Estudo de caso | mineração

A RUC Mining e a Rockwell Automation aproveitam o potencial de geração de energia das bobinadeiras subterrâneas de minas

A RUC Mining apresenta uma solução inovadora de armazenamento de energia regenerativa para guinchos de mina utilizando sistemas de acionamento PowerFlex da Rockwell Automation.

A RUC Mining apresenta uma solução inovadora de armazenamento de energia regenerativa para guinchos de mina que utilizam sistemas de acionamento PowerFlex da Rockwell Automation.

Desafio

Criando uma solução inovadora para transformar guinchos de mina subterrânea em geradores de energia, com a energia armazenada usando uma solução de armazenamento regenerativo

Solução

Inversores de velocidade variável PowerFlex® 755TR foram selecionados devido à sua flexibilidade e adequação para guindastes, guinchos e aplicações de içamento
Centros de controle do motor de baixa tensão
ThinManager® software para gestão de aplicações
FactoryTalk® View Site Edition software para uma visão geral completa em tempo real das operações de IHM
Serviços de rede e segurança
Suporte ao produto

Resultado

Uma solução de armazenamento regenerativo bem-sucedida desenvolvida com forte colaboração entre a Rockwell Automation, a RUC Mining e a Energy Power Systems Australia (EPSA)
Benefícios de sustentabilidade, incluindo previsões de 24 meses de uma economia de 1427 kL de diesel (economia de aproximadamente AUD 2.000.000,00), uma redução de 3.85 t de CO_₂ e uma redução aproximada de 42% nas emissões de gases de efeito estufa da geração de energia
Potencial futuro para implementar a nova solução inovadora em guinchos maiores

Desafio

Os guinchos de mineração subterrânea, ou bobinadeiras, são máquinas potentes usadas para elevar e baixar minerais e materiais em um poço de mina.

Eles permitem o transporte vertical eficiente de materiais, o que, de outra forma, exigiria máquinas maiores e custos adicionais para extrair da mina.

Ao subir, é necessária uma grande quantidade de energia, mas isso não ocorre na descida.

É a viagem de descida que despertou uma ideia inovadora dos especialistas em bobinadeiras de mina subterrânea, a RUC Mining: e se a energia gerada na descida pudesse ser armazenada e depois usada para alimentar a subida?

As implicações para a sustentabilidade e a contribuição mais ampla para a mina elétrica do futuro foram enormes – mas havia uma tarefa tecnicamente complexa e desafiadora a ser resolvida primeiro.

O gerente elétrico da RUC, Greg Bell, acreditava que isso era mais do que uma ideia e começou a trabalhar em como torná-la realidade. Ele e a equipe da RUC escolheram parceiros estratégicos, a Rockwell Automation e a Energy Power Systems Australia (EPSA), para criar uma solução totalmente integrada que pudesse ser implementada em bobinadeiras em todo o mundo.

Colaborando com esses parceiros, a equipe da RUC criou o que acredita ser a primeira solução de armazenamento de energia regenerativa do mundo para bobinadeiras de mineração subterrânea, permitindo que essas máquinas operem totalmente com sua própria energia armazenada, em vez de exigir um gerador a diesel separado.

Em sua primeira aplicação em uma mina australiana, a RUC instalou seu bobinador de tambor único RUCShaw 512, que é alimentado por inversores de 710 kW, tem uma capacidade de içamento de 5 m/s, com tração de linha de 12 t e opera com uma profundidade de projeto de 1600 m.

Solução

Uma solução de sustentabilidade tecnicamente complexa
Ao içar uma carga em um poço de mina, os motores elétricos consomem energia. Mas ao descer, eles têm o potencial de se tornarem geradores.

“A maioria dos guinchos de mina usa um pacote de resistor de frenagem com um ventilador para lidar com o calor gerado. Mas esses pacotes criam um único ponto de falha e são específicos para a aplicação, portanto, precisam de recálculo se uma variação na potência de frenagem for necessária”, explicou Bell.

“Em vez disso, propusemos que a energia gerada fosse fornecida de volta ao barramento de alimentação de entrada, para ser absorvida pelas cargas do sistema”, acrescentou.

Para tornar essa solução uma realidade, a Rockwell Automation forneceu inversores de velocidade variável regenerativos Active-Front-End (AFE) PowerFlex® 755TR, centros de controle de motores de baixa tensão, controladores GuardLogix®, software ThinManager® para gestão de aplicações, software FactoryTalk® View Site Edition para uma visão geral completa em tempo real das operações de IHM, serviços de rede e segurança, e suporte técnico e de produto.

A bateria selecionada para armazenar a energia regenerativa foi um Sistema de Armazenamento de Energia de Bateria (BESS) Cat PGS 1260, fornecido pela EPSA, que proporcionou redundância adicional por meio de sua arquitetura de inversor paralelo e pilha de baterias.

“Temos um projeto operacional onde implementamos essa solução com dois acionamentos de guincho e estamos considerando incorporá-la em projetos futuros. Também vemos potencial para que essa solução seja implementada em poços de mina novos e existentes internacionalmente”, disse Bell.

