打造全电矿山——始于微处，成就未来-ABB

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ENGINEERED TO OUTRUN 打造全电矿山 始于微处，成就未来 第二版 行业白皮书 目录 为何要推动矿山电 气化转型？为何现 在是最佳时机？ 回顾过去五年 全面变革： 破除常见疑虑 电气化势在必行， 但如何着手？ 循序渐进， 聚沙成塔 与ABB共同开启 您的电气化之旅 查阅详情 查阅详情 查阅详情 查阅详情 查阅详情 查阅详情 3 行业白皮书 E-MINE™ 技术供应商与企业管理层曾一度将电气化视为一种未来 理想。 然而，电气化已不再是未来概念。过去几年的实践表明， 电气化是一种能够显著提升业绩并减少排放的成熟方 法。从自卸式卡车到装料设备和输送机，当前各式各样的 车辆和机械都有望实现电气化。如今，每个企业都可以逐 步迈向“全电矿山”，只需稍加调整，便可实现性能飞跃。 这一转型趋势对于采矿业的重要性日益突出，主要有以 下原因：首先，采矿业的温室气体排放量占全球总量的 7%。与此同时，矿石品位的下降需要消耗更多能源进行 开采，而新的采矿项目往往位于偏远地区，远离现有电力 基础设施。综合考量这些现实因素，采用可再生能源不 仅合情合理，而且对于确保完整采矿价值链的可靠、高 成本效益且低排放的运营至关重要。此举还能提升生产 力、效率及安全性。 然而，仍有许多采矿从业者心存疑问，例如有30%的矿 企负责人表示其脱碳进度滞后于2030年净零排放目标。 虽然远非理想，但这一数字也许并不令人意外。毕竟，实 施变革的主体不是企业负责人，而是一线的运营管理团 队。更何况，还有KPI、安全第一的准则，以及任何变革都 必须在维持或提升盈利能力下推进的前提。 — 为何要推动矿山电气化转型？ 为何现在是最佳时机？ 在ABB，我们坚信“始于微处，成就未来”。通过推动技术进步与思维 模式转型，我们的团队持续培养协作精神。以此，矿业能够为低碳未 来提供关键原料，例如电动汽车所需的锂以及风力发电机所需的稀土 元素等。此外，采矿团队还在运营干扰降至最低的情况下，逐步实现 碳减排和降成本的双重收益。 事实上，许多矿业领导者都支持变革：53%的受访者表示，预计将在 未来五年内推进转型。ABB致力于与矿企紧密合作，开启转型之旅： 我们秉持“始于微处，成就未来”的理念，依托技术创新全程护航，赋 能未来发展。 在ABB先前发布的调研报告中， 30% 的矿业人士在接受访谈时表示其脱碳 进度滞后于2030年净零排放目标 加拿大可持续采矿在行动 得益于ABB的自卸式矿卡辅助架线基础设施，加拿大铜山矿 业公司（Copper Mountain Mining）实现了电动矿卡架线运 行的碳排放量较柴油动力卡车降低90%。不仅如此，电动卡 车的速度如今已达以往车速的两倍，为性能表现提供保障。 01 05 03 04 06 02 行业白皮书 E-MINE™ 矿业在过去五年间发生了翻天覆地的变化。大宗商品价格走低与成本上涨 持续挤压行业利润，许多矿业公司未能完成既定的生产目标。随着矿石品 位持续下降，开采和加工等量金属所需的能耗越来越高，使得电气化转型 变得愈发重要。 在如此复杂的背景下，矿业人才如今抱有更高期望。许多从业者向往技术 优先的职场文化，这意味着薪酬公平、就业稳定、灵活的工作方式及良好 的职业发展前景已成为行业标准。 尽管近几年的行业环境充满挑战，但电气化仍在稳步推进。那些积极拥抱 电气化的矿山开始在速度、效率、安全性以及脱碳方面取得成效。 因此，众多矿业公司达成共识：电气化是提升生产力、效率、安全性以及实 现脱碳目标的必由之路。 试点项目正在绘制发展蓝图，有助于构建信心，为未来蓄力。