采矿中的可再生能源:主动作业的实际应用

乔斯林·祖利安尼(Jocelyn Zuliani)、乔尔·吉尔博(Joel Guilbaud)著|2020年8月18日

从历史上看,矿山已经使用化石燃料,这是一种昂贵的努力,当您考虑运输和储存的高价格时,更不用说散发到大气中的温室气体(温室气体) - 自然环境的成本非常高。最近,几个矿山运营商设定了雄心勃勃的目标,以显着减少排放,愿望在未来25至30年内实现净零业务。他们的策略:将绿色技术合并到发电,以及尽可能随时能源存储功能。所以,问题仍然存在,我们如何到达那里?

未来的矿井将需要产生近100%的能源要求 - 用于为矿井提供推动并供应车辆舰队 - 无排放能量。目前,有许多技术在开发中有助于我们在采矿中实现群发。这包括高效率可再生于持续时间和较长持续时间,高密度电池和氢气动力车辆的低成本能量存储,从太阳封闭技术以及小型模块化核反应堆(SMR)组合的热量和发电。

迄今为止,最吸引人的用例之一是混合微电网方法。一些矿山已经开始沿着这条路走下去,将风能或太阳能光伏发电与短时间锂离子电池集成在一起。这种配置通常能产生矿井总电力需求的10%到25%。在这些渗透率较低的微电网中,微电网继续由可再生能源柴油发电机组控制,以减少总体矿井负荷,而短时间锂离子电池则用于减少可再生发电带来的变化。电池本质上是作为一种运行储备,如果可再生能源发电的大幅减少或增加,它将产生或储存电力,直到柴油发电机组可以安全地增加或减少。这种方法允许更少的发电机组在任何给定的时间保持在线,降低燃料消耗和运行成本。

如今,许多采矿企业的目标是中等可再生能源普及率,目标是可再生能源发电占总发电量的40%至60%。不断降低成本和提高风能和太阳能光伏的性能,以及支持极端气候下可靠运行的创新,使这些发电来源更具吸引力。然而,为了实现中高可再生能源的渗透,柴油发电机组的调度必须修改。可再生发电机对微电网的贡献是重大的,不能再被视为简单的负荷减少。储能集成是必须的,允许所有柴油发电机组关闭数小时。在这些短时间内,风力或太阳能光伏发电量足以满足矿山的电力需求。当发电机组关闭时,储能系统将控制电网,保持电能质量并控制可再生发电的变异性。

在未来,随着更激进和更高的可再生能源渗透率目标的制定,接近100%的可再生能源渗透率是需要的,这是运营战略的重大转变。在这种情况下,柴油发电机组将只在低可再生发电的较长时期内运行。这将需要高功率的能量存储来平滑短时间的间歇,并需要长时间的能量存储来支持可再生发电的供应,并在一天的几个小时内转移它。长时间存储是实现这种运行模式的关键,目前有许多技术正在开发以支持这一需求,包括流动电池、锌电池、地热和热存储、压缩气体存储和氢存储。

当煤矿达到更高的可再生普及率时,将会有几乎不需要任何成本就可以获得的过剩电力。剩余可再生能源的数量取决于矿井的位置和所采用的技术,可再生能源发电总量的50%可用于供热和卡车充电。电池驱动的卡车预计将以100吨或更少的产量主导市场。300吨以上的重型载重卡车将以氢为动力,并重新填充绿色氢,这些氢主要是由煤矿的可再生发电产出的过剩电力产生的。在阳光充足的地方,热密集型采矿过程将使用太阳能封闭技术,通过单一发电技术产生热量和电力。锂矿需要大量的工艺蒸汽,并将从太阳能封闭的热能和电力技术中获益最多。这将导致整个锂开采过程的脱碳,进一步加速可再生集成和电动汽车对锂电池的吸收。

最后,SMRs是另一种备受期待的远程采矿技术途径。SMRs可以工厂生产,满足可扩展的电力需求,使矿山能够灵活地根据当前和未来的电力需求添加模块。SMRs可以产生兆瓦级的基载电力,并辅以其他传统的可再生能源和存储技术,以满足矿山和船队能源的需求。仅在加拿大,就有十几家公司与加拿大核安全委员会(Canadian Nuclear Safety Commission)签订了事先许可协议。一旦示范成功,由于偏远地区高度依赖昂贵的柴油燃料,采矿业将成为商业化的主要目标。

它没有秘密,离网矿面临发电挑战,但随着商业开发管道的所有技术,我们有一个令人难以置信的机会,以急剧遏制矿业的气候变化影响。就是现在!

本文最初发表于加拿大矿业杂志,发表于2020年8月7日,图片来自Tugliq - Photo Justin Bulota - Project Raglan。