تحليل تكاليف المنافع المتعلقة بأجهزة الديزل المُرسلة مع البدائل الكهربائية في التعدين القطاعي

مقدمة

وقد اعتمدت عمليات التعدين في المناطق الحضرية منذ وقت طويل على شاحنات الديزل، والمفاتن، والمحمّلات لنقل كميات ضخمة من الثقوب والركاز، وتوفر أجهزة الديزل كثافة عالية في الطاقة الكهربائية، وتوافر الوقود في المواقع النائية، وسجلاً تشغيلياً ثابتاً، غير أن صناعة التعدين تواجه ضغطاً متزايداً على خفض انبعاثات غازات الدفيئة، وتمتثل لمعايير نوعية الهواء، وتدني تكاليف التشغيل في ظل وجود بدائل متفجرة للوقود.

الاعتبارات الاقتصادية

وتتوقف الحالة الاقتصادية لاستبدال معدات الديزل ببدائل كهربائية على المفاضلة بين الاستثمار الأولي المرتفع وتكاليف التشغيل الأقل مدى الحياة، إذ يجب أن يحسب نموذج شامل لتكاليف الملكية سعر الشراء، وتحسين الهياكل الأساسية، واستهلاك الطاقة، والصيانة، وطول المعدات، وتشير بيانات العالم الحقيقي من معتمدي التعليم المبكر إلى أن المعدات الكهربائية يمكن أن تقلل من تكاليف التشغيل لكل طن بنسبة تتراوح بين 15 و 30 في المائة على حياة الآلة الخاصة بالكهرباء.

الاستثمار الأولي

ويمكن أن تُدفع تكاليف معدات التعدين الكهربائي عادة ما تتراوح بين 20 و 30 في المائة على نماذج الديزل المشابهة، كما أن شاحنة العجلات البطارية قد تكلف 4 إلى 6 ملايين دولار مقارنة بـ 3 إلى 4 ملايين دولار لصيغة ديزل ذات قدرة مماثلة، وهذا الازدحام يعكس تكلفة مجموعات البطاريات الكبيرة، ونظم الدفع الكهربائي، والشبكات الإلكترونية المتقدمة للطاقة، بالإضافة إلى أن البنية التحتية المتجهة إلى دعم أسطول من آلات الكهربائية تمثل نفقات كبيرة من رؤوس الأموال.

التكاليف التشغيلية

أما تكاليف تشغيل المعدات الكهربائية فهي أقل عموماً من عدة فئات، إذ أن تكاليف الوقود هي أكثر الفروق وضوحاً: إذ أن أسعار الكهرباء لكل كيلوت ساعة هي عادة أقل تكلفة من الديزل بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة على أساس معادلة للطاقة، تبعاً للمواقع ومزيج الديزل، كما أن السائل المزود بأجهزة معالجة محركية منخفضة تتراوح بين 000 100 غالون من الديوترات سنوياً، مما يُخفض من تكاليف صيانة الوقود سنوياً.

مجموع تكلفة الملكية

ويظهر تحليل للشركة يشمل هذه العوامل أن المعدات الكهربائية يمكن أن تكسر حتى في فترة تتراوح بين 3 و6 سنوات بالنسبة للعديد من عمليات التعدين في قطاع الأشجار، مع افتراض معدلات الاستخدام المعتدلة، وأن تكون المواقع التي تستخدم فيها طرقاً طويلة ومرتفعة من حيث السحب تستفيد أكثر من استعادة الطاقة، وأن تكون عمليات الديون المشتعلة أو المخفضة قد شهدت فترة أطول من الاسترداد لأن مدخرفات الطاقة أقل.

الحوافز والتمويل

ويمكن أن تؤدي الاستثمارات الحكومية وتسعير الكربون إلى تحسين اقتصاديات معدات التعدين الكهربائي إلى حد كبير، وفي الولايات المتحدة، يقدم قانون تخفيض التضخم ائتمانات ضريبية لبعض المركبات التي لا تحمل انبعاثات، وشحن الهياكل الأساسية، التي تنطبق على عمليات التعدين في ظروف محددة، كما أن وزارة الطاقة Electric Vehicle Tax Credits يمكن أن تقلل من التكاليف الإجمالية التي تتكبدها الشركات حتى 30 في المائة.

المنافع البيئية والصحية

والحالة البيئية لمعدات التعدين بالكهرباء هي حالة مباشرة: عدم وجود انبعاثات متخلفة، مما يحقق فوائد المناخ العالمي وتحسينات نوعية الهواء المحلية، كما أن شركات التعدين التي تعطي الأولوية للاستدامة تكتسب ميزة تنافسية في تأمين التصاريح والحفاظ على الترخيص الاجتماعي للعمل.

خفض الانبعاثات

A[ large diesel haul truck can emit 200-300 metric tons of CO2 per year, along with nitrogen oxides (NOx), particulate matter (PM), and sulfur oxides (SOx).

الامتثال التنظيمي

وتواجه عمليات التعدين قيوداً صارمة على أنظمة الانبعاثات في جميع أنحاء العالم، وقد تقترح إدارة السلامة والصحة في الولايات المتحدة تخفيض حدود التعرض المسموح بها لموضوع الجسيمات الديزلية، وتعجل الحكومة الاتحادية الكندية في ولايات المركبات التي لا تستخدم في أي انبعاثات، وذلك فيما يتعلق بالمعدات غير المستخدمة، وتفرض اتفاقات الاتحاد الأوروبي بشأن الانبعاثات الناجمة عن الديزل، وآلية تسوية الحدود الكربونية القادمة، عقوبات غير مباشرة على استخدام الوقود الديزل في التعدين.

