En elektrisk personlighet

Q: Kan du förklara vad du menar när du talar om en synergi mellan nätomvandling i inhemska kraftnät och kraftnät i gruvor?

A: Den synergin bygger på utvecklingen av autonoma mikronät med distribuerade energiresurser, främst med förnybar energi. De flesta gruvanläggningar ligger i avlägsna områden och endast ett fåtal av dem är uppkopplade till det inhemska elnätet, men även då oftast via långa överföringsledningar.

Därför är det logiskt att utveckla fristående mikronät med förnybar energi (sol och vind, och eventuellt med vätgas inom en snar framtid), vilket kan eliminera begränsningarna med den centraliserade nätverksmetoden. Eftersom mikronätsstrukturer redan är i färd med att omvandla elnätet kan de utgöra elnätet i gruvanläggningar utan större ändringar.

Infrastrukturen för el samt drifts- och underhållskostnaderna i gruvanläggningar omfattar dessutom i stor utsträckning dieselmotorer och generatorer, vilket påverkar energikostnaden. Mikronät i gruvor kan hantera sådana begränsningar och samtidigt stödja en omvandling till 100 procent förnybar energi.

Omvandlingen av elnätet genom integration av förnybara energikällor, tillsammans med mognad inom lösningar för lagring av batterier och teknik för elfordon, har påskyndat elektrifieringen av gruvor. Flera kommersiella eldrivna maskiner och batterifordon finns redan tillgängliga för gruvor, men det pågår också försök med vätgasdrivna fordon för stora lastbilar på gruvområden.

F: Varför tror du att det är rätt tid för elektrifiering, särskilt i gruvor?

A: Det handlar förmodligen om framstegen inom kraftelektronik, som är den teknik som möjliggör förnybar energi och elektriska transportsystem. I alla applikationer som involverar kraftelektronik används halvledare i liknande enheter för att omvandla elkraft till specifika uppgifter. I en mikronätsapplikation kan till exempel en dubbelriktad omvandlare ladda ett batteri eller mata en elektrisk last, och en identisk omvandlare kan också ladda batteriet i ett elfordon när det står stilla eller driva en elmotor (eller styra den som en generator under bromsning) när det är mobilt. Dessutom har framstegen inom halvledarbrytare (med specifikation för produkter med brett bandgap) gjort det möjligt att utveckla omvandlare med hög effekttäthet (volymetrisk och gravimetrisk) till låg kostnad. Därför blev de mogna produkterna inom kraftelektronik naturligt tillgängliga i gruvmaskiner.

F: Vilka fördelar finns det för gruvarbetare som oroar sig för kostnaden för att elektrifiera sin utrustning?

S: Vi får inte underskatta reduktionen av koldioxidutsläpp som en drivkraft för att byta ut förbränningsmotorer i gruvmaskiner. Jag tror dock att den största fördelen för konvertering till eldrift i gruvdrift handlar om förbättringarna och möjligheterna när det gäller systemeffektivitet och enkel styrning. Dieselmotorer har en verkningsgrad på högst 35 procent vid nominell belastning (vid nominellt varvtal och vridmoment) och mycket lägre vid lätta belastningar. Det bör här understrykas att vid låg verkningsgrad produceras också betydande värme och höga utsläpp (dieselpartiklar). Verkningsgraden för elmotorer och frekvensomriktare kan dock vara mer än 80 procent i ett stort antal belastningsfall. Dessutom måste drifttiden maximeras inom gruvindustrin. Elmotorer har flera andra fördelar för gruvarbetare, bland annat lågt buller och vibrationer, ökad tillförlitlighet, färre mekaniska komponenter och lägre kostnader för underhåll och service. Dessutom gör de elektriska systemen det enkelt och smidigt att övervaka gruvverksamheten för processtyrning och feldetektering, vilket är avgörande för framtida gruvanläggningar.

F: Hur svårt är det att omskola personalen efter att elektrifieringen av gruvan har påbörjats?

S: Det är både svårt och enkelt, men framför allt nödvändigt. Alla gruvarbetare behöver inte ha samma kunskapsnivå om elektrifiering. På de högsta nivåerna måste gruvägarna övertygas om värdet av elektrifiering, så de måste ha kunskap om hur den övergripande integrationen fungerar. Ingenjörer på markplan måste dock utbildas på ett antal fronter, bland annat inom kraftelektronik, motoreffekter och komponenter och kontrollsystem för mikronät. På University of Adelaide utbildar vi redan studenterna för att de ska vara redo för den nya elektriska verkligheten. Därför har vi inrättat en rad olika program för att hjälpa den framtida arbetskraften inom området. Som en del av dessa har vi utvecklat kurser som täcker alla moderna tekniker för distribuerad energi. Vi har också skapat Australian Energy Storage Knowledge Bank, där vi delar med oss av moderna plattformar för mikronät med storskalig lagring av batterier. Dessutom leder vi programmet för elektrifiering av gruvor inom Future Battery Industries Cooperative Research Centre i Australien, som också syftar till att utbilda gruvindustrin i stort.