有时候,采矿业的一些小公司会以自己的方式来实现创新,从而推动行业的进步。土耳其Nuh水泥的子公司Çimnak就是这样一家公司,它每年向母公司提供370万吨泥灰岩,矿场所用的柴油动力机器每年燃油消耗量远超200万升,柴油燃料不仅在成本中占有很大比重,而且是二氧化碳排放的主要源头。Nuh和Çimnak的工程团队一直在研究可以降低柴油燃料消耗的方法,用电力来取代柴油燃料,如果可能的话,还要用绿色电力取代柴油燃料。 经过四年的努力,该团队开发出了技术成熟的方案,并将它用到一台废弃的120吨老机器上,那是一台发动机坏了的Hitachi(日立) EX1200正铲。2018年,历经三周的改造,这台机器已经变身成为了全电动设备,到2020年10月,车队中的所有正、反铲主力机型都改成了全电动型,这些机器有Hitachi EX1200、 EX1800、EX1900以及Komatsu(小松) PC300和PC450。 这一改装工程完成后,Nuh公司每年可减少二氧化碳排放1400吨,而且还能减少柴油消耗520000升。此外,一台废弃的EX1200也重新归队,投入到正常运营中。并且这些挖掘机所用的电能由余热回收装置提供,此装置用熟料窑排出的热气发电,因此挖掘机的电气化改造是一个纯绿色项目。 项目背景 自2014年以来,Nuh水泥的管理层一直积极鼓励实现二氧化碳中性的绿色水泥生产目标。二氧化碳排放量巨大是水泥生产的特性使然,所以二氧化碳中性的水泥生产是一个极具挑战的目标。第一个重要步骤是调试余热回收装置,利用孰料窑排出的热气发电,每年发电量远远超过了1亿kWh,占到Nuh水泥用电总量的23%;第二步是启用年发电量3千万kWh的水电站。这是两种纯绿色的发电方式,其发电量之和差不多占到水泥厂用电量的30%。除了绿色发电计划外,与二氧化碳排放有关的燃料消耗问题也需要认真解决,因此2016年开始寻求减少柴油消耗的方法,矿场上的装载铲和挖掘机是柴油消耗大户,所提出的方案是用外部供电的电动机来取代柴油发动机,电池供电方案因成本、寿命、能源效率等方面的问题,一开始就被否决了。 初期工作及成果 第一台机器的改装,考虑了各种技术和管理方面的问题: 能源效率和装载速度能否达到柴油机的水平 操作手是否能操作好连接有电缆的机器 电缆是否会引起事故 电动设备的可用性、可靠性能否达到柴油动力设备的水平 改装第一台机器时雇用了当地的一家改装公司,该公司负责这个总承包项目的设计、设备采购和安装工作,工作内容涉及拆除柴油机及相关部件、散热器、燃料箱、涡轮增压器、空滤和燃油泵。 电气化改造的内容包括安装一台500 kW电动机,在机器尾部加装一个电缆卷筒,用于收放100米长的电缆,安装一台6.3/0.4 kV干式变压器和一个电气控制面板,改装所需设备的安装大约用了三周时间。 公司称,电力驱动型与柴油动力型在动力及性能方面(如装载时间、铲斗挖掘力等)差不太多,电力驱动已经使其达到了最大设计功率,而且不再需要柴油、发动机油、防冻液等。这台Hitachi EX1200的液压泵由电动机驱动,变得更高效、更环保,噪声也更小,而且没有损失动力和性能。这台电驱动液压铲的能源总效率达到了将近95%,而柴油动力铲仅为25%,当然,还需要加装电缆卷筒来确保运行安全。但总的来说,这台已经17年、几乎废弃的老铲又能继续用了,比买一台全新的要省不少钱。 改装面临的问题包括使操作手熟悉电缆卷筒使用,避免周边车辆压到地面上的电缆,以保证平稳运行。把电缆穿入管道似乎也是个不错的保护办法,此外还需雇用一名有中压(34.5 kV)经验的技术人员。 效率与成本 根据年平均数据,较大装载铲(EX1200、EX1800和EX1900)平均每装一吨泥灰岩要消耗柴油0.175升,改装之后是平均每吨耗电0.45 kWh,柴油-电力转换的能源效率可按3.8倍计算,这与地理位置、柴油成本和运营类型无关。 “要计算改装后总的节省量,需要将柴油、电力的kWh成本代入到方程中,不同时间、不同地点的成本都会发生变化,在我们这里,Nuh水泥柴油采购年平均价格大约是电力的1.4倍,因此柴油动力铲的每吨成本是全电动铲的5.3倍,这还没有算上柴油动力机型的定期维护成本,不然这个数字会更大,矿场最耗时的维护工作是柴油发动机、散热器和柴油泵,所以改装后大大减轻了维修人员的负担。每年少用柴油520000升,就可减少二氧化碳排放1400吨,此外,EX1200也通过改造而重获新生。” 项目团队目前在做以下工作: 100吨自卸车的电气化改造,这些设备占到柴油消耗量的45% 轮式装载机的电气化改造,这些设备占到柴油消耗量的25% 开发新技术以取代柴油动力钻机,这些设备占到柴油消耗量的5% 开发新技术以取代炸药 “电气化改造的费用以及为改善环境所付出的努力差不多已经回本了,此外,该项目还为降低成本、提升环保意识打开了机会窗口。电动铲所用电力来自于余热发电装置,因此这是一个完全绿色的改造项目,可能也是同类型的全球第一家。” |