Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах
Статтю присвячено актуальній тематиці розподіленої генерації електричної енергії. Як генератори електричної енергії розглянуто клітьові та скіпові шахтні підйомні установки підприємства з видобутку залізної руди. Метою статті є співставлення теоретичних й експериментальних даних щодо генерації еле...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Економіка промисловості |
|---|---|
| Datum: | 2024 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут економіки промисловості НАН України
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/199530 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах / Д.П. Божик, В.О. Баш, А.С. Баш, Д.Д. Чейлях // Економіка промисловості. — 2024. — № 3 (107). — С. 65-74. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859824039125581824 |
|---|---|
| author | Божик, Д.П. Баш, В.О. Баш, А.С. Чейлях, Д.Д. |
| author_facet | Божик, Д.П. Баш, В.О. Баш, А.С. Чейлях, Д.Д. |
| citation_txt | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах / Д.П. Божик, В.О. Баш, А.С. Баш, Д.Д. Чейлях // Економіка промисловості. — 2024. — № 3 (107). — С. 65-74. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Економіка промисловості |
| description | Статтю присвячено актуальній тематиці розподіленої генерації електричної енергії. Як генератори електричної енергії розглянуто клітьові та скіпові шахтні підйомні установки підприємства з видобутку залізної руди.
Метою статті є співставлення теоретичних й експериментальних даних щодо генерації електроенергії шахтними підйомними установками рудника «Суха Балка» (м. Кривий Ріг).
У процесі дослідження застосовано теоретичні методи з перетворення потенційної енергії твердого тіла на електричну при його переміщенні шахтним стволом, а також інструментальні вимірювання споживання і генерації електричної енергії клітьовими та скіповими підйомними установками під час промислової експлуатації.
Регламент дослідження: збір та обробка інформації про функціонування клітьової та скіпової підйомних установок шахти ім. Фрунзе та аналогічних показників клітьової та скіпової підйомних установок шахти «Ювілейна» за період з 1 вересня по 31 грудня 2021 р.
Запропоновано інструментальне вимірювання електричних параметрів шахтних підйомних установок у реальних умовах експлуатації (залізорудна промисловість). Встановлено, що обсяги генерації електроенергії шахтними клітьовими підйомними установками суттєво перевищують результати скіпових підйомних установок. Реально одержані показники щодо генерації електроенергії клітьовими підйомними установками є набагато меншими, ніж за результатами теоретичних оцінок. Виявлено дисбаланс між генерацією та споживанням енергетичних ресурсів: 9% по клітьовому підйому шахти ім. Фрунзе; близько 2% по клітьовому підйому шахти «Ювілейна»; менше 1% по скіпових установках. Доведено існування кореляційного статистично значимого зв’язку між генерацією і споживанням електроенергії підйомною установкою шахти ім. Фрунзе та відсутність статистично значимого зв’язку між генерацією та споживанням електроенергії клітьовою підйомною установкою шахти «Ювілейна». Електроенергії, одержаної протягом добової експлуатації двох клітьових і двох скіпових установок рудника «Суха Балка» (приблизно 400 кВт·год.), достатньо для живлення 58 середньостатистичних українських домогосподарств.
The article is devoted to a topical subject of distributed generation of electrical energy. The cage and skip mine hoists of the iron ore mining enterprise were considered as generators of electrical energy.
The purpose of the study is to compare theoretical and experimental data on electricity generation by mine hoisting units of the Sukha Balka PJSK (Kryvyi Rih, Ukraine).
The research methods are theoretical ones – on the transformation of the potential energy of a solid body into electrical energy during its movement through a mine shaft, and experi-mental ones – involving instrumental measurements of the consumption and generation of elec-trical energy by cage and skip hoists units during industrial operation.
Research schedule: collection and processing of information on the operation of the cage and skip hoists of the mine named after Frunze and similar indicators of the cage and skip hoists units of the Yuvileyna mine for the period from September 1 to December 31, 2021.
The novelty of the research lies in the instrumental measurement of the electrical parame-ters of mine hoists in real Ukrainian operating conditions.
The most significant results: it was found that the volumes of electricity generation by mine cage hoists significantly exceed the results of skip hoists. The actual indicators of electrici-ty generation by cage hoists units are much lower than the results of theoretical estimates. There is an imbalance between the generation and consumption of energy resources – 9% for the cage elevation of the mine Frunze; about 2% for the cage hoist of the Yuvileyna mine; less than 1% on skip units.
It was found that there is a statistically significant correlative relationship between the generation and consumption of electricity by the cage hoist of the mine named after Frunze and no statistically significant relationship between the generation and consumption of electricity by the cage hoist unit of the Yuvileyna mine.
