Электрическая личность

В: Не могли бы вы пояснить, что вы имеете в виду, когда говорите о синергии между преобразованием сетей в бытовых электросетях и сетях в горнодобывающей промышленности?

О: Эта синергия основана на развитии автономных микросетей с распределенными энергоресурсами, в первую очередь с использованием возобновляемых источников энергии. Большинство шахт находятся в отдаленных районах, и лишь немногие из них подключены к внутренним электросетям, да и то, как правило, через длинные линии электропередач.

Поэтому логично развивать автономные микросети с возобновляемой энергией (солнечной и ветровой, а в ближайшем будущем, возможно, и водородной), которые могут устранить ограничения централизованного сетевого подхода. Поскольку структуры микросетей уже формируют трансформацию энергосистемы, они могут сформировать энергосистему на шахтах без существенных изменений.

Кроме того, в инфраструктуре электроснабжения, а также в расходах на эксплуатацию и техническое обслуживание шахт в значительной степени задействованы дизельные двигатели и генераторы, что оказывает влияние на стоимость энергии. Шахтные микросети могут учитывать эти ограничения, поддерживая при этом 100-процентную трансформацию электроэнергии за счет возобновляемых источников.

Преобразование электрической сети за счет интеграции возобновляемых источников энергии, а также совершенствование решений в области хранения аккумуляторных батарей и технологий электромобилей ускорили электрификацию шахт. В то время как несколько коммерческих электрических машин и аккумуляторных батарей уже доступны для шахт, некоторые испытания автомобилей с водородным двигателем также проводятся для крупнотоннажных грузовиков на горнодобывающих объектах.

В: Почему вы считаете, что сейчас самое подходящее время для электрификации, особенно на шахтах?

О: Вероятно, дело в достижениях в области силовой электроники, которая является технологией, позволяющей использовать возобновляемые источники энергии и электрические транспортные системы. Во всех приложениях, связанных с силовой электроникой, схожие топологии контуров используют полупроводники для преобразования электроэнергии для выполнения конкретных задач. Например, в микросетях двунаправленный преобразователь может заряжать аккумуляторную батарею или питать электрическую нагрузку, а идентичный преобразователь может также заряжать аккумуляторную батарею в электромобиле, когда он стоит на месте, или приводить в действие электродвигатель (или управлять им как генератором при торможении), когда он передвигается. Кроме того, достижения в области полупроводниковых переключателей (в частности, разработка приборов с широкой полосой пропускания) позволили создать преобразователи с высокой плотностью мощности (объемной и гравиметрической) при низкой стоимости. Таким образом, зрелые продукты силовой электроники естественным образом стали доступны в горном оборудовании.

В: Какие преимущества могут получить шахтеры, обеспокоенные стоимостью электрификации оборудования?

О: Мы не можем недооценивать сокращение выбросов углекислого газа как движущую силу перехода от двигателей внутреннего сгорания в горном оборудовании. Однако я считаю, что основное преимущество перехода на электричество в горнодобывающей промышленности заключается в улучшении эффективности системы и простоте управления. КПД дизельных двигателей не превышает 35 процентов при номинальной нагрузке (при номинальной скорости и крутящем моменте) и гораздо ниже при малых нагрузках. Следует подчеркнуть, что при низком КПД выделяется значительное количество тепла и образуется большое количество вредных веществ (твердых частиц). Однако КПД электродвигателей и приводов может составлять более 80 % в широком диапазоне нагрузок. Кроме того, в горнодобывающей промышленности необходимо обеспечить максимальный срок безотказной работы. Приводы с электродвигателями имеют ряд других преимуществ для шахтеров, включая низкий уровень шума и вибраций, повышенную надежность, меньшее количество механических компонентов и снижение затрат на обслуживание и ремонт. Кроме того, электрические системы обеспечивают беспрепятственный и простой мониторинг работы шахты для управления процессом и обнаружения неисправностей, что очень важно для будущих шахт.

В: Насколько сложно переквалифицировать персонал после начала электрификации шахты?

О: Это и сложно, и легко, но прежде всего необходимо. Не все работники шахт должны обладать одинаковым уровнем знаний в области электрификации. На самом высоком уровне владельцы шахт должны быть убеждены в ценности электрификации, поэтому они должны знать, как работает общая интеграция. Инженеры уровня земли, однако, должны быть обучены по целому ряду направлений, включая силовую электронику, приводы двигателей, компоненты и системы управления микрогрид. В Университете Аделаиды мы уже готовим студентов к новым электрическим реалиям. Поэтому мы разработали целый ряд программ, призванных помочь будущим специалистам в этой области. В рамках этих программ мы разработали курсы, охватывающие все современные технологии распределенной энергетики. Мы также создали австралийский банк знаний по хранению энергии, где рассказываем о современных платформах микрогридов с аккумуляторными батареями. Кроме того, мы возглавляем программу электрификации шахт в рамках совместного исследовательского центра Future Battery Industries Cooperative Research Centre в Австралии, которая также направлена на обучение всего горнодобывающего сообщества.