Шахтная электротехника и открытые стандарты помогают спасти климат и повысить эффективность работы

Аналитики из Hitachi Construction Machinery подсчитали: если компания перейдёт на использование электрических экскаваторов и самосвалов, работающих от контактной сети, то это поможет снизить общий уровень выбросов на 30 с лишним процентов. А если предусмотреть на объекте генерацию электроэнергии из «зеленых» источников, то вред для окружающей среды можно сократить на 50% и больше.

Основной проблемой при переходе на электротехнику в Hitachi считают отсутствие технологий для создания аккумуляторов достаточной емкости. И поэтому для использования в шахтах инженеры рекомендуют использовать для подачи электроэнергии кабели и контактную сеть. А это повышает стоимость перехода на новые технологии, так как требуется оснастить все рабочие участки новой инфраструктурой.  

Однако постепенно на рынке появляются электросамосвалы на аккумуляторах, которые предлагают рост автономности. Например, в сентябре 2021 года BHP и Caterpillar подписали меморандум о создании новой линейки техники, включая тяжелые самосвалы и экскаваторы, которые будут питаться от батарей. Новая техника должна помочь BHP довести нетто-выбросы в компании до нуля к 2050 году.

В рамках парижских соглашений выбросы углекислого газа от горнорудной отрасли должны уменьшиться на 78-89% к 2030 году. Большинство крупнейших компаний поставили себе задачу снизить выбросы на 30% к этому времени. Существует три основных направления снижения выбросов: потребление электроэнергии от возобновляемых источников, повышение операционной эффективности и электрификация. Сегодня по оценкам консалтингового агентства McKinsey только 0,5% оборудования и техники в шахтах являются полностью электрическими. Переход на электрическую технику подразумевает самый серьезный потенциал для снижения выброса парниковых газов в отрасли. Кроме того цена владения техники с электрическими батареями на 20% ниже, чем у традиционной техники с двигателями внутреннего сгорания.

Инженеры Hitachi пока не могут согласиться с трендом по переходу на аккумуляторы. При существующих технологиях зарядки и интенсивности использования, самосвалы будут простаивать на зарядных станциях половину времени. А переход к сменным аккумуляторам усложняет конструкцию техники и резко увеличивает площади зарядных станций. По мнению Hitachi в обозримом будущем оптимальным вариантом электрификации шахт останется использование контактной сети и аккумулятора для увеличения мобильности. При такой конфигурации можно добиться даже более высокой загрузки техники, чем у дизельной. У нее практически не будет времени простоя из-за подзарядки: батареи можно будет подзаряжать прямо в процессе работы от контактной сети. 

У электрификации шахт есть ещё плюсы, помимо уменьшения нагрузки на окружающую среду. Сопоставимые по мощности современные электродвигатели в два-три раза более компактные, чем дизельные. Это позволяет конструировать технику, которая при аналогичных эксплуатационных характеристиках имеет меньшие габариты. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить диаметр тоннелей, что снижает расходы на разработку рудных тел. Электродвигатели меньше вибрируют при работе, что уменьшает нагрузку на своды тоннелей и шахт и снижает вероятность их обрушения. 

Еще один плюс электротехники — отсутствие выхлопов, что позволяет уменьшить нагрузку на системы вентиляции на подземных объектах и облегчает обеспечение высокого качества воздуха для работников.

Электротехнику проще интегрировать в современные системы управления производством. ABB и несколько крупных корпораций сектора, включая Rio Tinto, разрабатывают системы беспилотного управления экскаваторами и самосвалами. По оценкам инженеров ABB, новые способы управления смогут уменьшить операционные расходы горнорудных компаний на треть, увеличив показатели по добыче на 15-20 процентов. 

И инженеры Hitachi, и разработчики из ABB полагают, что нужно постепенно отказываться от закрытых систем управления шахтами и переходить на открытые стандарты. В конечном итоге стандартизация электротехники в горнорудном секторе принесет выгоду всем участникам рынка. Уже сейчас эти две компании разработали единый API для передачи телеметрических данных для техники. Это должно привлечь к растущей экосистеме разработчиков из других сфер. Например, создателей систем машинного зрения и автоматического управления техникой. Объединение усилий специалистов разных компаний должно ускорить развитие автоматизации в отрасли и, в конечном итоге, повысить экономическую привлекательность электрификации шахт. 

В начале 2022 года начнется активная работа над международным стандартом ISO 23725, который описывает протокол обмена данными между автономными самосвалами и системой автоматического управления парком техники. Если производитель электротехники для горнорудной промышленности будет его придерживаться, то он будет открывать для себя новые рынки сбыта. Этот стандарт позволяет объединять в одном парке как новую автономную электротехнику, так и уже существующие дизельные самосвалы под управлением водителя. Такой подход должен облегчить переход на технику нового поколения в горнорудном секторе и сделать его более экономически оправданным. 

Над более широким кругом проблем, связанных с электрификацией горнорудной отрасли, работает консорциум «Электрическая шахта» (Electric Mine Consortium), куда входят 19 компаний, как из горнорудного сектора, так и производителей оборудования и техники. Цель работы консорциума — создать портфель технологий, которые позволят достичь трех целей: полной электрификации добычи, нулевых выбросов и нулевого количества пыли при осуществлении взрывных работ, перевалке грузов и другой операционной деятельности. По мнению участников организации, без полного перехода на электричество нельзя провести существенную автоматизацию добычи, которая будет проводиться гораздо более щадящими для окружающей среды методами, чем сейчас.

Однако, как отмечено в докладе консорциума, переход к новым технологиям будет связан не только с существенным ростом капитальных инвестиций, но и с существенными технологическими рисками. Многие из предлагаемых технологий требуют время на обкатку. Процесс перехода на электричество в горнорудной отрасли будет долгим. Больше половины директоров компаний, входящих в консорциум, полагают, что на это потребуется от 15 до 20 лет.