基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统

技术领域

本发明属于能源管理领域，涉及数据分析技术，具体是基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统。

背景技术

煤炭作为我国的第一能源，其燃烧所带来的碳排放占全国总碳排放的比例一直都居高不下，为了实现2030年碳达峰、2060年碳中和的目标，需要对不同煤矿设置碳排放指标要求；而现有的煤矿碳排放监测往往只是根据一段时间内煤矿的产量与电耗进行预估，无法实时在开采与清洗端对碳排放进行精确检测，从而不能根据煤矿的实时生产状态对整体环节进行调控，难以准确执行碳排放指标要求；

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统，在开采前先通过煤矿开采的自然因素与清洗条件确定开采时间以确保碳排放不超指标；开采时实时监测地面大气压强，根据其与开采前的偏差进行调控，以避免开采量与预计值偏差过大；开采后确定煤炭实际清洗时间，根据其与开采前的偏差确定清洗条件是否发生变化，并调控下一次开采前的碳排放指标，以解决背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统，包括主控模块、数据采集模块与数据分析模块；

主控模块与数据采集模块、数据分析模块以及预警调节模块均信号连接，主控模块在煤炭开采前向数据采集模块发送采集控制指令；

数据采集模块接收到采集控制指令后，采集开采自然信息与洗选设备信息，并将采集到的信息发送至数据分析模块进行分析；

数据分析模块接收到数据采集模块发送的开采自然信息与洗选设备信息后，在煤炭开采前根据开采自然信息与洗选设备信息计算获取碳排放速度系数，并根据碳排放速度系数确定煤炭开采时间。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据采集模块采集地开采自然信息包括煤层瓦斯涌出量值与地面大气压强值；数据采集模块采集的洗选设备信息包括洗选设备总功率与洗选设备清洗速率。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据分析模块将煤层瓦斯涌出量值、地面大气压强值、洗选设备总功率与洗选设备清洗速率标定为Vas、p、P、v；并在开采前根据煤层瓦斯涌出量值、地面大气压强值、洗选设备总功率与洗选设备清洗速率计算获取碳排放速度系数H，具体计算表达式如下：

式中，a1、a2、a3、a4分别为煤层瓦斯涌出量值、洗选设备总功率、地面大气压强值以及洗选设备清洗速率的预设比例系数；

将碳排放速度系数H与标准碳排放速度阈值进行比较能够获得时间调整系数c；设预设的标准开采时间为t0，则根据时间调整系数c确定校正后的开采时间为t，具体计算表达式如下：

作为本发明的一种优选实施方式，所述系统还包括与主控模块信号连接的预警调节模块；

所述数据分析模块获取到校正后的开采时间t后，将校正后的开采时间t发送至主控模块，主控模块发出煤炭开采信号，数据采集模块实时采集开采时间t内的地面大气压强值p，并将该信息发送至数据分析模块进行分析；

数据分析模块在开采时接收到数据采集模块发送的地面大气压强值p，并开采时的地面大气压强值与开采前的地面大气压强值进行差值比较，获取大气压强浮动值F，将大气压强浮动值F与标准浮动阈值进行比较；

若开采时的地面大气压强值小于开采前的地面大气压强值，且大气压强浮动值F的绝对值大于标准浮动阈值，此时数据分析模块生成气压超标信号，并将其通过主控模块发送至预警调节模块，预警调节模块发出气压超标警报，并减小矿井内通风量。

作为本发明的一种优选实施方式，所述主控模块在开采结束后向数据采集模块发出检验采集信号，数据采集模块采集煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间，并将其发送至数据分析模块进行分析；

数据分析模块在开采后接收煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间，将煤炭开采量与煤炭实际清洗时间分别标定为M、T，并根据煤矿开采量确定标准清洗时间T0；

将煤炭实际清洗时间T与标准清洗时间T0进行差值比较，获取清洗偏差时间T*，若清洗偏差时间T*大于标准清洗偏差阈值，此时数据分析模块生成清洗异常信号，并通过主控模块发送至预警调节模块，预警提示模块发出洗选设备清洗警报。

作为本发明的一种优选实施方式，所述系统还包括与主控模块信号连接的数据存储模块；

所述数据分析模块接收到煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间后，根据煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间计算实际洗选设备清洗速率v*，并将实际洗选设备清洗速率v*通过主控模块发送至数据存储模块，数据存储模块对实际洗选设备清洗速率v*进行保存。

本发明基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统具备下述有益效果：

1、本发明在开采前先通过煤矿开采的自然因素与清洗条件确定开采时间，避免了由于开采条件不同，开采相同时间所造成碳排放量不同，确保了煤矿开采碳排放符合指标；

2、本发明在开采时实时监测地面大气压强，根据其与开采前的偏差进行调控，以避免开采量超过预计值过多导致的碳排放超出指标的情况，能够通过实时监测，即使通风调控报警对开采量进行有效控制；

3、本发明在开采后确定煤炭实际清洗时间，根据其与开采前的偏差确定清洗条件是否发生变化，并根据偏差值发出清洗设备速率异常警报，并将实际清洗设备速率记录保存，便于下次开采前调用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明的基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统，在开采前先通过煤矿开采的自然因素与清洗条件确定开采时间以确保碳排放不超指标；开采时实时监测地面大气压强，根据其与开采前的偏差进行调控，以避免开采量与预计值偏差过大；开采后确定煤炭实际清洗时间，根据其与开采前的偏差确定清洗条件是否发生变化，并调控下一次开采前的碳排放指标。