The electricity obtained from the daily operation of two cage and two skip units of the Sukha Balka PJSC (approximately 400 kWh) is enough to power 58 average Ukrainian house-holds.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:27:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1562-109X Econ. promisl. 65
2024, № 3 (107)
УДК 620.9:622.6:338.45 DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry2024.03.065
Денис Пилипович Божик,
канд. техн. наук, наук. співробітник
Інститут економіки промисловості НАН України
вул. Марії Капніст, 2, м. Київ, 03057, Україна
E-mail: dionis@ukr.net
https://orcid.org/0000-0001-7620-7997;
Віталій Олександрович Баш,
аспірант
Інститут економіки промисловості НАН України
вул. Марії Капніст, 2, м. Київ, 03057, Україна
E-mail: Bash.v@dch.com.ua
https://orcid.org/0009-0008-1173-2174;
Антоніна Сергіївна Баш,
аспірантка
Інститут економіки промисловості НАН України
вул. Марії Капніст, 2, м. Київ, 03057, Україна
E-mail: antonina.bash@gmail.com
https://orcid.org/0009-0006-8086-0626;
Дмитро Дмитрович Чейлях,
головний економіст
Інститут економіки промисловості НАН України
вул. Марії Капніст, 2, м. Київ, 03057, Україна
E-mail: ddchl@ukr.net
https://orcid.org/0000-0002-8638-1443
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРУЮЧИХ МОЖЛИВОСТЕЙ
ШАХТНИХ ПІДЙОМІВ У ПРОМИСЛОВИХ УМОВАХ
Статтю присвячено актуальній тематиці розподіленої генерації електричної енергії. Як
генератори електричної енергії розглянуто клітьові та скіпові шахтні підйомні установки
підприємства з видобутку залізної руди.
Метою статті є співставлення теоретичних й експериментальних даних щодо генерації
електроенергії шахтними підйомними установками рудника «Суха Балка» (м. Кривий Ріг).
У процесі дослідження застосовано теоретичні методи з перетворення потенційної ене-
ргії твердого тіла на електричну при його переміщенні шахтним стволом, а також інструме-
нтальні вимірювання споживання і генерації електричної енергії клітьовими та скіповими
підйомними установками під час промислової експлуатації.
Регламент дослідження: збір та обробка інформації про функціонування клітьової та
скіпової підйомних установок шахти ім. Фрунзе та аналогічних показників клітьової та скі-
пової підйомних установок шахти «Ювілейна» за період з 1 вересня по 31 грудня 2021 р.
Запропоновано інструментальне вимірювання електричних параметрів шахтних підйо-
мних установок у реальних умовах експлуатації (залізорудна промисловість). Встановлено,
що обсяги генерації електроенергії шахтними клітьовими підйомними установками суттєво
перевищують результати скіпових підйомних установок. Реально одержані показники щодо
генерації електроенергії клітьовими підйомними установками є набагато меншими, ніж за
результатами теоретичних оцінок. Виявлено дисбаланс між генерацією та споживанням ене-
ргетичних ресурсів: 9% по клітьовому підйому шахти ім. Фрунзе; близько 2% по клітьовому
© Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2024
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
66 ISSN 1562-109X Econ. promisl.
2024, № 3 (107)
підйому шахти «Ювілейна»; менше 1% по скіпових установках. Доведено існування кореля-
ційного статистично значимого зв’язку між генерацією і споживанням електроенергії
підйомною установкою шахти ім. Фрунзе та відсутність статистично значимого зв’язку між
генерацією та споживанням електроенергії клітьовою підйомною установкою шахти «Юві-
лейна». Електроенергії, одержаної протягом добової експлуатації двох клітьових і двох скі-
пових установок рудника «Суха Балка» (приблизно 400 кВт·год.), достатньо для живлення
58 середньостатистичних українських домогосподарств.
Ключові слова: електроенергія, генерація, споживання, шахтний підйом, дослідження,
теоретичні, експериментальні, рудна промисловість.
JEL: L60, L71
Той факт, що шахтні підйомні устано-
вки в процесі експлуатації здатні генеру-
вати електроенергію, є загальновідомим.
Уряд Великобританії планує за їх допомо-
гою розвивати старопромислові вугільні ре-
гіони (Morstyn, Chilcott, McCulloch, 2019).
Так, в англійському регіоні Мідлендс, де в
давнині працювали сотні глибоких вугіль-
них шахт, завдяки чому він і отримав істо-
ричну назву «Чорна країна (Black Country)»,
було пройдено тисячі стволів, які потім ви-
йшли з експлуатації. Велика глибина розро-
бок і розвиненість підземного простору, які
для добувних підприємств є пасивом, для
гравітаційної енергетики перетворюються
на визначальний актив – у світі все більше
уваги привертають енергетичні сховища,
технологія яких заснована на перетворенні
потенційної енергії твердого тіла на елект-
ричну в процесі руху масивного вантажу
шахтним стволом: униз – двигуни підйом-
них машин працюють у режимі генератора
з рекуперацією електроенергії в мережу,
вгору – споживають енергоресурси, щоб ви-
конати перезарядку сховища.
