Elektryczna osobowość

Czy może Pan wyjaśnić, co ma Pan na myśli, mówiąc o synergii między transformacją sieci w krajowych sieciach energetycznych i górniczych sieciach energetycznych?

Synergia ta opiera się na rozwoju autonomicznych mikrosieci z rozproszonymi zasobami energii, głównie z wykorzystaniem energii odnawialnej. Większość kopalń znajduje się w odległych obszarach i tylko kilka z nich ma łączność z krajową siecią energetyczną, ale nawet wtedy zwykle za pośrednictwem długich linii przesyłowych.

Dlatego logiczne jest rozwijanie samodzielnych mikrosieci wykorzystujących energię odnawialną (słoneczną i wiatrową, a w niedalekiej przyszłości także wodór), które mogą wyeliminować ograniczenia scentralizowanego podejścia sieciowego. Ponieważ struktury mikrosieci już kształtują transformację sieci, mogą one tworzyć sieć energetyczną w kopalniach bez znaczących modyfikacji.

Co więcej, infrastruktura elektroenergetyczna oraz koszty eksploatacji i konserwacji kopalń w dużym stopniu obejmują silniki wysokoprężne i generatory, które mają wpływ na koszt energii. Mikrosieci kopalniane mogą reagować na takie ograniczenia, jednocześnie wspierając transformację opartą w 100% na odnawialnych źródłach energii.

Transformacja sieci energetycznej poprzez integrację odnawialnych źródeł energii, wraz z dojrzałością rozwiązań w zakresie magazynowania baterii i technologii pojazdów elektrycznych, przyspieszyła elektryfikację kopalń. Podczas gdy kilka komercyjnych maszyn elektrycznych i pojazdów akumulatorowych jest już dostępnych dla kopalń, trwają również próby pojazdów zasilanych bateryjnie wodorem dla dużych samochodów ciężarowych w kopalniach.

Dlaczego uważasz, że teraz jest idealny czas na elektryfikację, szczególnie w kopalniach?

Prawdopodobnie chodzi o postępy w dziedzinie energoelektroniki, która jest kluczową technologią w systemach energii odnawialnej i transportu elektrycznego. We wszystkich zastosowaniach związanych z energoelektroniką, podobne topologie obiegów wykorzystują półprzewodniki do konwersji energii elektrycznej w celu wykonania określonych zadań.

Przykładowo, w aplikacji mikrosieci, dwukierunkowy konwerter może ładować akumulator lub posuw obciążenia elektrycznego, a identyczny konwerter może również ładować akumulator w pojeździe elektrycznym, gdy jest on nieruchomy lub napędzać silnik elektryczny (lub sterować nim jako generatorem podczas hamowania), gdy jest on mobilny.

Ponadto, postępy w dziedzinie przełączników półprzewodnikowych (w szczególności rozwój urządzeń o szerokim paśmie przenoszenia) umożliwiły opracowanie konwerterów o dużej gęstości mocy (objętościowej i grawimetrycznej) przy niskich kosztach. Dlatego też dojrzałe produkty energoelektroniki w naturalny sposób stały się dostępne w sprzęcie górniczym.

Jakie korzyści mogą odnieść górnicy zaniepokojeni kosztami elektryfikacji swojego sprzętu?

Nie możemy nie doceniać redukcji emisji dwutlenku węgla jako czynnika zachęcającego do odejścia od silników spalinowych w sprzęcie górniczym. Uważam jednak, że główną korzyścią z przejścia na napęd elektryczny w górnictwie jest poprawa i możliwości w zakresie wydajności systemu i łatwości sterowania.

Silniki wysokoprężne mają sprawność nie większą niż 35 procent przy obciążeniu znamionowym (przy znamionowej prędkości i momencie obrotowym) i znacznie niższą przy niewielkich obciążeniach. Należy tutaj podkreślić, że przy niskiej sprawności wytwarzane jest również znaczne ciepło i wysokie emisje (cząstki stałe z silników wysokoprężnych). Jednak sprawność silnika elektrycznego i napędu może przekraczać 80 procent w szerokim zakresie obciążeń.

Ponadto w przemyśle wydobywczym konieczna jest maksymalizacja czasu pracy. Napędy z silnikami elektrycznymi mają kilka innych zalet dla górników, w tym niski poziom hałasu i wibracji, zwiększoną niezawodność, mniejszą liczbę komponentów mechanicznych oraz niższe koszty konserwacji i serwisu. Ponadto systemy elektryczne sprawiają, że monitorowanie działań kopalni w celu kontroli procesu i wykrywania usterek jest płynne i łatwe, co ma kluczowe znaczenie dla przyszłych kopalni.

Jak trudne jest przekwalifikowanie pracowników po rozpoczęciu elektryfikacji kopalni?

Jest to zarówno trudne, jak i łatwe, ale przede wszystkim konieczne. Nie wszyscy pracownicy kopalni muszą mieć podobny poziom wiedzy na temat elektryfikacji. Na najwyższych szczeblach właściciele kopalń muszą być przekonani o wartości elektryfikacji, więc muszą mieć wiedzę na temat tego, jak działa ogólna integracja. Inżynierowie pracujący na poziomie gruntu muszą jednak zostać przeszkoleni na wielu frontach, w tym w zakresie elektroniki mocy, napędów silnikowych oraz komponentów i sterowania systemem mikrosieci.

Na Uniwersytecie w Adelajdzie już szkolimy studentów, aby byli gotowi na te nowe elektryczne realia. Dlatego też wprowadziliśmy szereg programów, aby pomóc przyszłym pracownikom w tej dziedzinie. W ramach tych programów opracowaliśmy kursy obejmujące wszystkie nowoczesne technologie energetyki rozproszonej.

Stworzyliśmy również Australijski Bank Wiedzy o Magazynowaniu Energii, w którym udostępniamy nowoczesne platformy mikrosieci z możliwością wykorzystania akumulatorów na skalę użytkową. Ponadto prowadzimy program elektryfikacji kopalń w ramach Future Battery Industries Cooperative Research Centre w Australii, którego celem jest również szkolenie całej społeczności górniczej.