自2021年以 来，从加拿大到南非再到澳大利亚，ABB已受托在全球9个国家和地区开 展了26项研究，其中包括6个已成功交付的辅助架线系统安装项目，另有 第7个项目正在稳步推进中。 — 回顾过去 五年 4 ABB已在全球9个国家和地区开展了26项电气化研究 02 01 05 03 04 06 5 行业白皮书 E-MINE™ 对具有前瞻性的技术方案保持谨慎的态度无可厚非。毕竟，行业 往往更加关注更为紧迫的问题，其中每吨成本始终是首要考量 指标。此外，采矿属于战略性产业，将价值数百万美元的柴油车 队更新换代，绝非一朝一夕。 让我们深入探讨采矿团队在电气化方面存在的问题、困惑与疑虑， 并思考“始于微处，成就未来”的理念能否为您的组织带来价值。 — 全面变革： 破除常见疑虑 03 01 02 05 06 04 6 行业白皮书 E-MINE™ 问题一： 目前时机是否成熟？ 有些人或许会质疑，现在是否为投资电气化的最佳时 机，尤其是考虑到电气化技术仍在不断发展。既然技术 在未来可能更加成熟，为何不等五年后再推进电气化 转型？ 此外，还有些业内人士担忧电气化将改变其矿山及采 矿资产的运营模式。比如，针对由来自多家供应商的车 辆组成的车队，他们担心选错技术方案；以及现有基 础设施是否需要升级改造以满足新设备的需求。 然而，高效的电气化技术早已发展成熟，并且减排目标 在短期内不会凭空消失。如果不立即行动转向电气化 技术，那么未来或将面临更大的冲击。采矿团队需要 提前布局电气化，这样才能在时机来临时，避免突然 的巨额资本支出。 更重要的是，电气化是经过验证的迭代升级方案，而非 空想，能够切实地提升速度、效率与可靠性。终有一日， 所有矿山都将实现电气化。近期研究结果揭示了以下 积极趋势： • 42%的矿企计划在2026年前投资于运输车队脱碳 • 68%的矿企计划在2030年前实现至少25%的车队 电气化 早期的设计理念与规划是成功的关键。如果您的矿 卡退役在即，需要升级换代，那么可先升级部分车 辆，从小规模改造做起，以免未来大费周章。 优秀的电气化技术供应商具备前瞻性，且坚持供应 商中立原则，这意味着其技术适用于所有车辆类型 与OEM厂商，无论未来技术如何演进，均可实现灵 活扩展。 42% 的矿企计划在2026年前 投资于运输车队脱碳 携手迈向净零未来 跨国企业小松（Komatsu）正与ABB联合开发电气化与脱 碳解决方案。通过组建一支专项团队，这两家技术领军企 业将共同探索市场化策略，其目标是实现重型工业机械的 净零排放。 03 01 02 05 06 04 7 行业白皮书 E-MINE™ 生产力跃升： 电动矿卡的车速是 柴油矿卡的两倍。 可靠性优势： 与柴油发动机相比，电动设备活 动部件更少，从而降低设备维护 需求，减少停机时间。这种与生 俱来的简约设计增强了电动矿 山设备的可靠性。 效率优化： 无需人工干预即可实现多辆 电动矿卡自动充电，显著减 少因加油或充电导致的作业 中断时间。 脱碳进展： 与柴油矿卡相比，由辅助 架线系统供电的电动矿 卡可减少高达90%的碳 排放量。 安全性增强： 电气化与自动化还可提升员工安 全性：电气化可有效降低地下矿 井 中 有 害污 染 物 浓 度 及 噪 音 水 平，而自动运输系统与机器人自动 连接装置（ACD）的应用则意味着 无需人员执行危险任务。 03 01 02 05 06 04 8 行业白皮书 E-MINE 8 行业白皮书 E-MINE™ 问题二： 存在哪些风险？ 变革与风险往往相伴而生。一些业内人士担忧电气化非但 不能简化矿山运营，还会增加矿山的复杂性。还有些人则 关注电力稳定性，担心意外停机与集成难题，以及电动车 队是否会导致电网过载。 诚然，将电动车辆（无论是柴电混动还是纯电动力）引入 到矿山运营中──电气化之旅的最终阶段──会导致能 源负荷需求波动增大。