Caso di studio | Mining

RUC Mining e Rockwell Automation sfruttano il potenziale di generazione di energia dei verricelli delle miniere sotterranee

RUC Mining introduce una soluzione innovativa di stoccaggio dell'energia rigenerativa per i sistemi di sollevamento delle miniere che utilizzano i sistemi di azionamento PowerFlex di Rockwell Automation.

RUC Mining introduce una soluzione innovativa di stoccaggio di energia rigenerativa per i sistemi di sollevamento delle miniere che utilizzano i sistemi di azionamento PowerFlex di Rockwell Automation.

Sfida

Creazione di una soluzione innovativa per trasformare i paranchi delle miniere sotterranee in generatori di energia, con l'energia accumulata mediante una soluzione di accumulo rigenerativo.

Soluzione

I convertitori di frequenza a velocità variabile PowerFlex® 755TR sono stati scelti per la loro flessibilità e la loro idoneità per gru, paranchi e applicazioni di sollevamento
Centri di controllo motori a bassa tensione
ThinManager® per la gestione delle applicazioni
FactoryTalk® View Site Edition per una panoramica completa in tempo reale delle operazioni HMI
Servizi di rete e sicurezza
Assistenza prodotti

Risultato

Una soluzione di stoccaggio rigenerativo di successo sviluppata grazie alla stretta collaborazione tra Rockwell Automation, RUC Mining ed Energy Power Systems Australia (EPSA)
Benefici in termini di sostenibilità, tra cui previsioni su 24 mesi di un risparmio di 1427 kilolitri di diesel (risparmio di circa AUD 2.000.000,00), una riduzione di 3.85 t di CO_₂ e una riduzione di circa il 42% delle emissioni di gas serra dalla generazione di energia
Potenziale futuro per implementare la nuova soluzione innovativa su impianti di sollevamento più grandi

Sfida

Gli argani per l'estrazione mineraria sotterranea, o avvolgitori, sono potenti macchine utilizzate per sollevare e abbassare minerali e materiali in un pozzo minerario.

Consentono un efficiente trasporto verticale dei materiali, che altrimenti richiederebbe macchinari più grandi e ulteriori costi per l'estrazione dalla miniera.

Durante la salita, è richiesta una grande quantità di energia, ma non è così durante la discesa.

È proprio il viaggio in discesa che ha ispirato un'idea innovativa da parte degli specialisti degli argani per miniere sotterranee, RUC Mining: cosa succederebbe se l'energia generata durante la discesa potesse essere immagazzinata e poi utilizzata per alimentare il viaggio verso l'alto?

Le implicazioni in termini di sostenibilità e il contributo più ampio alla miniera elettrica del futuro erano enormi, ma prima c'era un compito tecnicamente complesso e impegnativo da risolvere.

Il responsabile elettrico di RUC, Greg Bell, credeva che fosse più di un'idea e ha iniziato a lavorare per renderla realtà. Lui e il team di RUC hanno scelto partner strategici, Rockwell Automation ed Energy Power Systems Australia (EPSA), per creare una soluzione completamente integrata che potesse essere implementata su argani in tutto il mondo.

Collaborando con questi partner, il team RUC ha creato quella che ritiene essere la prima soluzione al mondo per lo stoccaggio di energia rigenerativa per i motori di sollevamento delle miniere sotterranee, permettendo a queste macchine di funzionare completamente con la propria energia immagazzinata, senza la necessità di un generatore diesel separato.

Nella sua prima applicazione in una miniera australiana, RUC ha installato la sua RUCShaw 512, una macchina di avvolgimento a tamburo singolo alimentata da azionamenti da 710 kW, con una capacità di sollevamento di 5 m/s, una trazione di 12 t e una profondità di progetto di 1600 m.

Soluzione

Una soluzione di sostenibilità tecnicamente complessa
Quando si solleva un carico in un pozzo minerario, i motori elettrici consumano energia. Ma quando si viaggia verso il basso, hanno il potenziale per diventare generatori.

"La maggior parte dei sistemi di sollevamento minerario utilizza un pacchetto di resistenze di frenatura con una ventola di raffreddamento per gestire il calore generato. Tuttavia, questi pacchetti creano un singolo punto di guasto e sono specifici per l'applicazione, quindi devono essere ricalcolati se è richiesta una variazione della potenza di frenatura", ha spiegato Bell.

"Invece, abbiamo proposto che la potenza generata venga restituita alla sbarra di alimentazione in ingresso, per essere assorbita dai carichi del sistema", ha aggiunto.

Per rendere questa soluzione una realtà, Rockwell Automation ha fornito PowerFlex® 755TR AFE variatori di velocità rigenerativi, centri di controllo motori a bassa tensione, controllori GuardLogix®, software ThinManager® per la gestione delle applicazioni, software FactoryTalk® View Site Edition per una panoramica completa in tempo reale delle operazioni HMI, servizi di rete e sicurezza, e supporto tecnico e di prodotto.

La batteria selezionata per immagazzinare l'energia rigenerativa è stata un sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) Cat PGS 1260, fornito da EPSA, che ha fornito una ridondanza aggiuntiva grazie alla sua architettura a inverter paralleli e batterie impilate.

"Abbiamo un progetto operativo in cui abbiamo implementato questa soluzione con due azionamenti di sollevamento e stiamo valutando la possibilità di integrarla in progetti futuri. Vediamo anche il potenziale per questa soluzione di essere implementata su pozzi minerari nuovi ed esistenti a livello internazionale", ha dichiarato Bell.

