Case Study | Bergbau

RUC Mining und Rockwell Automation nutzen das Stromerzeugungspotenzial von Winden in unterirdischen Minen

RUC Mining stellt eine innovative Lösung zur Speicherung regenerativer Energie für Förderanlagen in Bergwerken vor, die PowerFlex®-Antriebssysteme von Rockwell Automation nutzt.

Herausforderung

Entwicklung einer innovativen Lösung, um Fördermaschinen in unterirdischen Bergwerken in Stromerzeuger zu verwandeln, wobei die Energie mit einer regenerativen Speicherlösung gespeichert wird.

Lösung

PowerFlex® 755TR variable Umrichter wurden aufgrund ihrer Flexibilität und ihrer Eignung für Kräne, Hubwerke und Hebeanwendungen ausgewählt.
Niederspannung Motor Control Centres
ThinManager® Software für das anwendungsspezifische Management
FactoryTalk® View Site Edition Software für eine vollständige Echtzeitübersicht der HMI-Operationen
Netzwerk- und Sicherheitsdienste
Produkt Support

Ergebnis

Eine erfolgreiche regenerative Speicherlösung , die in enger Zusammenarbeit zwischen Rockwell Automation, RUC Mining und Energy Power Systems Australia (EPSA) entwickelt wurde
Nachhaltigkeitsvorteile , darunter Prognosen über 24 Monate mit einer Einsparung von 1427 Kilolitern Diesel (Einsparung von etwa AUD 2.000.000,00), eine Reduzierung von 3.85 t CO₂ und eine ungefähre Reduzierung der Treibhausgasemissionen aus der Stromerzeugung um 42 %
Zukünftiges Potenzial zur Implementierung der innovativen neuen Lösung auf größeren Fördermaschinen

Herausforderung

Untertagefördermaschinen, auch Winden genannt, sind leistungsstarke Maschinen, die zum Heben und Senken von Mineralien und Materialien in einem Schacht eingesetzt werden.

Sie ermöglichen einen effizienten vertikalen Materialtransport, der sonst größere Maschinen und weitere Kosten für den Abbau aus der Mine erfordern würde.

Beim Aufwärtsfahren wird eine große Menge an Leistung benötigt, was beim Abwärtsfahren nicht der Fall ist.

Die Abwärtsfahrt war der Auslöser für eine innovative Idee der Spezialisten für Untertagefördermaschinen von RUC Mining: Was wäre, wenn die auf dem Weg nach unten erzeugte Energie gespeichert und dann für die Aufwärtsfahrt genutzt werden könnte?

Die Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit und der breitere Beitrag zur elektrischen Mine der Zukunft waren enorm – aber es gab zunächst eine technisch komplexe und herausfordernde Aufgabe zu lösen.

Greg Bell, Elektrikmanager bei RUC, war der Meinung, dass dies mehr als nur eine Idee war, und begann damit, an der Verwirklichung zu arbeiten. Er und das RUC-Team wählten strategische Partner, Rockwell Automation und Energy Power Systems Australia (EPSA), um eine vollständig integrierte Lösung zu schaffen, die auf Fördermaschinen auf der ganzen Welt ausgeweitet werden konnte.

In Zusammenarbeit mit diesen Partnern entwickelte das RUC-Team nach eigener Einschätzung die weltweit erste regenerative Energiespeicherlösung für unterirdische Fördermaschinen, die es diesen Maschinen ermöglicht, vollständig mit ihrer eigenen gespeicherten Energie zu arbeiten, anstatt einen separaten Dieselgenerator zu benötigen.

Bei der ersten Anwendung in einer australischen Mine installierte RUC seine RUCShaw 512-Einzelstromwinde, die von 710 kW-Antrieben angetrieben wird, eine Förderkapazität von 5 m/s bei einer Zugkraft von 12 t aufweist und für eine Tiefe von 1600 m ausgelegt ist.

Lösung

Eine technisch komplexe Nachhaltigkeitslösung
Beim Hochziehen einer Last in einem Schacht verbrauchen Elektromotoren Energie. Beim Abwärtsfahren haben sie jedoch das Potenzial, zu Generatoren zu werden.

