כיצד לעצב ציוד מכרה עבור יעילות אנרגיה טובה יותר ולהפחית את הרשאות

מקרה העסקים עבור ציוד אנרגיה-אנרגיה

פעילות מינון צורכת 6% מהאנרגיה הכוללת של העולם, מה שהופך אותם לאחד ממשתמשי האנרגיה התעשייתית הגדולים ביותר.עבור חברות כרייה, עלויות אנרגיה מייצגות לעתים קרובות 15% עד 40% מסך ההוצאה התפעולית הכוללת.באותו זמן, בהדקת תקנות פליטות, לחץ המשקיעים ומטרות הקיימות התאגידיות דוחפות את התעשייה כדי להדהיר את פחמן.עיצוב ציוד המכרה המפחית את צריכת האנרגיה והפליטה כבר לא מהווה אתגר הנדסי – זהו אתגר אסטרטגי, שיש לו השפעה הכרחית, ורווחיות לטווח הארוך, ורווחה, ורווחה, ורווחה.

מעבר לחיסכון בעלויות, ציוד יעיל באנרגיה מרחיב את חיי הרכיב, מקטין את התחזוקה בזמן, ומשפר את בטיחות העובד על ידי הורדת חום וחשיפה ממצה.זה גם מחזק את יחסי הקהילה ומסייע לחברות לאבטחת רישיונות חברתיים לפעול. מאמר זה מספק מסגרת הנדסית ועיצוב מפורטת להשגת תוצאות אלה, כיסוי עקרונות הליבה, טכנולוגיות מתפתחות, וליישם שיטות טובות ביותר.

עקרונות עיצוב עבור ציוד אנרגיה-אנרגיה

עיצוב יעיל באנרגיה מתחיל בשלב המושגי של מהנדסים חייב לאזן את הביצועים, עמידות, בטיחות, ועלות נגד מטרות אנרגיה ופליטות.העקרונות הבאים מהווים את הבסיס של ציוד כריה מודרני.

מערכות חשמל ו- Drivetrains

לוח הכוח הוא הצרכן הגדול ביותר של אנרגיה ברוב ציוד כריית הנייד.למקם מנועי דיזל קונבנציונלי עם מנועים חשמליים יעילות גבוהה, מערכות היברידיות, או דלק-תא יכול לקצץ הפסדי אנרגיה על ידי 30-50%. אלקטריק מנועים מציעים ליד-int torque, יעילות תרמית גבוהה יותר, ויכולות גינון מחדש.

סוללת חשמל חשמלית הם במהירות מעומסים תת קרקעיים, משאיות הובלה ואפילו ממחפרים גדולים.לדוגמה, FLT:0 משאיות כריות חשמליות מהובלת OEMsFLT:1 עכשיו להשיג עומסים דומים עם מקבילות דיזל בעת הפעלת עם פליטת אפסיפ.אתגר העיצוב הוא בניהול תרמי, אריזה, ותשתית טעינה - כל אלה חייבים להיות מטופלים ברמה.

חומרי משקל קלים ואופטימיזציה של חלקיקים

הפחתת המסה של ציוד נייד מורידה באופן ישיר את האנרגיה הנדרשת להאצה, הובלת, ו braking. מתקדם פלדה גבוהה סטריבית, סגסוגת אלומיניום, וחומרים מורכבים יכולים להפחית את המשקל ב 20-40% ללא הקרבה של תוכנת אופטימיזציה טופולוגיה ועיצוב ניוון מאפשר למהנדסים להסיר חומר מאזורים לא קריטיים תוך שמירה על שלמות מבנית תחת עומסים קיצוניים.

לדוגמה, החלפת גוף משאית פלדה עם חלופה מורכבת קלה יותר יכול להפחית צריכת דלק על ידי 8-12% על החיים של המכונית. עם זאת, מעצבים חייבים לשקול חיי עייפות, תיקון, ועלות. משקל האור הוא יעיל ביותר בשילוב עם הגבלת כוח - מנוע קטן או מנוע ניתן לציין, יצירת משקל קלוש וחיסכון בעלויות.

אוטומציה מתקדמת ושליטה חכמה

אוטומציה מפחיתה את הפסולת באנרגיה על ידי ביטול התנהגויות הפעלה לא יעילות כגון מינון יתר, האצה אגרסיבית ובחירת נתיב תת-אופטימית. מערכות הובלה אוטונומיות מודרנית (AHS) לשמור על מהירויות עקביות, אופטימיזציה של חלוקת תשלום, ולהפחית את החלקה של הצמיגים, חיתוך צריכת הדלק על ידי 10-20%. עבור עיבוד צמחים, תאומים דיגיטליים מודל אלגוריתמי בקרה חיזוי אופטימיזציה הגדרות מחץ, מהירות, ומשלב בזמן אמת.