随着可再生能源在偏远地区的利用 率增加，这将带来其他限制。 新的采矿项目通常位于偏远地区，远离现有电力基础设 施。这些现实情况使得可再生能源的整合不仅合乎情理， 更是确保整个采矿价值链可靠、高成本效益、低排放运营 的必然选择。 事实上，电气化不只局限于燃料的替代，而是更倾向于采 矿的智能化。电力平衡解决方案可保障稳定可靠的能源 供应。通过对电网基础设施与电池储能系统进行稳健规 划，并结合矿山生产预测，可有效降低负荷峰值并应对发 电侧波动性。 同时，另一附加优势是：在燃料价格日益波动的情况下， 主要依赖电力运营的矿业公司（部分采取自主发电）将不 会受到化石燃料成本飙升的影响。 此外，数字化监测和自动化工具可实现故障预防，借助数 字化解决方案使电气化与自动化系统完全整合，从而有效 降低运营复杂性。 03 01 02 05 06 04 9 行业白皮书 E-MINE™ 问题三： 我的团队如何适应新变化？ 一些矿企关注劳动力与能力建设问题，尤其担心现有团队 无法适应新型车辆与机械。由于操作人员习惯驾驶柴油车 队，全新的工艺流程往往意味着重新培训。此外，还有人担 忧自动化也许会导致岗位缩减，质疑电气化能否真正让工 作变得更安全、更轻松。 事实上，只有电气化与自动化紧密协同，才能取得成功。要 迈向电气化和自动化，就要对电力与车队管理系统进行整 合，以实现可再生能源的充分利用、能源使用的优化，以及 运营效率的提升。 但自动化是员工的帮手，而非对手，能够简化工作流程，使 工作环境变得更安全。没有柴油尾气意味着更好的空气质 量，对员工健康有益。电气化系统可降低火灾隐患和爆炸风 险。此外，减少振动和噪音也将有效缓解员工疲劳，从而降 低事故风险。 更重要的是，技术是吸引年轻员工的重要因素。由于劳动力 老龄化以及矿业在年轻一代中的负面形象，从未转型的矿 山可能很难吸引新人才加入。在这方面，技术同样能够发挥 重要作用。技术本身是一种赋能手段，绝大多数 (68%) 受 访者认为技术能够驱动人才多元化发展，尤其能够吸引Z世 代人才。毕竟，Z世代是数字一代。技术将向Z世代展示，当 今矿山并非人们传统认知中的模样，而是一个拥有数字化、 自动化的现代产业。 68% 的受访者认为技术能够 驱动人才多元化发展 03 01 02 05 06 04 10 行业白皮书 E-MINE™ 在前面三个章节中，我们了解到电气化能够降低每吨成本、提升生产力、 吸引新人才，甚至规避燃料价格波动影响。但哪些技术最适合您的矿山？ 让我们一起探讨一些可选方案。 — 电气化势在必行， 但如何着手？ 运输系统电气化 要实现大型自卸式卡车的电气化，矿山需要结合静态与动态两种 能量传输方案考量。这两项技术均需对矿山的限制条件进行评估， 包括以下方面： • 装卸载区域位置 • 进线装卸载所需资源 • 整个矿区范围内的供电情况 • 矿山设计带来的其他运营限制 ABB与原始设备制造商（OEM）及系统集成商建立合作伙伴关系， 提供端到端的电气化解决方案，并供应电池、逆变器和驱动等车 载设备，以此全力支持矿山电气化转型。通过这种方式，采矿团队 可对现有的柴油卡车进行升级改造，减少排放，强化安全，同时促 进降本增效。 赞比亚矿山实现电池寿命最大化 一个典型案例是ABB与日立建机合作实施了全球首个全 电超大型自卸式卡车的实地试点项目——现已在赞比 亚Kansanshi铜金矿投入运行，在严苛工况下展现出高 效率、零排放的卓越性能。 01 02 03 04 05 06 11 行业白皮书 E-MINE™ 能量传输技术 矿山运输车队的电气化涉及动态与静态两种能量传输解决方案。 静态能量传输 静态能量传输解决方案支持自卸式矿卡停车充电。这种方案可灵活适配不同矿卡规格及特定 应用场景。