Resultado

Ganhos de sustentabilidade

Ao reduzir a quantidade de geração de energia a diesel, são possíveis ganhos ambientais significativos com a solução de armazenamento de energia regenerativa instalada. A RUC estimou que, em sua instalação inicial, durante um período de 24 meses, a solução de armazenamento de energia regenerativa alcançará:

Uma redução estimada no consumo de diesel de 1427 kL (o que economiza aproximadamente USD 2.000.000,00)
Uma redução de 3.85 t de emissão de CO₂ (o que é aproximadamente igual a percorrer 12700 km em um carro a gasolina)
Uma redução aproximada de 42% nas emissões de gases de efeito estufa da geração de energia

"Além desses fortes benefícios de sustentabilidade, a solução de armazenamento de energia regenerativa também reduz os custos operacionais diários, reduz as horas de operação da planta e os requisitos de manutenção, e fornece um nível adicional de redundância ao sistema de energia que não estava disponível em componentes passivos, como bancos de carga", disse Bell.

O diretor regional da Rockwell Automation para o Pacífico Sul, Anthony Wong, acrescentou: "A sustentabilidade é um foco principal para a Rockwell, e quando a RUC nos apresentou este projeto inovador, ficamos entusiasmados em trabalhar com eles para torná-lo realidade e ajudar a entregar confiabilidade e desempenho com nossas soluções de hardware e software."

"Embora esta solução tenha sido projetada e construída na Austrália, ela será aplicável a minas em todo o mundo. É um passo pequeno, mas significativo, em direção a uma indústria de mineração mais sustentável e ao sonho de minas totalmente elétricas. Elogiamos a RUC por sua engenhosidade e visão ao conceber esta solução verdadeiramente inovadora", disse ele.

Colaboração de perícia técnica

Não houve apenas uma integração complexa de tecnologias, mas o projeto de armazenamento regenerativo envolveu muitos marcos inéditos na indústria, portanto, não havia um modelo existente a ser seguido.

"Algumas empresas não gostam de ser as primeiras a fazer algo, porque não há garantia de que vai funcionar. Mas a Rockwell nos apoiou desde o início. Eles nos ajudaram a selecionar os inversores certos para alimentar nossos guinchos e trabalharam para integrar isso perfeitamente para alcançar a coordenação de regeneração com a bateria", disse Bell.

“Não posso falar o suficiente sobre a equipe técnica da Rockwell – eles são alguns dos melhores engenheiros com quem já trabalhei. Outro grande benefício foram os manuais do fornecedor Rockwell e as informações técnicas. São documentos de primeira classe, e as versões mais recentes estão todas disponíveis on-line, o que foi crucial para treinamento do pessoal e trabalho remoto. O controle de revisão foi retirado das minhas mãos porque estávamos sempre acessando a versão mais recente”, acrescentou.

Bell também identificou vários benefícios importantes do hardware Rockwell usado neste projeto, incluindo:

Configuração e parametrização de inversores excepcionais. A RUC estava trabalhando com aproximadamente 1500 parâmetros em uma solução personalizada, a primeira do tipo, então os inversores da Rockwell forneceram a flexibilidade necessária.
Segurança incorporada com função de torque seguro (safe torque off) compatível com SIL3, que era um requisito de desempenho do operador da mina.(SIL, ou Nível de Integridade de Segurança, é um sistema de classificação que associa segurança às probabilidades numéricas de falhas perigosas (0 sendo o mais baixo e 4 o mais alto) para sistemas operando continuamente ou sob demanda.)
Inversores construídos para fins específicos. O PowerFlex 755TR da Rockwell Automation é especificamente construído para guindastes, guinchos e equipamentos de içamento, o que significa que ele tem todos os recursos que esta aplicação exigente requer.

“Além do hardware, o software da Rockwell também se integrou perfeitamente com nosso sistema de controle e sistema de segurança, e com nosso histórico/registrador de dados para diagnóstico e localização de falhas avançada. Houve uma integração simples entre o inversor e a estação de medição do disjuntor a ar por meio das instruções add-on do controlador da Rockwell”, disse Bell.

Benefícios extras e um futuro promissor

Embora não fosse um objetivo inicial do projeto de armazenamento de energia regenerativa, a nova solução está proporcionando um desempenho sem solavancos, bem como um nível adicional de redundância dentro da bateria.

"Falhas acontecem quando você perde energia, e a frenagem hidráulica é agressiva. Com a solução de armazenamento de energia regenerativa, podemos dividir a bateria com dois inversores, então temos uma camada adicional de redundância. Isso significa que, se perdermos energia, a bobinadeira não para, o que proporciona um desempenho suave, sem solavancos", disse Bell.

"Como a energia volta diretamente para a bateria sem perda de calor, esse tipo de solução pode ser facilmente reduzido para qualquer aplicação de energia – até mesmo algo como elevadores. Acreditamos que este é o único sistema de armazenamento de energia cinética de gravidade bem-sucedido usando um guincho no mundo, e estamos orgulhosos de apresentá-lo aqui na Austrália.

"Temos planos de usar essa tecnologia de forma mais ampla, porque se você pensar na mina elétrica do futuro, o transporte vertical oferece a solução mais acessível, operável e viável para transportar material para fora da mina. A tecnologia também tem grande potencial de exportação, então podemos mostrar a inovação australiana em escala global.

Publicado 7 de março de 2024

Inscreva-se na Rockwell Automation

Receba as últimas notícias, liderança de pensamento e informações diretamente na sua caixa de entrada.

Assine agora