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El futuro de la industria minera tiene base en la energía solar

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El costo de la energía en una mina ha provocado un cambio sustancial. La energía fotovoltaica brinda beneficios a la industria.

Foto: @JohannesPlenio – Pexels.com

La presión  para el aumento de  los precios en la industria minera ha generado un gran interés para las compañías mineras en investigar los costos y el consumo de energía. Actualmente, los costos de energía en la economía minera contribuyen del 15 al 25% del costo total de los productos básicos. En el pasado, la mayoría de las minas era operada por grupos electrógenos diésel. Los costos logísticos son muy altos para el suministro de diésel, los precios altos y fluctuantes de este combustible y el robo condujeron a eso.

Sin embargo, existen varios procedimientos que son adecuados para la minería. El sistema original consistía en un método diésel con un precio muy alto y que sufría problemas de entrega y logística, junto con un precio caro de USD 0,3/kWh a USD 0,6 USD/kWh. En el último lustro, hemos visto surgir el sistema solar híbrido que funciona con método diésel y solares, y en los últimos tres años hemos experimentado la adición del  almacenamiento como una solución viable para un suministro de energía prolongado y una utilización de energía más efectiva.

Hay dos métodos típicos utilizados para emplear la energía solar: (i) fuera de la red, microrred  híbrida con  diésel;  y (ii) menores potencias nominales (<10MWp) para sistemas solares y con un costo de energía mucho menor. Este sistema está diseñado en algunos casos para ser escalable y transportable. Permite el uso de energía solar durante el día y la reducción  del costo total. La reducción  de costos típica está en el rango del 40%. El segundo sistema fotovoltaico típico consiste en una gran red solar conectada a la red principal (<50MW) y siguiendo los acuerdos de compra de energía que tienen una duración de 20 a 25 años y confirman la entrega de energía a una tasa de USD 80 a 100 por MWh de energía. La reducción total de  los costos de energía podría superar el 40%. Los acuerdos de compra de energía pueden ser adquiridos por un tercero  y arrendados a la compañía minera por un período más corto, ya que existe una discrepancia en el uso y el tiempo de arrendamiento.

Dado que los diseños del sistema alternativo solar son fuentes de energía intermitentes, recientemente  comenzamos a considerar  el almacenamiento como un impulso viable para la adición de energía, abordando los cambios en la demanda máxima y las horas de uso más largas. Actualmente, Lithe en las baterías es el principal competidor para aplicaciones de almacenamiento, ya que ofrece precios competitivos, garantías de 10 años, un mayor número de descargadores profundos y suministros de energía más confiables. La sensibilidad a la temperatura y los factores de costo adicionales están moviendo el interés hacia otros sistemas.

Para mejorar la eficiencia de la fuente de energía solar, se desarrollaron y aplicaron varias tecnologías de detección del clima. Está comprobado que el pronóstico de producción de energía para mejorar los costos de operación y mantenimiento de los sistemas híbridos solares-diésel es una herramienta muy poderosa. Además, evita ciclos de arranque/parada innecesarios para los generadores diésel, mejora la vida útil del sistema y reduce  los costos de mantenimiento.

La optimización de las fuentes de energía
La presión sobre los precios de venta de productos aumenta la demanda para reducir los costos de mano de obra y de energía. Cada vez más compañías mineras están identificando los costos de energía como un diferenciador estratégico en sus consideraciones económicas. Los costos eléctricos contribuyen hasta el 25% del costo total de la energía. En minas remotas, el costo de transporte del diésel es muy alto.

Además del transporte, los impuestos y el robo contribuyen significativamente al costo total de la energía minera. La incorporación de sistemas solares es primordial y produce un ahorro del 35 al 40% en costos de energía. Por eso, los suministros de energía solar conectados a la red para minas ofrecen  los mayores ahorros.

El cambio de carga es uno de los métodos utilizados para reducir el consumo y el costo de la energía eléctrica en las minas:

•  Minas conectadas a la red: cambio de las operaciones principales al turno nocturno, ya que el costo de la energía es menor.

•  Minas operadas fuera de la red: cambio de las actividades principales al tiempo operativo de energía solar para reducir el costo de la energía diésel.

Los ahorros de energía con sistemas adecuadamente balanceados y controlados pueden proporcionar ahorros de 5% a 10% en costos de energía. Existen diferentes consideraciones para la optimización en el cambio de  energía para sistemas eléctricos con y sin la contribución solar. Por ejemplo, una combinación de sistemas de energía solar y eólica, añadidos a los sistemas de energía diésel existentes, genera reducciones significativas de costos. La implementación de técnicas de ahorro de energía dentro de las minas y su combinación con las mejores prácticas de reducción total de energía traerá ahorros significativos a esta industria.

