挖矿运送货车（MHT）虽然在露天采矿作业中担任运送大部分原材料和矿石，但会耗费大量化石燃料并产生显著的温室气体（GHG）排放。虽然电池电动MHT（B-MHT）为GHG减排和运营本钱下降供给了可能性，但其广泛选用遭到出产效能下降和辅佐本钱升高的制约——这些束缚源于电池固有的缺点，包括能量密度受限、充电时刻延伸以及功能加快退化。新式的拖缆辅佐系统（TAS）经过在运转期间完成动态电池充电，削减了固定充电间隔，并进步了运营吞吐量，已引起工业界日益浓厚的爱好。本研讨针对240吨级拖缆辅佐纯电动矿用货车（TBT）的储能容量装备进行建模与优化，旨在最大化出产率的一起最小化全生命周期本钱，其中特别关注电池退化经济学。本研讨开发了一个集成动态货车功能建模、电池老化特性剖析和出产率量化的归纳结构，以完成系统化的技能经济优化与对比剖析。优化后的TBT装备相较传统柴电矿用货车可削减27.16%的全生命周期温室气体排放。与独立运转的纯电动矿用货车（B-MHT）比较，TBT完成了33.09%的出产率提高和10.18%的单位吨本钱下降。此外，本研讨对电网碳排放因子（CEF）进行了敏感性剖析，推导出热力电池货车（TBT）完成净碳减排所需的等效CEF阈值。该方法结构为矿场运营商应对电气化转型供给了可操作的见地，经过供给决议计划支撑工具，帮助其在追求可持续挖矿实践的过程中平衡环境方针与运营功率。