Відомим апологетом гравітаційних
сховищ на базі шахт є Т. Морстін (Morstyn,
Botha, 2022). Проблематику шахтних енер-
госховищ розглянуто вітчизняними науков-
цями (Ильяшов, Левит, Череватский, 2015;
Амоша, Череватський, 2018; Amosha et al.,
2019), а також іншими авторами (Roushenas,
Gholamyankarkon, Arabkoohsar, 2023). Ра-
зом із тим недоцільно залишити поза ува-
гою результати досліджень, що містять кри-
тичні моменти, наприклад практичні напра-
цювання польських експертів. Так, автор
статті (Siostrzonek, 2023) зауважує, що у ви-
падку підйомної машини думка про залеж-
ність ефективності зберігання енергії лише
від ефективності двигуна є хибною. Якби це
було так, стверджує він, ефективність нако-
пичення енергії в разі потенційної енергії
була б дуже високою (понад 90%), але за ре-
зультатами вимірювань ефективність та-
кого накопичувача є значно нижчою. Необ-
хідно враховувати, наполягає дослідник, всі
компоненти шахтного підйомника. За його
досвідом показники становлять приблизно
40-50%. Достатньо обережними щодо шах-
тних підйомних установок як енергетичних
сховищ є висновки, наведені в статті (Kulpa
et al., 2021). Автори зосередилися на переві-
рці ефективності гравітаційного накопи-
чення енергії в існуючих кам’яновугільних
шахтах Польщі. Для Польщі – країни з роз-
галуженою гірничодобувною інфраструкту-
рою, яка шукає нові науково-практичні рі-
шення щодо використання застарілих гірни-
чих активів для нових цілей – зазначена
тема є вельми актуальною. Дослідження
було зосереджено на одному шахтному
стволі, розташованому в межах Верхньосі-
лезького вугільного басейну (Górnośląskie
Zagłębie Węglowe). Призначення стволу –
дренаж сусіднього родовища. У статті наве-
дено кількість енергії, яку теоретично мо-
жна накопичити, та результати аналізу ефе-
ктивності накопичення енергії в шахті в ро-
зрахунку на 1 цикл роботи за день (зарядка
та розрядка) при низьких цінах уночі та ви-
соких цінах у години пік. Автори відзнача-
ють оригінальність розглянутого випадку,
хоча накопичувачі енергії вже функціону-
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1562-109X Econ. promisl. 67
2024, № 3 (107)
ють по всьому світу. Висновки науковців
свідчать про невелику економічну ефектив-
ність такого варіанта шахтного способу аку-
муляції енергії.
Метою статті є співставлення теоре-
тичних й експериментальних даних щодо
генерації електроенергії шахтними підйом-
ними установками рудника «Суха Балка»
(м. Кривий Ріг).
Рудник «Суха Балка» в м. Кривий Ріг
уже понад століття здійснює видобуток за-
лізної руди шахтним способом. У складі
ПрАТ «Суха Балка» перебувають дві
шахти: «Ювілейна» з виробничою потужні-
стю 2250 тис. т на рік та ім. Фрунзе – 1050
тис. т аглоруди на рік. Очисні роботи здійс-
нюються на великих глибинах – гор. 860 м,
940 і 1020 м по шахті «Ювілейна» і 985-
1135 м по шахті ім. Фрунзе. Разом із тим у
справному стані перебуває клітьовий під-
йом у стволі виведеної з експлуатації старої
шахти «Центральна», який нерегулярно ви-
користовується шахтою «Ювілейна» для
спуску-підйому людей і матеріалів.
Характеристику підйомних установок
наведено в табл. 1.
Таблиця 1 – Характеристика підйомних установок
Позначення ствола
Клітьовий
ствол шахти
ім. Фрунзе
Клітьовий
ствол шахти
«Ювілейна»
Скіповий
ствол шахти
ім. Фрунзе
Скіповий
ствол шахти
«Ювілейна»
Вид підйомної устано-
вки
Одноклітьова
двоповерхова
з противагою
Одноклітьова
двоповерхова
з противагою
Односкіпова з
противагою
Односкіпова
з противагою
Вид підйомної машини Одноканатна
з біциліндро-
конічним ба-
рабаном
Багатоканатна
зі шкивом те-
ртя
Одноканатна з
біциліндроко-
нічним бара-
баном
Багатокана-
тна зі шки-
вом тертя
Тип підйомної машини БЦК 8/5х2,7 МК 5х4 БЦК 8/5х2,7 ЦШ 5х8
Тип двигуна
ПБК 380/80
МПК-1250-80
(2 шт.)
ДПП 381/110-
29
П2-800-255-
8к (2 шт.)
Потужність двигуна,
кВт
2000 750 3400 5000
Маса порожньої су-
дини, т
11,6 23,0 10,8 40,0
Маса противаги, т 18,0 32,8 32,8 102,5
Маса навантаженої су-
дини, т
28,6 38,0 32,8 102,5
Швидкість підйому, м/с 3 5 10 8
Висота підйому, м 1297 1580 1297 1580
Теоретичні дослідження
Теоретична механіка і теорія електро-
приводу визначають рівняння з перетво-
рення потенційної енергії тіла на електри-
чну
72,778 10 ,E M g H (1)
де E – кількість електричної енергії, яку зда-
тна виробити клітьова підйомна установка
за один спуск вантажу з верхнього прийом-
ного майданчику до приствольного двору,
кВт·год.;
M – різниця маси підйомного сосуду,
що піднімається, і підйомного сосуду, що
опускається шахтним стволом, кг;
g – прискорення вільного падіння,
м/с2;
H – висота підйому, м;
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
68 ISSN 1562-109X Econ. promisl.
2024, № 3 (107)
– коефіцієнт корисної дії підйомної
установки в процесі перетворення потен-
ційної енергії тіла на електричну, ч. од.
Результати розрахунку енергії, яку
здатна виробити клітьова підйомна устано-
вка в умовах експлуатації, є контрольними
стосовно фактичних результатів, отрима-
них інструментальним способом.
Експериментальні дослідження енер-
гії, яку споживає і генерує підйомна уста-
новка
Вимірювання електричної енергії, яку
фактично споживає та фактично генерує пі-
дйомна установка, виконано інструмента-
льно за допомогою встановлених на підста-
нціях електричних лічильників, які функці-
онують в автоматичному режимі. У процесі
досліджень із зареєстрованих даних відіб-
рано показники, які відповідають спожи-
ванню/виробленню електроенергії за кожну
добу експлуатації підйомної установки про-
тягом чотирьох останніх місяців 2021 р. Із
початком воєнних дій у 2022 р. рівень нава-
нтаження на шахтні підйоми став суттєво
нижчим, ніж за розглянутий період, що обу-
мовило регламент спостережень.
