. Результаты моделирования позволяют определять различные эксплуатационные характеристики системы, оценивать соответствие элементов системы по мощности, сравнивать варианты реализации инфраструктуры беспроводного заряда и принимать обоснованные проектные решения.
Развитие электротранспорта обладает высоким потенциалом энергосбережения: энергосберегающее управление движением способно снизить объем потребляемых ресурсов, а интеграция с сетью электроснабжения обеспечивает возможность выравнивания суточных графиков нагрузки. Это справедливо для предприятий подземной добычи полезных ископаемых. Ключевым звеном интеграции электротранспорта с сетью является зарядная инфраструктура с перспективой разработки систем беспроводного заряда. Внедрение таких систем в подземных условиях сопряжено с вопросами энергетической эффективности и обеспечения взрывобезопасности. Рассматривается разработка системы беспроводного заряда на примере рудничного электровоза марки А-5,5-600-У5. Схемные и конструктивные решения сформированы с использованием метода анализа иерархий по результатам сопоставления существующих технических решений для отдельных узлов системы по критериям энергоэффективности и безопасности. Разработана комплексная компьютерная модель, позволяющая проводить исследование переходных процессов в электрической схеме системы беспроводного заряда и в трехмерной постановке определять параметры высокочастотного магнитного поля в пространстве передающей и приемной катушек. Предложен подход к оценке опасности воспламенения рудничной атмосферы на основе анализа индукции высокочастотного магнитного поля в области электромагнитного взаимодействия между катушками системы беспроводного заряда. Подход с использованием комплексной компьютерной модели применен к разработанной системе. Исследование показало, что система беспроводного заряда для рудничного электровоза в условиях предприятия подземной добычи полезных ископаемых, опасных по газу и пыли, технически реализуема и существуют конструктивные решения, при которых она взрывобезопасна.
