《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：A reproducible factorial screening framework for energy and operational-carbon attribution in battery-electric underground mines
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该研究提出一个可复现的因子筛选框架，用于电池电动地下矿山的能源与运营碳归因。23因子筛选将车队、通风与协同效应分离；BEV采用使最终能源平均减少8,974 MWh y?1；动态通风使最终能源平均减少5,268 MWh
该研究提出一个可复现的因子筛选框架，用于电池电动地下矿山的能源与运营碳归因。23因子筛选将车队、通风与协同效应分离；BEV采用使最终能源平均减少8,974 MWh y?1；动态通风使最终能源平均减少5,268 MWh y?1；组合情景使能源减少78.4%、运营CO2e减少81.9%；同口径电网敏感性消除了表观碳交叉。
研究背景：通风是地下矿山安全关键服务和高电耗环节，需在动态网络中稀释污染物、排热并维持可接受工作条件；风机功率与风量和网络阻力强耦合，但节能不能脱离法定暴露限值、最低风速、热条件和应急要求。主要地下用能包括装载运输、提升、排水、通风及必要制冷；文献指示通风约占矿山能耗40–50%，本文参考案例中通风占建模最终能源44.6%（8,372/18,767 MWh，分母仅含牵引与通风）。通风需求控制（ventilation on demand, VOD）可通过变速驱动、占用或设备跟踪及网络控制使风量匹配时空需求，但节能幅度依赖风机曲线、巷道阻力、活动工作面、污染源和控制约束，跨矿山百分比只能作为待本地验证的情景假设。电池电动车辆（battery-electric vehicles, BEV）消除正常运行尾气柴油排放并一般降低热、噪声和局部污染负荷，但产业证据关注资本成本、可靠性、充电物流、电池时长和消防安全；通风设计可能由柴油稀释转向热、尘、气流分布和最低风速约束。既有评估常单独考察电气化、VOD或负荷管理，或采用顺序路径，使措施表观贡献依赖引入顺序，且可能隐藏碳边界不一致，例如参考电网排放固定而仅对电气化案例改变电网因子。为此，研究人员建立透明工程筛选框架：评估车队、通风和运营协同的完整2
3矩阵；报告代数因子主效应和交互效应而非仅路径依赖瀑布；在碳敏感性中对所有情景应用同一电力排放因子；提供公式驱动工作簿复现全部结果。目标不是验证特定矿山或声称统计普适性，而是提供可决策审计、后可据现场数据填充校准的结构。
技术方法概述（不超过250字）：研究采用确定性工程假设，非特定矿山实测或独立验证观察，无样本队列来源；聚合案例为1.20 Mt y
?1恒产。能量边界含柴油下限热值（lower heating value, LHV）输入、BEV牵引电力和通风机电力；碳边界含柴油燃烧直接CO
2与购入电力位置基CO
2e，排除上游燃料、设备与电池制造、充电基础设施、制冷剂、维护、寿命终止和隐含排放。车队（F）、通风（V）、协同（C）各二水平并编码?1/+1；固定通风8,372 MWh y
?1，动态VOD柴油/ BEV为3,650/2,118 MWh y
?1；协同使风机电力×0.92、BEV牵引电力×0.96；柴油2.68 kg CO
2 L
?1，电网0.20 t CO
2e MWh
?1；以因子对比式求效应，电网因子0–0.80敏感性，价格仅作筛选指标；工作簿S1含输入、八情景、符号列、效应、碳敏感性和支出计算。
研究结果：3.1完整情景矩阵：通过八情景全年最终能源分解，参考情景需18,767 MWh y
?1（15.64 kWh t
?1），协调BEV–VOD需4,060.56 MWh y
?1（3.38 kWh t
?1），减少14,706.44 MWh y
?1或78.4%；最大绝对差异出现在车队电气化与较低BEV特定VOD需求组合。3.2因子归因：通过完整因子对比，车队电气化平均效应最大，最终能源?8,974.36 MWh y
?1、运营排放?2,529.87 t CO
2e y
?1；动态通风?5,268.48 MWh y
?1、?1,053.70 t CO
2e y
?1；协同?494.24 MWh y
?1、?98.85 t CO
2e y
?1；F·V为?735.36 MWh y
?1、?147.07 t CO
2e y
?1，F·C为?13.36、?2.67，V·C为+219.52、+43.90，F·V·C为+30.64、+6.13；F·V负交互是案例定义的结构后果（柴油VOD 3,650与BEV 2,118 MWh y
?1），不应解释为统计发现协同；V·C正效应表明动态VOD基载更低时协同增量节省递减。3.3校正运营碳敏感性：通过对所有电力负荷应用同一电网因子，参考g=0.20时运营排放由柴油参考4,488.40降至BEV+VOD常规863.60和协调BEV–VOD 812.11 t CO
2e y
?1，对应减少80.8%和81.9%；g=0时柴油参考保留2,814 t CO
2 y