Дані щодо вимірювання енергетичних
ресурсів, які спожила і виробила підйомна
установка, зібрано по скіпових та клітьових
підйомах як по шахті ім. Фрунзе, так і по
шахті «Ювілейна».
Усі одержані результати інструмента-
льних досліджень піддано перевірці на нор-
мальність розподілу з вибраковкою невід-
повідних.
Із застосуванням коефіцієнта лінійної
кореляції Пірсона (r-Пірсона) оцінено спра-
ведливість нульової гіпотези щодо відсут-
ності тісного зв’язку між показниками, які
характеризують споживання та генерацію
електричної енергії скіповими і клітьовими
підйомними установками.
Статистичні характеристики вибірки
показників генерації електроенергії шахт-
ними підйомами візуалізує діаграма виду
Box-Whiskers Plot (Boxplot – «ящик з вуса-
ми»). «Коробка» містить значення, які
входять в інтерквартильний розмах (ІКР), а
«вуса» відображають значення, які перебу-
вають нижче та вище першого і третього
квартилів. «Викидами» є значення поза ме-
жами інтервалу 1,5 х ІКР.
Теоретично максимальна генерація
енергії відбувається, коли елемент з біль-
шою масою (навантажена кліть) з поверхні
пересувають вниз (у напрямку пристволь-
ного двору на нижньому горизонті), а еле-
мент меншої маси (противага) піднімають
на канаті вгору – від приствольного двору
на нижньому горизонті до поверхні. За
другою частиною циклу підйомно-опус-
кальних операцій противагу після вида-
лення навантажених вагонеток з обох пове-
рхів кліті опускають вниз, а порожню
кліть – угору.
За формулою (1) величина E1, що від-
повідає першому етапу циклу по шахті
ім. Фрунзе, дорівнює
7
1 2,778 10 (28600 18000) 9,8
1297 0,8 29,9кВт год.
E
(2)
На другому етапі циклу обсяг генера-
ції електроенергії складає
7
1 2,778 10 (18000 11600) 9,8
1297 0,8 18,1кВт год.
E
(3)
Тобто максимальний загальний обсяг
генерації електроенергії за один повний
цикл підйому по клітьовому стволу шахти
ім. Фрунзе як сума E1 та E2 складає
48 кВт·год. Отже, кожні 10 циклів роботи
підйому здатні надати майже 0,5 МВт·год.,
що є достатньо потужною генерацією елек-
троенергії. Це є теоретичною оцінкою фун-
кціонування клітьової підйомної установки
в режимі рекуперації електроенергії з пере-
везенням вантажу з верхнього приймаль-
ного майданчика (поверхня шахти) до при-
ствольного двору на нижньому горизонті.
Проте реальні показники є принципово ін-
шими (табл. 2).
На рис. 1 наведено діаграму чотиримі-
сячної вибірки даних шодо добової генера-
ції електроенергії клітьовим підйомом
шахти ім. Фрунзе.
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1562-109X Econ. promisl. 69
2024, № 3 (107)
Таблиця 2 – Споживання та генерація електроенергії підйомними установками рудника
«Суха Балка» протягом 01.09.2021 р.-31.12.2021 р., кВт·год./добу
Показник
Математичне
очікування
Довірчий
інтервал
Споживання клітьовим підйомом ш. ім. Фрунзе 1866 16
Генерація клітьовим підйомом ш. ім. Фрунзе 171 7
Споживання клітьовим підйомом ш. «Ювілейна» 6930 222
Генерація клітьовим підйомом ш. «Ювілейна» 132 13
Споживання скіповим підйомом ш. ім. Фрунзе 16145 659
Генерація скіповим підйомом ш. ім. Фрунзе 15 2
Споживання скіповим підйомом ш. «Ювілейна» 25043 1356
Генерація скіповим підйомом ш. «Ювілейна» 58 2
Рисунок 1 – Boxplot, що характеризує чотиримісячну вибірку даних із добової рекупе-
рації енергії клітьовим підйомом шахти ім. Фрунзе ПрАТ «Суха Балка»
Медіанне значення добового вироб-
лення електроенергії (змінна GKHFr) стано-
вить майже 179 кВт·год. на добу. Добові по-
казники, які не є позамежними, перебува-
ють у діапазоні від 101 до 276 кВт·год.
На рис. 2 наведено діаграму змінної
GKHYu, яка відповідає добовій генерації
електроенергії клітьовою підйомною уста-
новкою шахти «Ювілейна» за період з 1 ве-
ресня по 31 грудня 2021 р.
Медіанне значення вироблення елект-
роенергії щодо змінної GKHYu становить
142 кВт·год. на добу. Добові показники, які
не є позамежними, перебувають у діапазоні
від 13 до 293 кВт·год.
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
70 ISSN 1562-109X Econ. promisl.
2024, № 3 (107)
Рисунок 2 – Boxplot, що характеризує чотиримісячну вибірку даних із добової рекупе-
рації енергії клітьовим підйомом шахти «Ювілейна» ПрАТ «Суха Балка»
Генерація електроенергії скіповими
підйомами є набагато меншою від клітьо-
вих установок, а споживання енергетичних
ресурсів – набагато більшим: 15 та
16145 кВт·год. по шахті ім. Фрунзе й 58 та
25043 кВт·год. по шахті «Ювілейна» відпо-
відно.