该系统具有互操作性，基于开放标准构建，连接接口对供应商中立，支持手动连接 的同时，也可使用自动连接装置（ACD）。 静态充电解决方案分为四类： 车载快充系统是露天矿场大型矿卡的理想选择。该系统 既支持停车充电，亦支持矿卡通过辅助架线系统沿固定 距离线路在行车中充电。该系统采用直流电源供电。 离车快充系统非常适用于露天及地下矿山矿卡的临时 充电。这类车辆几乎连续作业，空闲时间有限（10-15分 钟）。离车快充系统实质是直流充电桩，安装点位固定， 遍布矿山区域。 车载慢充系统适合对钻机、锚杆钻机等固定设备进行充 电，这类设备偶尔需要在生产区域内移动，且充电时间 较长。与全球大多数直接接入电网的设备类似，这类系 统可使用交流电。 离车慢充系统适合为间歇性使用的设备（例如人员与设 备运输车辆）以及采用换电模式的车辆充电。此类车辆 可使用直流电进行较长时间充电。 创新型矿卡充电网点 ABB技术验证产品eMine™机器人自动连接装置（ACD）是一款具有互 操作性、全自动化、支持大功率充电的电动矿卡解决方案。该装置已在瑞 典北部Boliden公司Aitik矿区等严苛环境中完成测试，旨在实现快速、安 全、免手动连接。该ACD装置目前正在进一步研发，通过整合各类车队接 口、供应商连接机制及未来标准以确保长期兼容性。 01 02 03 04 05 06 行业白皮书 E-MINE 12 行业白皮书 E-MINE™ 动态能量传输 动态充电解决方案通常采用辅助架线系统。该系统可向柴 电混动卡车补电，使车辆在整个架线线路上无需使用柴油。 每辆矿卡均配备受电弓，通过接触架空线路获取电力，与电 气化列车相似。其他关键基础设施包括立柱、架空线路系统、 站点及整流站，后者将常规的交流电转换为约1000至2600 伏直流电。 由于辅助架线系统对电能需求较高，运营商可能需要增强矿 场供电能力。不过，通过辅助架线系统为柴电混动卡车供电 可显著降低运营成本，具体效果取决于矿山设计，包括坡道 长度、坡度、运输周期和运输要求等因素。 当柴电混动矿卡接入辅助架线系统时，柴油发动机将切换至 怠速状态，转而从架线系统获取电力。柴油发动机仅在矿卡 驶向矿坑或破碎作业区的最终段路程中启动。 未来，矿山将采用纯电卡车结合辅助架线系统的运行方式。 当矿卡接入辅助架线系统时，车辆不仅能够获取动力，还可 为电池补电。在无辅助架线的路段，电池所存储的能量可驱 动车辆行驶；在下坡路段，则通过再生制动机制回收动能。 该技术还在不断发展：新型辅助架线系统设计追求完全可 移动性和可复用性，采用模块化预制基础、柔性立柱和轻型 悬挂系统。这些创新支持快速拆装，帮助矿山适应日新月异 的布局，同时增强循环性，降低资本支出。 上述进展是对市场反馈的切实回应。行业伙伴正携手打造 新一代动态能量传输解决方案，以应对现有技术所面临的 挑战。 开创采矿业之先河 在ABB和Epiroc的通力协作下，Boliden公司在长达800米的地下矿 山测试轨道上部署了首套全电池电动矿卡辅助架线系统，该系统现 已扩展至5公里长的区段。这意味着矿业向实现全电矿山迈出关键一 步，促进可持续且高效的生产运营，并改善矿山工作环境。 了解更多 >> 01 02 03 04 05 06 13 行业白皮书 E-MINE™ 自动化与电气化密切相关。从钻机、运输车辆到控制中心，如今各类矿山设备 均可实现自动化。只要部署得当，自动化技术将产生变革性影响：提升生产力、 缓解劳动力短缺，并赋能更安全、更高效的运营。这两项技术相辅相成：自动 化优势可增强电气化表现，电气化优势反之亦可驱动自动化发展。让我们深入 细节，探析电气化矿山中的自动化实践。 电能与过程控制 电池电动矿卡或辅助架线系统等设备需要应对高 度波动的负荷需求。自动化平台通过整合电能与过 程控制来妥善管控复杂的用电需求。