Risultato

Vantaggi in termini di sostenibilità

Riducendo la quantità di energia generata con il diesel, è possibile ottenere significativi vantaggi ambientali grazie alla soluzione di accumulo di energia rigenerativa. RUC ha stimato che, nella loro installazione iniziale, in un periodo di 24 mesi, la soluzione di accumulo di energia rigenerativa raggiungerà:

Una riduzione stimata del consumo di diesel di 1427 kL (che consente un risparmio di circa USD 2.000.000,00)
Una riduzione di 3.85 t di emissioni di CO₂ (pari a circa 12700 km percorsi in auto a benzina)
Una riduzione di circa il 42% delle emissioni di gas serra derivanti dalla produzione di energia elettrica

«Oltre a questi importanti vantaggi in termini di sostenibilità, la soluzione di accumulo di energia rigenerativa riduce anche i costi operativi giornalieri, le ore di funzionamento dell’impianto e i requisiti di manutenzione, e fornisce un ulteriore livello di ridondanza al sistema di alimentazione che non era disponibile nei componenti passivi come i banchi di carico», ha dichiarato Bell.

Anthony Wong, direttore regionale di Rockwell Automation per il Sud Pacifico, ha aggiunto: "La sostenibilità è un aspetto fondamentale per Rockwell e, quando RUC si è rivolta a noi con questo progetto lungimirante, siamo stati entusiasti di collaborare con loro per trasformarlo in realtà e contribuire a garantire affidabilità e prestazioni con le nostre soluzioni hardware e software."

"Sebbene questa soluzione sia stata progettata e realizzata in Australia, sarà applicabile alle miniere di tutto il mondo. È un piccolo ma significativo passo verso un'industria mineraria più sostenibile e il sogno di miniere completamente elettriche. Ci congratuliamo con RUC per la sua ingegnosità e visione nel concepire questa soluzione davvero innovativa", ha dichiarato.

Collaborazione di competenze tecniche

Non si è trattato solo di una complessa integrazione di tecnologie, ma il progetto di stoccaggio rigenerativo ha coinvolto molte prime applicazioni nel settore, quindi non c'era un modello esistente da seguire.

"Alcune aziende non amano essere le prime a fare qualcosa, perché non c'è alcuna garanzia che funzioni. Ma Rockwell ci ha supportato fin dall'inizio. Ci hanno aiutato a selezionare gli inverter giusti per alimentare i nostri paranchi e hanno lavorato per integrare tutto in modo da ottenere il coordinamento della rigenerazione con la batteria", ha detto Bell.

"Non posso che parlare bene del team tecnico di Rockwell: sono alcuni dei migliori ingegneri con cui abbia mai lavorato. Un altro grande vantaggio sono stati i manuali dei fornitori e le informazioni tecniche di Rockwell. Si tratta di documenti di prima classe e le ultime versioni sono tutte disponibili online, il che è stato fondamentale per la formazione del personale e il lavoro da remoto. Il controllo delle revisioni non era più nelle mie mani perché avevamo sempre accesso all'ultima versione", ha aggiunto.

Bell ha anche individuato diversi vantaggi chiave dell'hardware Rockwell utilizzato in questo progetto, tra cui:

Eccellente configurabilità e parametrizzazione dei drive. RUC stava lavorando con circa 1500 parametri in una soluzione personalizzata, la prima del suo genere, quindi i drive di Rockwell hanno fornito la flessibilità richiesta.
Sicurezza integrata con funzione di safe torque off idonea per SIL3, che era un requisito prestazionale dell'operatore minerario.(SIL, ovvero Safety Integrity Level, è un sistema di classificazione che associa la sicurezza alle probabilità numeriche di guasti pericolosi (0 è il più basso e 4 è il più alto) per sistemi in funzione continua o su richiesta.)
Drive appositamente progettati. Il PowerFlex 755TR di Rockwell Automation è specificamente progettato per gru, paranchi e attrezzature di sollevamento, il che significa che ha tutte le caratteristiche richieste da questa applicazione esigente.

"Oltre all'hardware, il software di Rockwell si è integrato perfettamente con il nostro sistema di controllo e sicurezza e con il nostro historian/data logger per la diagnostica e la risoluzione avanzata dei problemi. C'è stata una semplice integrazione tra drive e la strumentazione di misurazione dell'interruttore automatico ad aria tramite le istruzioni aggiuntive del controllore di Rockwell", ha dichiarato Bell.

Vantaggi aggiuntivi e un futuro promettente

Sebbene non fosse un obiettivo iniziale del progetto di accumulo di energia rigenerativa, la nuova soluzione offre prestazioni "senza urti" e un ulteriore livello di ridondanza all'interno della batteria.

"I guasti si verificano quando si perde potenza, e la frenatura idraulica è aggressiva. Con la soluzione di accumulo di energia rigenerativa, possiamo dividere la batteria con due inverter, quindi abbiamo un ulteriore livello di ridondanza. Ciò significa che se perdiamo potenza, l'avvolgitore non si ferma, il che garantisce prestazioni fluide e senza urti", ha dichiarato Bell.

"Poiché l'energia torna direttamente alla batteria senza perdita di calore, questo tipo di soluzione potrebbe essere facilmente adattato a qualsiasi applicazione energetica, anche a qualcosa come gli ascensori. Crediamo che questo sia l'unico sistema di accumulo di energia cinetica gravitazionale di successo che utilizza un argano al mondo, e siamo orgogliosi di presentarlo qui in Australia.

"Abbiamo in programma di utilizzare questa tecnologia in modo più ampio, perché se pensate alla miniera elettrica del futuro, il trasporto verticale offre la soluzione più economica, operativa e realizzabile per trasportare il materiale fuori dalla miniera. La tecnologia ha anche un grande potenziale di esportazione, quindi possiamo mostrare l'innovazione australiana su scala globale.

Pubblicato 7 marzo 2024

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