Взагалі підйомні машини виробляють
набагато менше електричної енергії, ніж
споживають. По клітьовому підйому шахти
ім. Фрунзе показник становить 9%, шахти
«Ювілейна» – близько 2%; скіпові устано-
вки генерують електроенергії менше 1% від
обсягу спожитих ресурсів.
Разом із тим інструментально і стати-
стично підтверджено, що загальна добова
генерація електричної енергії шахтними пі-
дйомними установками ПрАТ «Суха Балка»
з вірогідністю 0,95 складає від 353 до
400 кВт·год. Незважаючи на те що рекупе-
рація електричної енергії в мережу є побіч-
ним процесом перевезення вантажів верти-
кальними стволами, спеціальні витрати ене-
ргетичних ресурсів відсутні.
Якщо орієнтуватися на середнє до-
бове споживання електроенергії українсь-
ким домогосподарством 6,9 кВт⋅год., то ви-
робленої установками розподіленої генера-
ції рудника «Суха Балка» електроенергії до-
статньо, щоб протягом доби живити 58 до-
могосподарств.
Результати кореляційного аналізу
споживання та генерації електроенергії клі-
тьовими підйомами наведено в табл. 3.
За результатами кореляційного ана-
лізу нульова гіпотеза, що стосується змін-
них CKHYu і GKHYu по шахті «Ювілейна»,
виявилася справедливою: кореляція між
змінними відсутня, споживання енергії під-
йомною установкою не впливає на генера-
цію ресурсу. Нульова ж гіпотеза стосовно
змінних CKHFr і GKHFr (шахта ім. Фрунзе)
має бути відхилена: існує статистично зна-
чима (r=0,674) пряма залежність: чим біль-
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1562-109X Econ. promisl. 71
2024, № 3 (107)
Таблиця 3 – Коефіцієнти лінійної кореляції Пірсона щодо змінних, які характеризують
споживання та генерацію електроенергії на клітьових підйомах шахт
ім. Фрунзе і «Ювілейна»
Mean St. Dev. GKHFr CKHFr CKHYu GKHYu
GKHFr 179,656 40,619 1,000000 0,673791*
CKHFr 1893,392 87,552 0,673791* 1,000000
CKHYu 6897,890 1065,422 1,000000 0,168812
GKHYu 132,017 75,156 0,168812 1,000000
Умовні позначення: Mean – математичне очікування, кВт·год.; St.Dev. – середньоквадратичне відхилення,
кВт·год.; шахта ім. Фрунзе: CKHFr – споживання електроенергії; GKHFr – генерація електроенергії; шахта
«Ювілейна»: CKHYu – споживання електроенергії; GKHYu– генерація електроенергії.
* – наявність статистично значимого зв’язку між змінними з вірогідністю 0,95.
ше електроенергії споживає підйомна уста-
новка, тим більшим є обсяг генерації нею
електрики.
Ситуація є дещо парадоксальною:
споживання електроенергії клітьовим під-
йомом шахти «Ювілейна» набагато переви-
щує відповідний показник по шахті
ім. Фрунзе, але кореляції з генерацією ресу-
рсів не спостерігається.
Одержані висновки підтверджують
тези, наприклад роботи (Siostrzonek, 2023),
щодо неспівпадіння результатів теоретич-
них розрахунків із даними реальних спосте-
режень ефективності перетворень потенцій-
ної енергії тіла на електроенергію у проми-
словості. Однак слід зауважити, що на шах-
тах практично не здійснюється цілеспрямо-
ваної роботи з максимізації генерації елект-
рики. Це підтверджує, зокрема, відсутність
статистично значимої кореляції між енерге-
тичними ресурсами, спожитими і виробле-
ними клітьовою підйомною машиною на
шахті «Ювілейна».
Висновки
1. Одержані в процесі експеримента-
льних досліджень на промислових об’єктах
(дві клітьові та дві скіпові підйомні устано-
вки) результати дозволяють співставити
дані теоретичних розрахунків із даними ін-
струментальних вимірів генерації електрое-
нергії шахтними підйомними установками в
умовах рудника «Суха Балка» (м. Кривий
Ріг).
2. Згідно з розрахунками щодо пере-
творення потенційної енергії вантажів на
електричну в умовах клітьового стволу
шахти ім. Фрунзе (висота підйому стано-
вить близько 1300 м) вироблення електрики
на першому етапі (спуск навантаженої кліті
з поверхні до приствольного двору на ниж-
ньому горизонті з підйомом противаги)
склало б 30 кВт·год.; вироблення електрики
на другому етапі (спуск противаги з повер-
хні до приствольного двору на нижньому
горизонті з підйомом порожньої кліті) –
18 кВт·год., тобто, 48 кВт·год. за 1 цикл
спуску-підйому.
3. На підставі обробки й узагальнення
даних, зареєстрованих в автоматичному ре-
жимі лічильниками спожитої та виробленої
в процесі роботи підйомних машин елект-
ричної енергії, встановлено, що:
клітьові підйомні машини генерують
більше електричної енергії, ніж скіпові (за
1 добу перші з вірогідністю 0,95 виробля-
ють 303±20, тоді як другі – 73±4 кВт·год.);
у процесі експлуатації клітьовий під-
йом шахти ім. Фрунзе виробляє більше еле-
ктроенергії, ніж клітьовий підйом шахти
«Ювілейна» (171±7 проти 132±13 кВт·год./
добу);
підйомні машини виробляють наба-
гато менше електричної енергії, ніж спожи-
вають: відношення ресурсів за клітьовим пі-
дйомом шахти ім. Фрунзе становить 9%, за
клітьовим підйомом шахти «Ювілейна» –
близько 2%; скіпові установки генерують
електроенергії менше 1% від обсягу спожи-
тих ресурсів.