具体的，图1给出了本发明基于智慧能源管理的碳排放监测与管控系统的结构示意图；其包括主控模块、数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块以及预警调节模块。

主控模块与数据采集模块、数据分析模块以及预警调节模块均信号连接，用于发布控制指令并接收数据结果。

数据采集模块用于采集开采自然信息与洗选设备信息，并将采集到的信息发送至数据分析模块进行分析。

开采自然信息包括煤层瓦斯涌出量值与地面大气压强值，瓦斯涌出量越大，采煤掘进工作面掘进速度越快，即落煤速度开采速度越快，地面大气压力的变化会引起井下大气压的相应变化，对采空区瓦斯涌出的影响比较显著。当地面大气压力下降时，瓦斯积存区的气体压力将高于风流中的压力，瓦斯就会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大；反之，矿井的瓦斯涌出量将减少，因此当地面大气压力值越大，煤炭开采速度越慢。

需要说明的是，煤炭开采速度越慢即单位时间内煤炭的开采量越少，由于煤炭开采量越高其产生的气体逸散越高，因此碳排放越高，即煤炭开采速度与碳排放成正比。

洗选设备信息包括洗选设备总功率与洗选设备清洗速率，洗选设备总功率与洗选设备的自身输出功率与洗选设备的数量有关，将所有进行工作的洗选设备的自身功率加和即为洗选设备总功率；洗选设备总功率越大，单位时间产生的电耗越大，则由电耗产生的碳排放越大；洗选设备清洗速率是指洗选设备对煤炭的清洗速度，洗选设备清洗速率越大，清洗煤炭的时间越短，即产生的电耗越小，则由电耗产生的碳排放越小。

因此，数据分析模块接收到数据采集模块发送的开采自然信息与洗选设备信息后，分别将煤层瓦斯涌出量值、地面大气压强值、洗选设备总功率与洗选设备清洗速率标定为Vas、p、P、v；并在开采前根据煤层瓦斯涌出量值、地面大气压强值、洗选设备总功率与洗选设备清洗速率计算获取碳排放速度系数H，具体计算表达式如下：

式中，a1、a2、a3、a4分别为煤层瓦斯涌出量值、洗选设备总功率、地面大气压强值以及洗选设备清洗速率的预设比例系数，且a1、a2、a3、a4均大于0。碳排放速度系数H是对单位时间内碳排放的量大小的评价系数。

由上述公式可知，当煤层瓦斯涌出量值与洗选设备总功率越大时，单位时间内碳排放的量越大，当地面大气压强值与洗选设备清洗速率越大时，单位时间内碳排放的量越小。

将碳排放速度系数H与标准碳排放速度阈值进行比较能够获得时间调整系数c。将标准碳排放速度阈值标定为H0，则时间调整系数c的计算表达式如下：

设预设的标准开采时间为t0，则根据时间调整系数c校正后的开采时间为t，具体计算表达式如下：

当碳排放速度系数H大于标准碳排放速度阈值H0时，说明该次开采前煤矿的清洗设备状态与开采自然条件相对于设定标准单位时间内产生的碳排放更多，此时需要降低开采时间以保证碳排放指标符合要求，因此调整后的t小于初始预设值t0。反之则说明单位时间碳排放量小于预设值，此时能够提高开采时间。

数据分析模块获取到校正后的开采时间t后，将校正后的开采时间t发送至主控模块，主控模块发出煤炭开采信号，数据采集模块实时采集开采时间t内的地面大气压强值p，并将该信息发送至数据分析模块进行分析。

数据分析模块在开采时接收到数据采集模块发送的地面大气压强值p，并开采时的地面大气压强值与开采前的地面大气压强值进行差值比较，获取大气压强浮动值F，将大气压强浮动值F与标准浮动阈值进行比较；

若开采时的地面大气压强值小于开采前的地面大气压强值，且大气压强浮动值F的绝对值大于标准浮动阈值，则说明此时地面大气压强值过低，对煤层瓦斯涌出量造成较大影响使开采量过大，从而引起碳排放超标，因此，此时数据分析模块生成气压超标信号，并将其通过主控模块发送至预警调节模块，预警调节模块发出气压超标警报，并减小矿井内通风量，避免瓦斯涌出量过大。其他情况时碳排放未超标准无需进行调控。

主控模块在开采结束后向数据采集模块发出检验采集信号，数据采集模块采集煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间，并将其发送至数据分析模块进行分析。

数据分析模块在开采后接收煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间，将煤炭开采量与煤炭实际清洗时间分别标定为M、T，并根据煤矿开采量确定标准清洗时间T0，具体计算表达式如下：

将煤炭实际清洗时间T与标准清洗时间T0进行差值比较，获取清洗偏差时间T*，若清洗偏差时间T*大于标准清洗偏差阈值，则说明洗选设备清洗速率远小于开采前的洗选设备清洗速率，此时数据分析模块生成清洗异常信号，并通过主控模块发送至预警调节模块，预警提示模块发出洗选设备清洗警报。

同时，为了便于下次开采前准确获取洗选设备的清洗速率，当数据分析模块接收到煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间后，根据煤矿开采量以及煤炭实际清洗时间计算实际洗选设备清洗速率v*，具体计算表达式如下：

并将实际洗选设备清洗速率v*通过主控模块发送至数据存储模块，数据存储模块对实际洗选设备清洗速率v*进行保存，便于下次开采前数据采集模块从中调用获取。

数据存储模块还用于存储各洗练设备总功率数据，便于数据采集模块采集调用。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的预设比例系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。