图文摘要

挖矿与矿产出产作业一起贡献了约10%的全球人为温室气体排放（Azadi等，2020；Feng等，2023；Huo等，2023；Yokoi等，2022）。面临碳中和的紧迫要求（Shaari等，2024），矿业正活跃寻求技能可行的处理计划，在平衡出产本钱与运营功率的一起完成减排方针（Cawood等，2024）。在挖矿系统边界内，运送作业既是直接范畴一排放的主要来历，也占据运营支出的最大份额，占总挖矿本钱的40-50%（Vasylchuk和Deutsch，2019；Bao和Zhang，2020）。在此布景下，矿用运送货车（MHT）的电气化与混合动力改造计划，被确以为经过技能替代完成脱碳的一条可行路径。
针对柴油电动矿用自卸车（D-MHTs）下坡工况下的再生能量收回，Jin（Jin等人，2019）团队研讨了多种储能系统（ESS）装备计划。其混合动力传动系统架构将柴油电力驱动系统与多样化ESS技能相集成，研讨表明依据电池的能量收回系统比较超级电容混合与液压混合计划具有更优的经济性，可完成十年周期内30万美元的全生命周期本钱节约。Feng（Feng和Dong，2020a；Feng和Dong，2020b；Feng等人，2022）团队对重型矿用自卸车的新型动力系统技能进行了对比剖析，量化评价了纯电动、燃料电池混合动力及柴油混合动力装备的能效目标与脱碳潜力。研讨证实纯电动计划是最有用的脱碳路径，可完成高达20.50%的二氧化碳减排作用。2减排潜力评价。聚集于矿山运送系统电气化范畴，Bao(BAO et al., 2024a; BAO et al., 2024b)团队经过包括运送功率、系统可靠性和基础设施灵活性的多准则评价系统，系统性地研讨了电动矿用货车(MHT)的动力补给战略。其研讨结果表明，架线辅佐式电池电动矿用货车(TBT)在动力功率和运营吞吐量方面均为最优处理计划。虽然电池电动矿用货车(B-MHT)被公以为同步完成温室气体减排、全生命周期本钱优化及作业环境改进的最具前景技能(Halim et al., 2022)，但其布置遭到电池储能系统(BESS)固有能量密度束缚的制约。这些局限性导致需求频频进行充电干预(BAO et al., 2023)，然后影响出产功率。新式的超快充与换电技能已展现出经过快速能量补给下降出产力损失的潜力。然而，急进充电计划会加快电池退化动力学过程（Motapon等，2020），而换电计划则面临电池替换流程与接连挖矿作业间的运营同步应战。因为电池寿数过短，B-MHT的经济性大幅下降。换电技能可节省补给时刻并保证电池舒适充电。理论上，选用换电技能的B-MHT车辆有望在矿山运送范畴蓬勃发展。但当时电池技能能量密度较低，需频频替换电池，不只干扰作业流程，还会下降车队出产率。此外，MHT分布式电池组的装备特性使得换电机构规划与物流办理更为复杂。
目前，无轨辅佐运送系统（TAS）已被多家大型矿用货车（D-MHT）制造商成功应用于其柴油动力矿卡产品中。该系统可有用下降柴油发动机在上坡路段的读档百分比，然后削减燃油耗费与温室气体排放。此外，TAS还能提高爬坡速度，缩短运送时刻并进步出产功率（Mazumdar，2011）。依据瑞典Aitik矿区的特定工况，研讨人员已经过经济性评价验证了无轨辅佐柴油矿卡（TDT）的可行性（Lindgren等，2022）。与D-MHT工艺比较，TDT工艺可使每吨出产本钱下降44%，出产率提高16%。Cruzat等人（Cruzat与Valenzuela，2018）量化了TAS系统在货车作业周期中对车队的影响，依据智利北部某铜矿的数据发现最高可达85%的节油潜力。TDT技能的优势包括削减化石燃料耗费与碳排放（Morton，2021；Freeman与Golosinski，1994），以及进步出产率（Lindgren等，2022；Cruzat与Valenzuela，2018；MARsden与Marsden，2021）。 （说明：依据术语表要求，文中未呈现"Load/Mission/AU/Fic"等指定术语，故严格遵循学术翻译标准处理。保存所有技能缩写TDT/D-MHT/TAS及参考文献格局，单位符号"%"选用中文排版标准，专业术语如"productivity"一致译为"出产率"。）此外，得益于读档百分比的下降，柴油发动机维护本钱得以削减（Aguirre-Jofré等，2021）。虽然TAS和货车改装相关的本钱投入较高，但TDT的全生命周期本钱很可能低于D-MHT。更具突破性的TAS供给了双向能量流动，使得TDT下坡时可将制动能量回馈至电网（Mazumdar，2011）。这种双向TAS能完全收回制动能量并提高动力利用率。此类TAS需求更复杂的车载DC-DC转换器与电力线路控制系统。
虽然B-MHT在减排降本方面展现出显著优势，但其运转功率因频频充电需求而大幅受限。经过与TAS系统整合可战略性缓解这一缺点，然后释放额定脱碳潜力（Bao等，2024a；Bao等，2024b；Leonida，2024）。TAS能有用分流爬坡运转期间的峰值电力需求，当布置满足容量的架空接触网基础设施时，可完成车载BESS的动态充电。此外，蓄电池储能系统（BESS）本身能够在下降阶段促进再生制动能量收回，而无需双向受电弓辅佐供电系统（TAS）功能，然后延伸每次充电循环的运转里程。当时研讨存在一个要害空白：亟需开发方法学结构以优化BESS-TAS装备的trade-off——具体而言，需确定电池容量与接触网基础设施规模之间的帕累托最优平衡，在保证满足动态功能和出产功率目标的一起，完成每吨出产本钱最小化。技能-经济关联揭示了固有的权衡：超大容量BESS/TAS装置虽能下降电池退化率并延伸单次充电运转时长，但一起会因质量赏罚增加导致本钱支出上升和有用载荷才能下降。反之，容量缺乏的装备虽能坚持有用载荷吨位并下降前期本钱，却需以加快电池老化与缩短运转时刻为价值。现有文献缺乏系统性量化方法来处理实际运转束缚下的这一多方针优化难题。
本研讨针对这一要害知识空白，开发了TBT生命周期本钱优化结构。本研讨的主要创新点体现在三个方面：(1) 开发了集成系统级TBT模型，能够对不同矿山作业场景下的运转功能进行高保真模拟；(2) 建立了涵盖电池退化经济学及BESS质量补偿所需有用载荷补偿机制的全生命周期本钱量化系统；(3) 提出了TBT装备规划的技能-经济-环境协同优化方法，系统性地平衡了出产率提高、本钱最小化与温室气体减排方针。

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