מודלים של למידת מכונות יכולים לחזות את הרכיב ללבוש ולזמן תחזוקה לפני יעילות של חיישנים IoT משובצים בציוד באופן קבוע על מנת לפקח על כוח, טמפרטורה, רטט, האכלה נתונים לתוך פלטפורמה ניהול אנרגיה מרכזית.FLT:0 סוכנות האנרגיה הבינלאומית מדווחת כי הדיגיטליזציה בכרייה יכולה להפחית את עוצמת האנרגיה עד 20% עד 2035FLT:1 אם הוא מאומצ באופן נרחב.

מערכות שחזור אנרגיה ושיקום

אנרגיה שבדרך כלל מתפוררת כחום - החל מ ⁇ , ירידה או ממצה - ניתן לכופף ולהשתמש בה מחדש. Regenerative braking במשאיות חשמליות הובלת אנרגיה קינטית חזרה לאנרגיה חשמלית מאוחסנים, אשר ניתן להשתמש בהאצה מאוחרת או כדי לכפות מערכות עזר.

טכנולוגיות של שיקום חום (WHR) כמו גנרטורים תרמואלקטריים ומערכות מחזור אורגניות, יכולות להמיר חום ממצה וקורר לחשמל.במשאית גדולה של מנוע הייצור שלה, WHR יכול לשפר את יעילות הדלק הכוללת ב-5–8%.ביישומים נייחים כמו תחנות דחיסות, מחליפי חום ללכוד אוויר חם לחימום חלל או לתהליכי קירור.

שליטה לאחר ניתוח טכנולוגיות

עבור ציוד שעדיין לא ניתן לחשמל לחלוטין - כגון תרגילי חור פיצוץ גדולים או כלי רכב חקר מרחוק - מערכות בקרה מתקדמות פליטה הן קריטיות.סלקציה קטליטית (SCR) באמצעות נוזל exhaust מפחית nox עד 90% או יותר. דיזל חלקיקים חלקיקים (DPF) ללכוד מעל 95% של soot. עבור מנועים לרוץ על דלקים גבוהים, סגור - מחסנים גזים עם מחסנים חלקית (שלבים) יחד עם מזהמים) יחד עם 2x in ax in atratextextextextexicizing in atrax (Ric quatextextextex) ⁇ textextex) מצמצם עם 2.

תכנון לפליטות נמוכות יותר כולל גם אופטימיזציה של גיאומטריה תא של התלקחות, תזמון הזריקה, ו- turbocharger תואם. Tier 4 Final ו- Stage V תקנות בארה"ב והאיחוד האירופי כבר המנדטים רמות פליטה נמוכות מאוד.המטרה הסופית היא לחסל פליטות זנבפיפה לחלוטין על ידי מעבר לחשמלי חשמל או מימן, אבל בעוד המעבר הזה ממשיך, חזק לאחר טיפול הוא מרכיב לא ניתן להשגה.

טכנולוגיות חדשניות מניעות את המעבר

חשמל היברידי

תעשיית הכרייה רואה אימוץ מהיר של כלי רכב חשמליים סוללות (BEVs) עבור יישומים תת-קרקעיים, שבו עלויות האוורור גבוהות ומשאיות בפעולת דיזל הן מסוכנות.חברות כמו Sandvik, Epiroc, ו Caterpillar יש עומסי BEV, הברורים ומשאיות במבצע מסחרי.אתגרי העיצוב כוללים מניעת מפלט תרמי, פרוטוקולים מהירים, ולהבטיח ניתוח בטוח באטמוספירה שעלולה להיות.

אדריכלות היברידית - שילוב של מנועי דיזל עם מנועים חשמליים וכדורי סוללה - מציעים פתרון מעבר.עומס גלגל היברידי, למשל, יכול להפעיל את המנוע בטווח המהירות היעיל ביותר שלה בעוד המנוע החשמלי מטפל בשיאים.זה יכול להפחית צריכת דלק על ידי 25-35% בהשוואה למכונת דיזל בלבד.

הידרוגן דלק Cells ו- Hydrogen Combustion

הידרוגן מציע אלטרנטיבה בעלת אנרגיה גבוהה עבור ציוד כבד שבו סוללות כבדות מדי או איטיות לטעון מחדש. תאי דלק להמיר מימן לחשמל עם רק מים פנויים כמו ממצה. כמהאל אבטיפוס מופעל משאיות וקטרים מופעלים מימן נבדקים, עם פרויקטים טייס במכרות באוסטרליה, שוודיה ודרום אפריקה.

תכנון מימן כרוך בטנקים אחסון בלחץ גבוה (350-700 בר), אינטגרציה תאי דלק ומערכות בטיחות לגילוי מימן ואוורור.התשתית לייצור מימן ירוק, אחסון, ודלק באתרי המכרה עדיין מתפתח, אבל עוברים מוקדמים משקיעים באלקטרוליטיזה המופעלת על ידי אנרגיה מתחדשת.