En los últimos 10  años, la industria fotovoltaica evolucionó como  una fuente  de  energía muy competitiva. A través de  la evolución, los módulos se están acercando a 420W por módulo, los niveles de degradación son muy apreciados y el costo de los módulos  está a USD 0,25. Además, vemos que  otros componentes de los sistemas están bajando de precio de cada W. En el pasado, solíamos hacer sistemas con instalaciones montados en suelo y aptos para servicios públicos por USD 1/W; hasta el día de hoy vemos instalaciones de sistemas grandes que se acercan a USD 0,5 a 0,6 por vatio. Anualmente, la base de instalación total de la energía fotovoltaica está creciendo en 15% y este año esperamos que el volumen instalado a escala mundial supere los 105GW.

Hacia el Sistema Minero Eléctrico
El diseño de energía en las principales minas está migrando a un sistema eléctrico. Además, las mejoras continuas de la eficiencia energética contribuyen en gran medida a la reducción del costo de la energía.

Los sistemas de minería eléctrica incluyen:

• Aire comprimido: se utiliza principalmente para perforar y accionar el bombeo. En las minas grandes que transportan aire a los instrumentos se consume del 35 al 50% de los costos totales de luz de la energía de la mina.

• Ventilación: reemplaza el aire en el área de trabajo con aire fresco. Esto consume aproximadamente el 33% de la energía en las minas. En las minas poco profundas es de alrededor del 15% y en minas muy profundas consume el 60% de la energía.

•  Manejo de materiales: consiste en manejar, transportar y almacenar los materiales de la mina. El consumo típico de electricidad asociado con esta actividad es cercano al 15% de la energía total.

•  Bombeo: eliminación del agua entregada a las minas por la bomba, utilizando fuerza gravitacional. El consumo de energía típico es del 5 al 11%.

 Trituracn: la reducción del material de la mina a rocas más pequeñas requiere energía. Esto consume aproxi- madamente del 10 al 15% de la energía total.

•  Fresado: la reducción del material de la mina a polvo requiere del 10 al 15% de la energía total. La aplicación de la electricidad mejoró  la productividad y redujo el costo del proceso minero.  Los sistemas eléctricos están disponibles y respaldan el progreso económico.

La optimización y mejoras para la energía en las minas
La tecnología utilizada en los sistemas de minería reduce tanto el consumo de energía como los costos. Los siguientes son ejemplos de mejoras en la eficiencia energética:

•  Aire comprimido: la mayor parte del aire comprimido se desperdicia (70%), a través de fugas en el sistema de distribución  de aire. La reparación de estas fugas puede generar ahorros de hasta USD 100  000  al año en una mina común.  El mejorar los sistemas de válvulas de control agrega un mayor ahorro de energía. Las válvulas accionadas pueden ahorrar cerca del 10% de la energía.

Manejo de materiales: las mejoras en la mecánica de las cintas transportadoras reducen el consumo de energía en un 5%.

•  Bombeo: la reducción de las fugas de las tuberías de agua reduce la pérdida de energía.

•  Controles de gestión del motor:  los motores son los principales consumidores de energía en el sistema eléctrico. El uso de controles de velocidad variable mejora el ahorro de energía.

•  Iluminación: la tecnología de iluminación LED, actualmente  disponible, puede contribuir con una reducción de energía de 5 a 20% y una mayor eficiencia de iluminación.

La tendencia que no se detiene
La combinación de  energía solar, electrificación de minas, tendencias de eficiencia energética y requisitos  cambiantes de carga máxima son técnicas para reducir  el costo operativo en minas en  un 35%. Estas se aplican comúnmente en  América Latina, África y el Medio Oriente, y se deben aplicar en todo el mundo para lograr la eficiencia y ahorro. La rápida evolución del sistema de energía solar, combinado con una fuerte reducción de costos para la construcción de todo el sistema, hacen que  la combinación de  fuente  de  energía fotovoltaica sea un suministro altamente confiable para las minas. La tendencia del costo nivelado de energía (LCOE) para un sistema basado en energía solar es altamente competitiva,  asequible y en expansión. Hemos visto el costo de los sistemas instalados conectados a la red solar que alcanzan LCOE durante 25 años por debajo de USD 0,3/kWh. El sistema central a base de gas natural es de alrededor de USD 0,5/kWh.

Vemos una tendencia definitiva hacia la expansión de los sistemas solares en los de  minería. La creciente  demanda para reducir el costo operativo en la industria aumentará.

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