4. Доведено відсутність статистично
значимих зв’язків між споживанням і гене-
рацією енергетичних ресурсів по клітьо-
вому підйому шахти «Ювілейна», натомість
зв'язок змінних по клітьовій підйомній уста-
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
72 ISSN 1562-109X Econ. promisl.
2024, № 3 (107)
новці шахти ім. Фрунзе є статистично зна-
чимим (r=0,674) – чим більше електроенер-
гії споживає підйомна машина, тим біль-
шим є обсяг генерації нею електрики.
5. Одержані результати, з одного
боку, підтверджують висновок польських
дослідників щодо невисокої ефективності
процесів генерації електрики шахтними пі-
дйомами порівняно з теоретичними розра-
хунками, а з іншого – спростовують його,
оскільки обсяг виробленої електроенер-
гії (майже 400 кВт·год. на добу) відповідає
параметрам електростанції середньої поту-
жності, до того ж одержаний енергетичний
ресурс є безкоштовним, тому що має статус
побічного продукту в результаті звичайної
роботи шахтного устаткування. Якщо вра-
хувати, що середнє добове споживання еле-
ктроенергії українським домогосподарст-
вом становить 6,9 кВт⋅год., то виробленої
установками розподіленої генерації руд-
нику «Суха Балка» електроенергії достат-
ньо, щоб протягом доби живити 58 домого-
сподарств.
6. Ефективність шахтних підйомних
установок щодо генерації екологічно чис-
тих енергетичних ресурсів може бути підви-
щена шляхом оптимізації режимів експлуа-
тації підйомних машин.
7. ПрАТ «Суха Балка» має у своєму
складі справну підйомну установку на виве-
деній з експлуатації шахті «Центральна».
Підйомна машина установки оснащена по-
тужним електроприводом, який за констру-
кцією не призначений здійснювати рекупе-
рацію енергії в мережу, але може бути під-
даний модернізації (з установкою перетво-
рювача частоти), що дозволить створити на
шахті «Центральна» гравітаційне сховище
електроенергії.
Література
Амоша О.І., Череватський Д.Ю. (2018). Роз-
виток вугільної промисловості в сучас-
них умовах. Економіка України. № 10.
С. 101-109.
Ильяшов М.А., Левит В.В., Череватс-
кий Д.Ю. (2015). Трехмерные индустри-
альные парки: определение, особенности
и направления развития. Економіка про-
мисловості. № 1 (69). С. 74-83.
Amosha, O., Cherevatskyi D., Pivnyak G.,
Shashenko O., Borodai L. (2019). Synchro-
Mining: the new sight. Економічний вісник
Донбасу. № 4 (58). С. 34-40. DOI:
https://doi.org/10.12958/1817-3772-2019-
4(58)-34-40
Kulpa J., Kamiński P., Stecuła K., Prostański D.,
Matusiak P., Kowol D., Olczak P. (2021).
Technical and Economic Aspects of Electric
Energy Storage in a Mine Shaft – Budryk
Case Study. Energies. № 14 (21). Art. 7337.
DOI: https://doi.org/10.3390/en14217337
Morstyn T., Botha C.D. (2022). Gravitational
Energy Storage With Weights. Editor: Luisa
F. Cabeza. Encyclopedia of Energy Storage.
Elsevier. P. 64-73. DOI: https://doi.org/10.
1016/B978-0-12-819723-3.00065-2
Morstyn T., Chilcott M., McCulloch M.D.
(2019). Gravity energy storage with sus-
pended weights for abandoned mine shafts.
Applied Energy. № 239. Р. 201-206. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.
226
Roushenas R., Gholamyankarkon E., Arab-
koohsar A. (2023). 14 – Gravity energy sto-
rage. Editor: A. Arabkoohsar. Future Grid-
Scale Energy Storage Solutions. Academic
Press. Р. 543-571. DOI: https://doi.org/
10.1016/B978-0-323-90786-6.00005-4
Siostrzonek T. (2023). The Mine Shaft Energy
Storage System – Implementation Threats
and Opportunities. Energies. № 16(15).
Art. 5615. DOI: https://doi.org/10.3390/en
16155615
References
Amosha, O., & Cherevatskyi, D. (2018). De-
velopment of the coal industry in modern
conditions. Economy of Ukraine, 10,
pp. 101-109.
Ilyashov, M. A., Levit, V. V., & Cherevatskyi,
D. Y. (2015). Three-dimensional industrial
parks: definition, features and directions of
development. Econ. promisl, 1(69), pp. 74-
83.
Amosha, O., Cherevatskyi, D., Pivnyak, G.,
Shashenko, O., & Borodai, L. (2019).
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1562-109X Econ. promisl. 73
2024, № 3 (107)
Synchro-Mining: the new sight. Ekono-
michnyi visnyk Donbasu, 4 (58), pp. 34-40.
DOI: https://doi.org/10.12958/1817-3772-
2019-4(58)-34-40
Kulpa, J., Kamiński, P., Stecuła, K., Prostański,
D., Matusiak, P., Kowol, D., & Olczak, P.