每当需求骤增， 自动甩负荷功能将会优先保障关键作业；与此同时， 利用系统余量平滑控制减少中断。最终实现连续生 产、停电次数减少且基础设施成本降低。 — 自动化技术在 矿山行业中的作用 电能与能源管理 全电动车队对电网造成压力，尤其在车辆加速和 充电期间会导致负荷骤增。自动能源管理系统可 实时分析操作计划、车辆状态及电网状况，按照 时间和空间需求精准分配电能，这意味着可在供 电基础设施不超载运行的情况下，保障移动设备 完成任务。 能源、设备与人员管理 自动化技术可大幅提升运营管理系统效率。通过 掌握车辆追踪、充电状态、任务分配及人力协调 等方面的实时数据，这些系统能根据能源限制与 生产目标实现排班计划、调度路线及充电后勤保 障的优化。 资产性能管理 持续资产监测对全电矿山至关重要。而自动化技术 可通过集中监测与预测诊断提供支持，可有效减少 较为耗时的人工检测需求——尤其在偏远或危险 作业环境中，这项优势意义重大。 01 02 03 04 05 06 14 行业白皮书 E-MINE™ 直到不久前，只有物料与机械被视作矿山的核心资产。如今，电能正跻身 关键资源之列。其原因在于：在电气化矿山中，能源是日常运营绩效的核 心——供电是否可靠、高效将直接影响生产力、安全性与设备的正常运 行时间。 本节将探讨矿山能源管理面临的挑战与机遇，剖析矿山应如何更智能地 获取、储存和管理能源，并探索如何通过能源策略的微小调整实现显著 且可量化的收益。 可再生能源与电网基础设施 电气化应与可持续能源齐头并进。毕竟，燃煤发电驱动 的电动卡车，其污染程度可能超过纯柴油动力卡车。 在矿山行业，固定式基础设施并不实用，尤其是在勘探 阶段或生命周期较短的项目中。此时可采用移动式可再 生能源方案。这类方案部署更快，并可按需扩展，兼具灵 活性与韧性。 储能系统设计与集成 对采矿团队而言，电池储能并非可选项，而是必选项：电 池储能可平滑抑制风能与太阳能固有的波动性。此外， 先进的数字孪生技术和负荷预测工具能够帮助采矿团队 实时模拟、规划及优化能源系统，实现长时储能系统的 智能化部署，确保可再生能源的无缝接入，并在发电波动 的时代下提供可预测性。 — 如何驱动电气化矿山 电能质量与控制 在全电矿山中，电能质量与运营可靠性直接相关，因为电 力不稳定往往会导致设备意外停机、缩短资产寿命，甚至 可能造成安全风险。随着越来越多的可再生能源与电气 化系统并网，清洁稳定的供电保障变得尤为重要。 先进的电能管理与控制系统能带来显著改善。凭借实时 监测、自动化及智能切换技术，即使在严苛工况下，采矿 团队也能维持稳定、高质量的电能供应。 能源优化与价值评估 能源仅仅作为成本项或可持续发展指标的时代已然过去。 借助正确的技术工具，向电气化转型意味着矿山可以重 新思考如何利用能源实现价值创造，并获取与降低能源 成本、减少排放及延长资产寿命相关的洞察。 尤为实用的是能够将用电、发电与储电数据整合到统一 视图中的数字化平台。结合预测分析和场景建模功能，这 些平台赋能采矿团队提高决策质量──从优化电池充电 周期，到明智规划用电负荷使其匹配低谷电价时段。 能源即资产：挑战与机遇 电气化矿山在能源管理方面面临诸多挑战。毕竟，车队电气化显著增加用电需 求，有时需求甚至翻倍。而许多矿山位于偏远地区或电网边缘附近，使得扩建 基础设施既困难又昂贵。 面对上述挑战，除非万不得已，电力供应商往往不愿扩容，因为需要投入巨额 资本。这意味着，如果未能及时升级供电系统，矿山将面临停电、生产力下降 以及高昂的停工成本等实际风险。 但希望并未破灭。恰恰相反，从可移动可再生能源到电池储能系统，有多种能 源管理方案供采矿团队考虑。 01 02 03 04 05 06 15 行业白皮书 E-MINE™ 打造成功的电气化矿山有多种途径，但转型过程通常分为三步。 — 循序渐进，聚沙成塔 1