IoT, טלמטיות, ו- Energy Analytics

נתונים בזמן אמת מחיישנים ומערכות טלמטיות מאפשר למפעילים לבצע ציוד ביצועים, לזהות נכסים underperforming, ואופטימיזציה של לוחות זמנים של שינוי. פלטפורמות ניתוח מתקדמות לעבד מיליוני נקודות נתונים לשעה, לדגל omalies כמו מנוע ממריץ ציור גבוה יותר הנוכחי או משאית הובלה הוצאות יותר מדי זמן idling. Dashboards עם אינדיקטורים אנרגיה מרכזיים (kWh pern,2 pern), כדי לטעון, לאפשר שיפור מתמשך.

אתגר העיצוב הוא שילוב חיישנים העומדים בפני רטט, אבק וטמפרטורות קיצוניות, תוך הבטחת אבטחת מידע וקישוריות אמינה במקומות מרוחקים. Edge מחשוב משמש לעתים קרובות לעיבוד נתונים באופן מקומי, צמצום דרישות רוחב הפס וההירות.

דלקים אלטרנטיביים: דלקים ביולוגיים ודלקים סינתטיים

עבור מנועי דיזל קיימים, ירידה בדלקים (כגון שמן צמחי הידרופלוד, HVO) יכול להפחית את פליטות מחזור חיים CO2 עד 90%. שינויים עיצוב עשוי להיות נחוץ בחומרי מערכת דלק, תזמון הזריקה, ו lubricants כדי להבטיח תאימות.Synthetic דלקים (דלקים) המיוצרים מ-CO2 ושמן ירוק ניתן להשתמש גם, אבל אנרגיה נמוכה שלהם לדחיסות גבוהה לייצור דלקים גבוהים לטווח בינוני.

יישום תרגולי עיצוב בר קיימא

הערכה במחזור החיים (LCA) כמכשיר עיצוב

כדי להשיג אנרגיה אמיתית וצמצום פליטות, מעצבים חייבים להעריך את כל מחזור החיים - ממיצוי חומרי גלם וייצור באמצעות פעולה, תחזוקה, ומחזור חיים של מחזור חיים. An LCA מגלה אם מסגרת מורכבת במשקל למעשה יש השפעה סביבתית נמוכה יותר פעם ייצור רזסין וסילוק אחראים.זה גם מדגיש הזדמנויות למחזוריות ומודולריות כי להפחית אנרגיה מגוללת.

Mining ציוד OEMs יותר ויותר לפרסם הצהרות מוצרים סביבתיות (EPDs) בהתבסס על נתוני LCA, אשר מסייע למפעילי שלי להשוות אפשרויות ציוד וליישר עם תקני דיווח קיימות כמו יוזמת הדו"ח הגלובלית (GRI) או מועצת התקנים חשבונאות של קיימות (SASB).

עיצוב מודולרי עבור Upgradability וכלכלה מעגלית

עיצוב ציוד במודולים - עם יחידת כונן חשמל נפרדת, בקרה וקטנטות מבניות - מאפשר החלפת קלה יותר של רכיבים מיושנים או לא יעילים. יחידת כונן חשמלית מודולרית, למשל, ניתן להחליף מודל חדש, יעיל יותר ללא החלפת כל הרכב.זה מרחיב את חיי הנכס ולהפחית פסולת אלקטרונית.מודולרית גם מפשטת רטרוספקטיבה של לאחר טיפול במערכות, חיישנים, חיישנים, חיישנים, סוללת אוטומציה.

עקרונות כלכלה מעגליים דורשים כי רכיבים נועדו עבור disassembly, reuse, ומחזור. לדוגמה, באמצעות מפרקים מכוערים במקום ננודות על מסגרות לא קריטיות מאפשר התאוששות של פלדה ואלומיניום בעלי ערך גבוה. ערכות סוללות צריך להיות מתוכנן עם תאים נגישים כי ניתן להעריך מחדש לאחסון אנרגיה שנייה לפני מחזור.

שילוב של אנרגיה מתחדשת באתר

ציוד שלי המסתמך על חשמל חשמלי יכול להשיג פליטות תפעוליות של אפס אם החשמל מגיע מאנרגיה מתחדשת.עיצוב ציוד כדי לקבל מתח משתנה ותדירות (למשל, ממיקרו-צמחים סולאריים או רוחיים) הוא חיוני, כמו שילוב של צינורות אחסון אנרגיה כדי להתמודד עם תנודות.עבור כלי רכב מחוץ לכביש, תחנות החלפת סוללות המופקדות על ידי השמש יכול להחליף דיזל.

