Étude de cas | Exploitation minière

RUC Mining et Rockwell Automation exploitent le potentiel de production d'énergie des treuils de mine souterraine

RUC Mining présente une solution innovante de stockage d'énergie régénérative pour les treuils miniers utilisant les systèmes de variateurs PowerFlex de Rockwell Automation.

Défi

Création d'une solution innovante pour transformer les treuils de mine souterraine en générateurs d'énergie, avec stockage de l'énergie à l'aide d'une solution de stockage régénératif

Solution

Les variateurs de vitesse PowerFlex® 755TR ont été choisis en raison de leur flexibilité et de leur adéquation aux applications de grues, de treuils et de levage. Les Low Voltage Motor Control Centres, le logiciel ThinManager® pour la gestion des applications, le logiciel FactoryTalk® View Site Edition pour une vue d'ensemble complète en temps réel des opérations d'IHM, les services réseau et de sécurité, ainsi que l'assistance produit.

Résultat

Une solution de stockage régénératif réussie développée grâce à une forte collaboration entre Rockwell Automation, RUC Mining et Energy Power Systems Australia (EPSA)
Avantages en matière de développement durable, notamment des prévisions sur 24 mois d'une économie de 1427 kilolitres de diesel (soit environ AUD 2000000,00), une réduction de 3.85 tonnes de CO_₂ émis et une réduction d'environ 42 % des émissions de gaz à effet de serre provenant de la production d'énergie
Potentiel futur pour mettre en œuvre la nouvelle solution innovante sur des treuils plus grands

Défi

Les treuils d'extraction souterraine, ou winders, sont des machines puissantes utilisées pour remonter et descendre les minerais et les matériaux dans un puits de mine.

Ils permettent un transport vertical efficace des matériaux, qui nécessiteraient autrement des machines plus grandes et des coûts supplémentaires pour les extraire de la mine.

Lors de la montée, une grande quantité d'énergie est requise, mais ce n'est pas le cas lors de la descente.

C'est le trajet descendant qui a suscité une idée innovante de la part des spécialistes des treuils de mine souterraine, RUC Mining : et si l'énergie générée lors de la descente pouvait être stockée, puis utilisée pour alimenter le trajet ascendant ?

Les implications en matière de durabilité et la contribution plus large à la mine électrique du futur étaient énormes – mais il fallait d'abord résoudre une tâche techniquement complexe et difficile.

Greg Bell, responsable électrique de RUC, pensait qu'il s'agissait de plus qu'une idée et a commencé à travailler sur la façon de la concrétiser. Lui et l'équipe de RUC ont choisi des partenaires stratégiques, Rockwell Automation et Energy Power Systems Australia (EPSA), pour créer une solution entièrement intégrée pouvant être déployée sur les treuils du monde entier.

En collaboration avec ces partenaires, l'équipe RUC a créé ce qu'elle considère comme la première solution de stockage d'énergie régénérative au monde pour les treuils de mine souterraine, permettant à ces machines de fonctionner entièrement sur leur propre énergie stockée, sans nécessiter de générateur diesel séparé.

Dans sa première application dans une mine australienne, RUC a installé sa machine d'extraction RUCShaw 512 à tambour unique, qui est alimentée par des variateurs de 710 kW, a une capacité de levage de 5 m/s, avec une traction de ligne de 12 t, et fonctionne avec une profondeur de conception de 1600 m.

Solution

Une solution de développement durable techniquement complexe
Lorsqu'une charge est hissée dans un puits de mine, les moteurs électriques consomment de l'énergie. Mais lorsqu'ils descendent, ils ont le potentiel de devenir des générateurs.

« La plupart des treuils de mine utilisent un pack de résistances de freinage avec un ventilateur de refroidissement pour gérer la chaleur générée. Mais ces packs créent un point de défaillance unique et sont spécifiques à l'application, ils doivent donc être recalculés si une variation de la puissance de freinage est requise », a expliqué Bell.

« Au lieu de cela, nous avons proposé que la puissance générée soit renvoyée sur le bus d'alimentation entrant, pour être absorbée par les charges du système », a-t-il ajouté.

Pour concrétiser cette solution, Rockwell Automation a fourni des variateurs de vitesse régénératifs AFE PowerFlex® 755TR, des centres de commande de moteur basse tension, des automates GuardLogix®, le logiciel ThinManager® pour la gestion des applications, le logiciel FactoryTalk® View Site Edition pour une vue d'ensemble complète en temps réel des opérations d'IHM, des services réseau et de sécurité, ainsi qu'une assistance produit et technique.

La batterie sélectionnée pour stocker l'énergie régénérative était un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) Cat PGS 1260, fourni par EPSA, qui a ajouté de la redondance grâce à son architecture d'onduleur parallèle et de pile de batteries.

« Nous avons un projet opérationnel où nous avons mis en œuvre cette solution avec deux variateurs de treuil, et nous envisageons de l'intégrer dans de futurs projets. Nous voyons également le potentiel de déploiement de cette solution sur des puits de mine nouveaux et existants à l'international », a déclaré Bell.