صحة العمال وسلامتهم

وتصنف منظمة الصحة العالمية الديزل كعامل مسبب للسرطان في المجموعة 1، ويتعرض عمال التعدين في قطاع الزراعة لتركيزات عالية من المواد الجسيمية، وثمرة النيتروجين، والهيدروكربونات غير المحترقة، ولا سيما في الحفر التي تكون فيها التهوية الطبيعية ضعيفة، ويساهم خفض الانبعاثات أو القضاء عليها بدرجة كبيرة في خطر الإصابة بسرطان الرئة، والمرض الرئوي المزمن، والضجيج المحسن أيضا في نوعية الهواء

التحديات التقنية والمتعلقة بالهياكل الأساسية

وعلى الرغم من الفوائد الجبارة، فإن الانتقال إلى المعدات الكهربائية يخلق عقبات تقنية كبيرة، إذ أن بيئة التعدين - التطهير والغبار والحرارة والخاضعة لمواقع الحمولة القصوى - تتطلب البطاريات ونظم الشحن التي تختلف عن التطبيقات الجارية، ومن المطلوب التخطيط الدقيق لتجنب التعطل وضمان الموثوقية.

الهياكل الأساسية للنقل

وتغطي عمليات التعدين في قطاع معين مئات الفدان، مع نقل المعدات بصورة دينامية بين وجوه التحميل، وإلقاء النفايات، والمخزونات، ويمكن أن تؤدي محطات الشحن الثابتة إلى اختناقات إذا ما تعين على المعدات أن تقطع مسافات طويلة لإعادة الشحن، وهناك حاجة إلى شحنات سريعة من طراز DC بسرعة (1MW) أو أكثر لتلبية دورات الإنتاج، ولكن هذه الشحنات تحتاج إلى وصلات كبيرة من حيث حجم محطات التبديل

Power Supply and Grid Capacity

وحتى إذا أمكن تركيب الهياكل الأساسية، فإن مطالب الطاقة من الألغام الكهربائية الكاملة هائلة، إذ أن أسطولاً من 20 شاحنة لنقل الطاقة الكهربائية تعمل بالبطارية، كل مركبة من طراز MW أثناء الشحن السريع، قد يتطلب 20 ميغاواط من الطاقة الكهربائية المكافئة للمدينة الصغيرة، كما أن العديد من مواقع التعدين بعيدة عن الاتصالات القوية بالشبكات، وقد يؤدي رفع مستوى الشبكة أو بناء جيل مكرس (الحد من الذروة، وحجم الغاز الطبيعي) إلى زيادة حجم الطاقة.

تكنولوجيا البطاريات والأداء

وتعطي البطاريات الحالية للفلوريد الكثافة للطاقة تتراوح بين 150 و250 وكيلوغراماً، وهي كافية للعديد من تطبيقات التعدين ولكنها أقل بكثير من كثافة الطاقة في الديزل (000 12 وكيلوغرام على أساس كيميائي) وهذا يعني أن مجموعات البطاريات كبيرة وثقيلة، وقد تبلغ كمية البطارية التي تستخدمها شاحنة الهالوجين 2-3 طناً، مما يقلل من قدرة الحمولة، غير أن وزن البطاريات يمكن أن يقابله جزئياً

العمليات التكييفية

فالنقل من الديزل إلى أنماط التحول الكهربائي، والجدول الزمني للنفقة، وسلوك المشغلين، يستغرق 30 دقيقة إلى ساعتين تبعاً لمستوى الطاقة والقدرة على البطاريات، مما يتطلب تنسيقاً دقيقاً مع التغيرات في التحولات وكسر الوجبات، ويحتاج العاملون إلى تدريب على المكابح الإبداعية، ورصد حالة الشحن، وتجنب تصريفات عميقة، ويجب تعقب المرافق وتوافرها على نحو مختلف عن استهلاك الوقود.

دراسات الحالة والأمثلة على الصناعة

وتظهر شركات التعدين هذه أن معدات كهربائية في مجال التعدين في إطار نظام التعدين في إطار نظام " كوستا " ، وفي كندا، تبين خطط شركة " جانسن " للتعدين في جميع أنحاء العالم، أن هذه المركبات تعمل في مجال الطاقة الكهربائية، وهي تعمل في إطار نظام " آري تايت كيو " (An) (Aneuretcue Metals) (A) (A)) (A))(A)(A.

خاتمة

فإعادة تجهيز معدات الديزل ببدائل كهربائية في مجال التعدين بالتعرية تتيح مزايا اقتصادية وبيئية وسلامية كبيرة، إذ إن المعدات الكهربائية تؤدي عادة إلى خفض تكاليف الوقود والصيانة، وتخفض انبعاثات غازات الدفيئة إلى ما يقرب من الصفر، وتحسن صحة العمال عن طريق القضاء على تعرض ناهك الديزل الديزل، إلا أن هذه الفوائد تأتي باستثمارات كبيرة في المعدات وفي البنية التحتية المحملة على دفع رسوم تقنية، كما أن هناك تحديات تقنية تتصل بإمدادات الطاقة، وأدائها، وبأسعار المميزات التشغيلية، والتكيف مع عوامل الإنتاج.