„Die meisten Fördermaschinen in Bergwerken verwenden ein Bremswiderstandspaket mit einem Gerätelüfter, um die entstehende Wärme zu bewältigen. Diese Pakete stellen jedoch einen einzelnen Ausfallpunkt dar und sind anwendungsspezifisch, sodass sie neu berechnet werden müssen, wenn eine Variation der Bremsleistung erforderlich ist“, erklärt Bell.

„Stattdessen haben wir vorgeschlagen, die erzeugte Energie zurück auf den ankommenden Versorgungsbus zu speisen, damit sie von den Systemlasten aufgenommen wird“, fügt er hinzu.

Um diese Lösung zu realisieren, stellte Rockwell Automation Active-Front-End (AFE) PowerFlex® 755TR regenerative variable Umrichter, Niederspannungs-Motorsteuerungszentren, GuardLogix® Steuerungen, ThinManager® Software für das Anwendungsmanagement, FactoryTalk® View Site Edition Software für einen vollständigen Echtzeitüberblick über die HMI-Operationen, Netzwerk- und Sicherheitsdienste sowie Produkt- und technischen Support bereit.

Die ausgewählte Batterie zur Speicherung regenerativer Energie war ein Cat PGS 1260 Battery Energy Storage System (BESS), bereitgestellt von EPSA, das durch seine parallele Umrichter- und Batterieschachtarchitektur zusätzliche Redundanz bot.

„Wir haben ein laufendes Projekt, bei dem wir diese Lösung mit zwei Förderantrieben implementiert haben, und wir prüfen die Möglichkeit, dies in zukünftige Projekte zu integrieren. Wir sehen auch Potenzial für die Einführung dieser Lösung in neuen und bestehenden Schächten weltweit“, sagt Bell.

Ergebnis

Nachhaltigkeitsgewinne

Durch die Verringerung der Diesel-Stromerzeugung können mit der regenerativen Energiespeicherlösung erhebliche Umweltgewinne erzielt werden. RUC hat geschätzt, dass die regenerative Energiespeicherlösung in ihrer Anfangsinstallation über einen Zeitraum von 24 Monaten Folgendes erreichen wird:

Eine geschätzte Verringerung des Dieselverbrauchs um 1427 kL (was etwa USD 2.000.000,00 einspart)
Eine Verringerung der CO₂-Emissionen um 3.85 t (was etwa einer Fahrstrecke von 12700 km in einem Benzinauto entspricht)
Eine ungefähre Verringerung der Treibhausgasemissionen aus der Stromerzeugung um 42 %

„Zusätzlich zu diesen starken Nachhaltigkeitsvorteilen senkt die regenerative Energiespeicherlösung auch die täglichen Betriebskosten, reduziert die Betriebsstunden der Anlage und die Wartungsanforderungen und bietet dem Netz eine zusätzliche Redundanz, die bei passiven Komponenten wie Lastbänken nicht verfügbar ist“, so Bell.

Anthony Wong, Regional Director South Pacific bei Rockwell Automation, ergänzte: „Nachhaltigkeit ist ein zentrales Anliegen von Rockwell, und als RUC mit diesem zukunftsweisenden Projekt auf uns zukam, waren wir begeistert, mit ihnen zusammenzuarbeiten, um es in die Realität umzusetzen und Zuverlässigkeit und Leistung mit unseren Hardware- und Softwarelösungen zu garantieren.“

„Obwohl diese Lösung in Australien entwickelt und gebaut wurde, wird sie für Bergwerke auf der ganzen Welt anwendbar sein. Es ist ein kleiner, aber bedeutender Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Bergbauindustrie und dem Traum von vollständig elektrischen Bergwerken. Wir loben RUC für seine Genialität und Vision bei der Entwicklung dieser wirklich innovativen Lösung“, sagte er.

Zusammenarbeit von technischem Fachwissen

Es gab nicht nur eine komplexe Integration von Technologien, sondern das Projekt für die regenerative Speicherung brachte auch viele Branchenneuheiten mit sich, sodass es keine bestehende Vorlage gab, der man folgen konnte.