(2021). Technical and Economic Aspects of
Electric Energy Storage in a Mine Shaft –
Budryk Case Study. Energies, 14(21), 7337.
DOI: https://doi.org/10.3390/en14217337
Morstyn, T., & Botha, C. D. (2022). Gravita-
tional Energy Storage With Weights. In
Luisa F. Cabeza (Ed.). Encyclopedia of En-
ergy Storage (pp. 64-73). Elsevier. DOI:
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819723-
3.00065-2
Morstyn, T., Chilcott, M., & McCulloch, M. D.
(2019). Gravity energy storage with sus-
pended weights for abandoned mine shafts.
Applied Energy, 239, pp. 201-206. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.
226
Roushenas, R., Gholamyankarkon, E., & Arab-
koohsar, A. (2023). 14 – Gravity energy
storage. In A. Arabkoohsar (Ed.). Future
Grid-Scale Energy Storage Solutions
(pp. 543-571). Academic Press. DOI:
https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90786-
6.00005-4
Siostrzonek, T. (2023). The Mine Shaft Energy
Storage System – Implementation Threats
and Opportunities. Energies, 16(15), 5615.
DOI: https://doi.org/10.3390/en16155615
Denys P. Bozhyk,
PhD of Technical sciences, researcher
Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine
2 Maria Kapnist Street, Kyiv, 03057, Ukraine
E-mail: dionis@ukr.net
https://orcid.org/0000-0001-7620-7997;
Vitaliy O. Bash,
postgraduate
Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine
2 Maria Kapnist Street, Kyiv, 03057, Ukraine
E-mail Bash.v@dch.com.ua
https://orcid.org/0009-0008-1173-2174;
Antonina S. Bash,
postgraduate
Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine
2 Maria Kapnist Street, Kyiv, 03057, Ukraine
E-mail: antonina.bash@gmail.com
https://orcid.org/0009-0006-8086-0626;
Dmitriy D. Cheіlyakh,
Chief Economist
Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine
2 Maria Kapnist Street, Kyiv, 03057, Ukraine
E-mail ddchl@ukr.net
https://orcid.org/0000-0002-8638-1443
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE GENERATING CAPABILITIES
OF MINE HOISTS IN INDUSTRIAL CONDITIONS
The article is devoted to a topical subject of distributed generation of electrical energy. The
cage and skip mine hoists of the iron ore mining enterprise were considered as generators of elec-
trical energy.
The purpose of the study is to compare theoretical and experimental data on electricity gen-
eration by mine hoisting units of the Sukha Balka PJSK (Kryvyi Rih, Ukraine).
The research methods are theoretical ones – on the transformation of the potential energy of
a solid body into electrical energy during its movement through a mine shaft, and experimental
–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry ––––––––––––––––––––––––––––––
74 ISSN 1562-109X Econ. promisl.
2024, № 3 (107)
ones – involving instrumental measurements of the consumption and generation of electrical en-
ergy by cage and skip hoists units during industrial operation.
Research schedule: collection and processing of information on the operation of the cage
and skip hoists of the mine named after Frunze and similar indicators of the cage and skip hoists
units of the Yuvileyna mine for the period from September 1 to December 31, 2021.
The novelty of the research lies in the instrumental measurement of the electrical parame-
ters of mine hoists in real Ukrainian operating conditions.
The most significant results: it was found that the volumes of electricity generation by mine
cage hoists significantly exceed the results of skip hoists. The actual indicators of electricity gen-
eration by cage hoists units are much lower than the results of theoretical estimates. There is an
imbalance between the generation and consumption of energy resources – 9% for the cage eleva-
tion of the mine Frunze; about 2% for the cage hoist of the Yuvileyna mine; less than 1% on skip
units.
It was found that there is a statistically significant correlative relationship between the gen-
eration and consumption of electricity by the cage hoist of the mine named after Frunze and no
statistically significant relationship between the generation and consumption of electricity by the
cage hoist unit of the Yuvileyna mine.
The electricity obtained from the daily operation of two cage and two skip units of the Su-
kha Balka PJSC (approximately 400 kWh) is enough to power 58 average Ukrainian households.
Keywords: electricity, generation, consumption, mining hoist, studies, theoretical, experi-
mental, ore industry.
JEL: L60, L71
Формат цитування:
Божик Д. П., Баш В. О., Баш А. С., Чейлях Д. Д. (2024). Експериментальні дослідження
генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах. Економіка промисловості.