שיטות אימון והתנהגותיות

אפילו הציוד המעוצב הטוב ביותר תחת חומרים תחת חומרים אם מפעילים משתמשים בו לרעה. תוכניות הכשרה צריך לכסות טכניקות נהיגה יעילות - כגון האצה חלקה, בחירת ציוד נאותה וציפייה לעצירים - כמו גם שימוש נכון של תכונות אוטומציה ותצוגה אנרגיה בזמן אמת. Gamification של נתוני ביצועי אנרגיה (צוותים או שינויים) יכול להניע שינוי תרבות.

נהגים ונהגי שוק

יעילות האנרגיה והפחתת פליטות מפוקחת יותר ויותר על ידי החוק.סוכנות הגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) Tier 4 סטנדרטים סופיים עבור מנועי דיזל שאינם לכביש מונעים שיפורים משמעותיים בתכנון באיחוד האירופי, תקנות שלב V ו-Uuro 7 עבור כלי רכב כבדי רכב יפחיתו עוד יותר את הגבולות.פחמן פחמן, תפגוש תוכניות מסחר (למשל, EU ETS), ומשימות דלק מוסיףות ישירות להערכת יעילות וקריטריונים כגון סוכנויות כוח סיכון לאספקת חשמל לסחר (DTC) להגבלות עתידיות).

תוכניות וולונטריות כמו איגוד Mining של קנדה לקראת מינינג בר קיימא (TSM) יוזמה לספק מסגרת למדידה ושיפור ביצועים אנרגיה. OEM שיכולים להפגין תכונות פחמן נמוכות לצבור יתרון תחרותי במכרזים מחברות כריות ממוקדות קיימות.FLT:0TSM כוללים אינדיקטורים ספציפיים לביצועים לשימוש באנרגיה ופליטות גזי החממה.

דוגמאות

(FLT:0) מכרות Aitik של Aitik (Sweden): 1FLT:1 אחד מכרות נחושת הפתוחות ביותר בעולם, Aitik משתמש במשאיות הובלה חשמלית טרולי-אסיסט, מערכות העברה עם דחף רגנרטיבי, ו- מילימטר אוטומטי לחלוטין.המכרה הפחית את עוצמת האנרגיה ב-30% מעל עשור, בעיקר על ידי ציוד נייד ופיצוץ כדי להפחית את האנרגיה.

(FLT:0 Southern Mine) (דרום אפריקה): FLT:1 מכרה עמוק של גולדפילדס (Gold Fields) פרסמו צי של עומסים חשמליים ומשאיות לפעילות תת-קרקעית.הציוד, שעוצב עם ערכות סוללות מודולריות ותחנות טעינה מהירה, הפחיתו את עלויות האוורור ב-40% ומחקו את החשיפה של דיזל.

מגמות עתידיות ו- Outlook

העשור הבא יראה המשך ההתכנסות של חשמל, אוטומציה ודיגיטליזציה. סוללות המדינה סולידריות מבטיח יותר משקעים אנרגיה גבוהה יותר טעינה מהירה יותר, המאפשרת עומסים כבדים חשמליים עבור עומסי תשלום גדולים יותר. רובוטים טעינה אוטונומיים יאפשרו החלפת סוללות בלתי מאויש או Plug-in טעינה טעינה, שמירה על ציוד בפעולה סביב השעון. אופטימיזציה במקביל של ערך הכרייה כולו - מ-Pctextexto-to-to-x - תקטין אנרגיה נוספת היא כנראה מקום ניקוי מרחוק, הדורש עיבוד מרחוק, ותהליך, ותהליך עיבוד מרחוק, ותהליך עיבוד מרחוק, ותהליך.

מעצבים חייבים להישאר משב של סטנדרטים מתפתחים, יכולות רשת, עלויות אנרגיה מתחדשת.הציוד המוצלח ביותר יהיה כי הוא הסתגלות, מדרגי, וניכוי נמוך מן הקרקע למעלה - לא נסוג מאוחר יותר. שיתוף פעולה בין OEM, חברות כרייה, מוסדות מחקר ורגולטורים יהיה חיוני כדי להאיץ את המעבר.

מסקנה

תכנון ציוד שלי ליעילות אנרגיה טובה יותר וצמצום פליטות היא מטרה מורכבת אך אמינה.על ידי יישום מערכות חשמל מייעלות, חומרים קלים, אוטומציה מתקדמת, התאוששות אנרגיה, ובקרת פליטה חזקה, מהנדסים יכולים לספק מכונות כי חתכים עלויות, לעמוד בדרישות רגולטוריות, ותומכת מטרות האקלים הגלובליות. בשילוב עם נהלי תכנון בר קיימא - הערכה מחזור חיים, מודולריות, אינטגרציה מתחדשים, ואימון - עקרונות אלה יוצרים מסגרת עוצמתית עבור תעשיות אנרגיה מוכנות של אנרגיה, כיום; מחזור חיים, ייצור חשמל.