?1直接燃烧，两BEV案例为零运营排放；g=0.80时柴油参考9,511.60、BEV–VOD 3,454.40、协调BEV–VOD 3,248.45 t CO
2e y
?1，非负g下曲线不交叉；年度加深未分析。3.4购入能源支出：用示意价格，支出由参考�2.181 million y
?1降至协调BEV–VOD �0.447 million y
?1，绝对差�1.734 million y
?1或79.5%；F、V、C平均效应分别?�1.104 million y
?1、?�0.580 million y
?1、?�0.054 million y
?1，仅识别能量边界内价格暴露，不建立投资盈利性。
讨论部分总结：完整矩阵以定义对比替代顺序依赖归因；顺序瀑布中VOD在电气化后引入可能显得节省不同，因VOD输入依赖车队，而因子效应报告另一因子两水平平均变化，F·V等于两通风水平下车队效应差的一半再对协同平均。本例车队和通风主导、协同较小、交互非可忽略但透明关联假设；数值排序对说明性深井筛选物理合理，柴油转换损失和较低电牵引输入驱动车队效应，大固定风机负荷形成VOD杠杆，但主效应非普遍系数。电气化不消除工程通风需求，粉尘、爆破烟、相关氡、电池热、充电热、最低风速和应急场景仍存；集成BEV–VOD研究曾发现空气流速成为约束；电池火灾和热失控需不在年度能量平衡中的控制；计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）火灾研究显示烟雾运动对风筒位置和通风条件敏感。动态VOD值应作为验证目标而非控制设定点；现场应用应模拟正常和异常状态通风网络，确认各活动工作点气流和污染物合规，评估热湿，测试通信跟踪可靠性并保留失效安全模式；欧洲法规示例中Stage V规定非道路移动发动机气态和颗粒排放限值， Directive (EU) 2019/130规定自2026年2月21日起地下采矿和隧道施工柴油机尾气8小时暴露限值0.05 mg m
?3（以元素碳计），但认证限值须与工作场所暴露限值区分，不提供通用矿车气体排放允许量或证明现场合规。校正碳敏感性强化运营结论并缩小范围：所有情景同g，回答指定位置基强度电网下直接柴油与购入电力排放差异；非负g无交叉由BEV案例电力需求更低和去除柴油燃烧解析推出；该结果非生命周期盈亏平衡，电池与设备制造、矿物供应、更换、电网基础设施和寿命终止可改变生命周期负担，故全文保留“运营碳”术语。支出筛选显示案例对柴油和固定风机运行暴露大，但仅年度能源采购不能作投资建议；BEV部署需充电器、变电站、矿山开发变化、备用电池、维护能力、培训和生产系统再设计，组织准备和利益相关者协同是采用使能因素；实用阶段门应从计量基线和因子筛选到通风验证、车队占空比模拟、充电与电力系统设计、安全案例及含资本、可用性、生产、电价和不确定性的技术经济分析。主要限制是确定性输入未校准到记录矿山几何、车队占空比或通风网络，故为可复现筛选案例而非校准矿山模型；恒产使生产力、车队可用性和充电延迟不反馈到强度；协同乘数为假设，BEV特定VOD值嵌入车队–通风关系而非由污染物和热平衡推导；其他限制包括年度时间分辨率、无峰值需求费用和时变电网因子、省略充电与辅助损失（除非已嵌入BEV输入）、燃料和电价恒定、排除甲烷和非CO
2燃烧排放及隐含影响，未计算安全性能；先进通风优化可改善控制效率，但输出仍依赖网络数据和操作约束。验证活动应同步校准燃油分配、充电器和风机分表、生产记录、车辆占空比、气流、压力、温度、湿度和污染物测量，按产量和活动工作面归一化常规与协同期，比较风机定律和网络预测与测量，对账BEV充电能量与车辆功及电池损失，并将不确定性传播到因子对比以获得置信区间或概率效应。
研究结论翻译：本研究开发了可复现的2
3因子框架，量化地下矿山车队电气化、动态通风和运营协同对最终能源需求和运营温室气体排放的个体与组合效应。不同于顺序评估方法，完整情景矩阵提供主效应和交互效应的顺序无关估计，从而提高技术比较的透明性和可审计性。对说明性1.20 Mt y
?1矿山，协调BEV–VOD配置将年最终能源需求从18,767降至4,061 MWh，并将运营排放从4,488降至812 t CO
2e（电网排放因子0.20 t CO
2e MWh
?1），对应减少78.4%和81.9%。车队电气化产生最大平均能源效应（?8,974 MWh y
?1），其次为动态通风（?5,268 MWh y
?1）和运营协同（?494 MWh y
?1）。车队–通风交互也相关（?735 MWh y
?1），表明电气化和通风控制效益不能完全独立考虑。对所有情景应用共同电力排放因子消除了先前表观碳交叉；在定义运营边界下，两种BEV–VOD配置在考察的0–0.80 t CO
2e MWh
?1范围内均低于柴油参考，说明评估电气化碳影响时保持一致系统边界的重要性。研究结果支持在矿山能源规划早期综合评估电气化、通风控制和运营协同；但数值结果代表确定性工程筛选而非现场验证投资案例。应用于在产矿山需要校准燃料和电力测量、验证通风网络模型、纳入热和污染物约束、开展车队占空比和充电分析、进行安全验证及全面技术经济评估；随附计算工作簿为纳入这些现场特定数据并将框架扩展到不确定性、生命周期和投资分析提供可审计基础。