„Einige Unternehmen sind nicht gerne die Ersten, die etwas Neues ausprobieren, weil es keine Garantie für den Erfolg gibt. Aber Rockwell war von Anfang an unterstützend. Sie haben uns geholfen, die richtigen Umrichter für die Versorgung unserer Hebezeuge auszuwählen, und daran gearbeitet, diese nahtlos zu integrieren, um eine Regenerationskoordination mit der Batterie zu erreichen“, so Bell.

„Ich kann das technische Team von Rockwell nicht genug loben – es sind einige der besten Ingenieure, mit denen ich je zusammengearbeitet habe. Ein weiterer großer Vorteil waren die Rockwell vendor manuals und technischen Informationen. Dies sind erstklassige Dokumente, und die neuesten Versionen sind alle online verfügbar, was für die Schulung der Mitarbeiter und die dezentrale Arbeit entscheidend war. Die Versionskontrolle lag nicht mehr in meiner Hand, da wir immer auf die neueste Version zugreifen konnten“, fügte er hinzu.

Bell nannte auch mehrere wichtige Vorteile der Rockwell-Hardware, die in diesem Projekt verwendet wurde, darunter:

Herausragende Antriebskonfigurierbarkeit und Parametrisierung. RUC arbeitete mit etwa 1500 Parametern in einer maßgeschneiderten, einzigartigen Lösung, sodass die Antriebe von Rockwell die erforderliche Flexibilität lieferten.
Integrierte Sicherheit mit SIL3-fähiger Safe-Torque-Off-Funktion, die eine Leistungsanforderung des Bergbauunternehmens war. (SIL, oder Safety Integrity Level, ist ein Bewertungssystem, das Sicherheit mit den numerischen Wahrscheinlichkeiten von gefährlichen Ausfällen (0 ist die niedrigste und 4 die höchste) für kontinuierlich betriebene Systeme oder bedarfsabhängige Systeme in Verbindung bringt.)
Zweckmäßige Antriebe. Der Rockwell Automation PowerFlex 755TR ist speziell für Kräne, Hubwerke und Hebezeuge gebaut, was bedeutet, dass er alle Funktionen hat, die diese anspruchsvolle Anwendung erfordert.

„Neben der Hardware wurde die Software von Rockwell auch nahtlos in unser Steuerungs- und Sicherheitssystem und in unseren Historian-/Datenlogger für Diagnose und erweiterte Fehlerbehebung integriert. Es gab eine einfache Integration zwischen Antrieb und Messgeräten für Luftleistungsschalter über die add-on-Befehle der Rockwell Steuerung“, sagte Bell.

Zusätzliche Vorteile und eine vielversprechende Zukunft

Obwohl dies nicht das ursprüngliche Ziel des Projekts zur Speicherung regenerativer Energie war, liefert die neue Lösung eine „stoßfreie“ Leistung sowie eine zusätzliche Redundanzebene innerhalb der Batterie.

„Fehler treten auf, wenn Sie die Stromversorgung verlieren, und hydraulisches Bremsen ist aggressiv. Mit der Lösung zur Speicherung regenerativer Energie können wir die Batterie mit zwei Umrichtern aufteilen, sodass wir eine zusätzliche Redundanzebene haben. Das bedeutet, dass der Winder nicht stoppt, wenn wir die Stromversorgung verlieren, was eine reibungslose, stoßfreie Leistung ermöglicht“, so Bell.

„Da die Energie ohne Wärmeverlust direkt in die Batterie zurückfließt, könnte diese Art von Lösung problemlos auf jede Energieanwendung skaliert werden – sogar auf etwas wie Aufzüge. Wir glauben, dass dies das einzige erfolgreiche gravitative kinetische Energiespeichersystem mit einem Hubwerk der Welt ist, und wir sind stolz darauf, es hier in Australien einzuführen.

„Wir haben Pläne, diese Technologie weiter zu verbreiten, denn wenn man an die elektrische Mine der Zukunft denkt, liefert der vertikale Transport die kostengünstigste, bedienbare und erreichbare Lösung für den Transport von Material aus der Mine. Die Technologie hat auch ein großes Exportpotenzial, sodass wir australische Innovationen auf globaler Ebene präsentieren können.

Veröffentlicht 7. März 2024

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