№ 3 (107). С. 65–74. DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry.2024.03.065
Bozhyk, D. P., Bash, V. O., Bash, A. S., & Cheіlyakh, D. D. (2024). Experimental studies
of the generating capabilities of mine hoists in industrial conditions. Econ. promisl., 3 (107),
рр. 65–74. DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry2024.03.065
Надійшла до редакції 12.08.2024 р.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-199530 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-109Х |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:27:48Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Інститут економіки промисловості НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Божик, Д.П. Баш, В.О. Баш, А.С. Чейлях, Д.Д. 2024-10-14T14:46:10Z 2024-10-14T14:46:10Z 2024 Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах / Д.П. Божик, В.О. Баш, А.С. Баш, Д.Д. Чейлях // Економіка промисловості. — 2024. — № 3 (107). — С. 65-74. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1562-109Х DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry2024.03.065 JEL: L60, L71 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/199530 620.9:622.6:338.45 Статтю присвячено актуальній тематиці розподіленої генерації електричної енергії. Як генератори електричної енергії розглянуто клітьові та скіпові шахтні підйомні установки підприємства з видобутку залізної руди. Метою статті є співставлення теоретичних й експериментальних даних щодо генерації електроенергії шахтними підйомними установками рудника «Суха Балка» (м. Кривий Ріг). У процесі дослідження застосовано теоретичні методи з перетворення потенційної енергії твердого тіла на електричну при його переміщенні шахтним стволом, а також інструментальні вимірювання споживання і генерації електричної енергії клітьовими та скіповими підйомними установками під час промислової експлуатації. Регламент дослідження: збір та обробка інформації про функціонування клітьової та скіпової підйомних установок шахти ім. Фрунзе та аналогічних показників клітьової та скіпової підйомних установок шахти «Ювілейна» за період з 1 вересня по 31 грудня 2021 р. Запропоновано інструментальне вимірювання електричних параметрів шахтних підйомних установок у реальних умовах експлуатації (залізорудна промисловість). Встановлено, що обсяги генерації електроенергії шахтними клітьовими підйомними установками суттєво перевищують результати скіпових підйомних установок. Реально одержані показники щодо генерації електроенергії клітьовими підйомними установками є набагато меншими, ніж за результатами теоретичних оцінок. Виявлено дисбаланс між генерацією та споживанням енергетичних ресурсів: 9% по клітьовому підйому шахти ім. Фрунзе; близько 2% по клітьовому підйому шахти «Ювілейна»; менше 1% по скіпових установках. Доведено існування кореляційного статистично значимого зв’язку між генерацією і споживанням електроенергії підйомною установкою шахти ім. Фрунзе та відсутність статистично значимого зв’язку між генерацією та споживанням електроенергії клітьовою підйомною установкою шахти «Ювілейна». Електроенергії, одержаної протягом добової експлуатації двох клітьових і двох скіпових установок рудника «Суха Балка» (приблизно 400 кВт·год.), достатньо для живлення 58 середньостатистичних українських домогосподарств. The article is devoted to a topical subject of distributed generation of electrical energy. The cage and skip mine hoists of the iron ore mining enterprise were considered as generators of electrical energy. The purpose of the study is to compare theoretical and experimental data on electricity generation by mine hoisting units of the Sukha Balka PJSK (Kryvyi Rih, Ukraine). The research methods are theoretical ones – on the transformation of the potential energy of a solid body into electrical energy during its movement through a mine shaft, and experi-mental ones – involving instrumental measurements of the consumption and generation of elec-trical energy by cage and skip hoists units during industrial operation. Research schedule: collection and processing of information on the operation of the cage and skip hoists of the mine named after Frunze and similar indicators of the cage and skip hoists units of the Yuvileyna mine for the period from September 1 to December 31, 2021. The novelty of the research lies in the instrumental measurement of the electrical parame-ters of mine hoists in real Ukrainian operating conditions. The most significant results: it was found that the volumes of electricity generation by mine cage hoists significantly exceed the results of skip hoists. The actual indicators of electrici-ty generation by cage hoists units are much lower than the results of theoretical estimates. There is an imbalance between the generation and consumption of energy resources – 9% for the cage elevation of the mine Frunze; about 2% for the cage hoist of the Yuvileyna mine; less than 1% on skip units. It was found that there is a statistically significant correlative relationship between the generation and consumption of electricity by the cage hoist of the mine named after Frunze and no statistically significant relationship between the generation and consumption of electricity by the cage hoist unit of the Yuvileyna mine. The electricity obtained from the daily operation of two cage and two skip units of the Sukha Balka PJSC (approximately 400 kWh) is enough to power 58 average Ukrainian house-holds. uk Інститут економіки промисловості НАН України Економіка промисловості Проблеми економіки промислових підприємств і виробничих комплексів Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах Experimental studies of the generating capabilities of mine hoists in industrial conditions Article published earlier |
| spellingShingle | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах Божик, Д.П. Баш, В.О. Баш, А.С. Чейлях, Д.Д. Проблеми економіки промислових підприємств і виробничих комплексів |
| title | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах |
| title_alt | Experimental studies of the generating capabilities of mine hoists in industrial conditions |
| title_full | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах |
| title_fullStr | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах |
| title_full_unstemmed | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах |
| title_short | Експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах |
| title_sort | експериментальні дослідження генеруючих можливостей шахтних підйомів у промислових умовах |
| topic | Проблеми економіки промислових підприємств і виробничих комплексів |
| topic_facet | Проблеми економіки промислових підприємств і виробничих комплексів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/199530 |
| work_keys_str_mv | AT božikdp eksperimentalʹnídoslídžennâgeneruûčihmožlivosteišahtnihpídiomívupromislovihumovah AT bašvo eksperimentalʹnídoslídžennâgeneruûčihmožlivosteišahtnihpídiomívupromislovihumovah AT bašas eksperimentalʹnídoslídžennâgeneruûčihmožlivosteišahtnihpídiomívupromislovihumovah AT čeilâhdd eksperimentalʹnídoslídžennâgeneruûčihmožlivosteišahtnihpídiomívupromislovihumovah AT božikdp experimentalstudiesofthegeneratingcapabilitiesofminehoistsinindustrialconditions AT bašvo experimentalstudiesofthegeneratingcapabilitiesofminehoistsinindustrialconditions AT bašas experimentalstudiesofthegeneratingcapabilitiesofminehoistsinindustrialconditions AT čeilâhdd experimentalstudiesofthegeneratingcapabilitiesofminehoistsinindustrialconditions |