Résultat

Gains en matière de développement durable

En réduisant la quantité de production d'énergie au diesel, des gains environnementaux significatifs sont réalisables avec la solution de stockage d'énergie régénérative en place. RUC a estimé que dans leur installation initiale, sur une période de 24 mois, la solution de stockage d'énergie régénérative permettra :

Une réduction estimée de la consommation de diesel de 1427 kilolitres (ce qui permet d'économiser environ USD 2000000,00)
Une réduction de 3.85 t de CO₂ (ce qui équivaut à parcourir environ 12700 km en voiture à essence)
Une réduction d'environ 42 % des émissions de gaz à effet de serre provenant de la production d'énergie

« En plus de ces avantages importants en matière de développement durable, la solution de stockage d'énergie régénérative réduit également les coûts d'exploitation quotidiens, réduit les heures de fonctionnement de l'usine et les exigences de maintenance, et fournit un niveau supplémentaire de redondance au système d'alimentation qui n'était pas disponible dans les composants passifs tels que les bancs de charge », a déclaré Bell.

Anthony Wong, directeur régional de Rockwell Automation pour le Pacifique Sud, a ajouté : « Le développement durable est une priorité pour Rockwell, et lorsque RUC nous a présenté ce projet tourné vers l’avenir, nous avons été enthousiastes à l’idée de travailler avec eux pour le concrétiser et pour contribuer à garantir la fiabilité et les performances grâce à nos solutions matérielles et logicielles. »

« Bien que cette solution ait été conçue et construite en Australie, elle sera applicable aux mines du monde entier. C’est un petit pas, mais un pas important vers une industrie minière plus durable et le rêve de mines entièrement électriques. Nous félicitons RUC pour son ingéniosité et sa vision dans la conception de cette solution véritablement innovante », a-t-il déclaré.

Collaboration d'expertise technique

Non seulement il y avait une intégration complexe des technologies, mais le projet de stockage régénératif impliquait de nombreuses premières dans le secteur, de sorte qu'il n'existait aucun modèle à suivre.

« Certaines entreprises n'aiment pas être les premières à faire quelque chose, car il n'y a aucune garantie que cela fonctionne. Mais Rockwell nous a soutenus dès le départ. Ils nous ont aidés à sélectionner les variateurs appropriés pour alimenter nos treuils et ont travaillé à une intégration transparente pour assurer la coordination de la régénération avec la batterie », a déclaré Bell.

« Je ne peux que louer l'équipe technique de Rockwell – ce sont parmi les meilleurs ingénieurs avec lesquels j'ai travaillé. Un autre avantage majeur était les manuels et les informations techniques du fournisseur Rockwell. Ce sont des documents de première classe, et les dernières versions sont toutes disponibles en ligne, ce qui était crucial pour la formation du personnel et le travail à distance. La gestion des révisions a été retirée de mes mains parce que nous accédions toujours à la dernière version », a-t-il ajouté.

Bell a également identifié plusieurs avantages clés du matériel Rockwell utilisé dans ce projet, notamment :

Excellente configurabilité et paramétrisation des variateurs. RUC travaillait avec environ 1500 paramètres dans une solution personnalisée, la première du genre, de sorte que les variateurs Rockwell ont fourni la flexibilité requise.
Sécurité intégrée avec fonction d'arrêt sécurisé du couple compatible SIL3, qui était une exigence de performance de l'exploitant minier.(SIL, ou Safety Integrity Level, est un système de classification qui associe la sécurité aux probabilités numériques de défaillances dangereuses (0 étant le plus bas et 4 le plus élevé) pour les systèmes en fonctionnement continu ou à la demande.)
Variateurs conçus sur mesure. Le PowerFlex 755TR de Rockwell Automation est spécialement conçu pour les grues, les treuils et les équipements de levage, ce qui signifie qu'il possède toutes les fonctionnalités requises par cette application exigeante.

« En plus du matériel, le logiciel de Rockwell s'est également intégré de manière transparente à notre système de commande et de sécurité, ainsi qu'à notre système d'historisation/enregistreur de données pour les diagnostics et le dépannage avancé. Il y a eu une intégration simple entre le variateur et l'équipement de mesure du disjoncteur pneumatique via les instructions complémentaires de l'automate de Rockwell », a déclaré Bell.

Avantages supplémentaires et avenir prometteur

Bien que ce ne soit pas l'objectif initial du projet de stockage d'énergie régénérative, la nouvelle solution offre des performances « sans à-coups », ainsi qu'un niveau supplémentaire de redondance au sein de la batterie.

« Des défauts se produisent lorsque vous perdez de la puissance, et le freinage hydraulique est agressif. Avec la solution de stockage d'énergie régénérative, nous pouvons diviser la batterie avec deux onduleurs, de sorte que nous avons une couche supplémentaire de redondance. Cela signifie que si nous perdons de la puissance, le treuil ne s'arrête pas, ce qui offre des performances fluides et sans à-coups », a déclaré Bell.

« Parce que la puissance retourne directement à la batterie sans perte de chaleur, ce type de solution pourrait facilement être réduit à n'importe quelle application énergétique – même quelque chose comme des ascenseurs. Nous pensons que c'est le seul système de stockage d'énergie cinétique gravitationnelle réussi utilisant un treuil au monde, et nous sommes fiers de l'introduire ici en Australie.

« Nous avons l'intention d'utiliser cette technologie plus largement, car si vous pensez à la mine électrique du futur, le transport vertical offre la solution la plus abordable, exploitable et réalisable pour transporter le matériel hors de la mine. La technologie a également un grand potentiel d'exportation, de sorte que nous pouvons présenter l'innovation australienne à l'échelle mondiale.

Publié 7 mars 2024

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