矿业如何借助数字化与绿色低碳技术减少自身碳足迹

2023/11/20 11:20:44

矿业在全球经济中占据举足轻重的地位,是驱动全球能源转型的关键角色。然而,矿业长久以来严重依赖于柴油等化石能源,将其用作采矿设备及工厂运作的主要动力来源。据麦肯锡测算数据得知,矿业的二氧化碳排放量约占全球碳排放总量的4%至7%。其中,柴油动力设备及作业的碳排放量占有很大比例;并且视实际地理、地质情况,其在采矿过程中直接产生的温室气体排放量占比可达30%,甚至高达80%。

 

在我国,矿业不仅是国民经济的基础产业,更是建设新型工业化强国的重要支撑,而作为我国能源消耗和碳排放的重点行业,矿业也是推进绿色低碳发展的重要领域。在“双碳”背景下,矿业企业正面临着数字化转型与可持续发展、工艺与质量控制、效率与效益提升等多重挑战;整个行业亟需加快推动产业结构、能源结构、产品结构的调整优化,以加速“数字化”和“绿色低碳”双转型,通过由“以量谋大”向“以质图强”的转变,稳步实现高质量发展。

 

金属及矿物资源需求将持续增加,推动清洁能源技术革新

 

与基于化石燃料的同类设施/设备相比,建造诸如太阳能发电厂、风力发电场和新能源电动汽车(EV)等以绿色能源技术为核心的设施/设备,需要投入更多金属和矿物资源。例如,一辆新能源汽车所需的矿物资源约为一辆传统燃油汽车的6倍。因而,随着清洁能源产业进一步发展,矿业也将在促进全球可持续发展方面扮演着愈发重要的角色。

 

世界银行的最新报告预测,到2050年,全球市场对金属及矿物资源的需求量将增加近500%,主要用于满足清洁能源等绿色技术的研发和应用。对广大矿业企业而言,其面临的核心挑战在于既要满足市场对金属和矿物资源的庞大需求,同时也要结合绿色、低碳化技术,严格控制自身在采矿过程中的碳排放。

 

 

“数绿”升级,助力矿业企业迈向可持续

 

借助先进的数字技术和绿色低碳技术,企业可使用低碳或脱碳电力代替化石燃料,为流程作业、设备及发电设施提供动力,这将成为矿业减少碳足迹的重要途径。在露天采矿作业设备层面,如电动卡车取代以往矿场通常采用以柴油、汽油为燃料的传统运输卡车;在井下采矿作业设备层面,采用无轨电车运输等已然成为企业实现减碳、控碳的有力替代方案。

 

应用数字技术也是矿山企业实现节能降耗的重要手段,如采用AVEVA APC先进过程控制技术实现井下按需通风,即风机运行负荷自动依据氧浓变频调节;采用EMS能源管理系统实现能源实时监控、分析优化等方面的提升;以及,采用MES制造执行系统实现计划调度优化、智能作业排程等以促进高效生产。

 

国际采矿及金属协会(ICMM)预测,目前全球范围内正投入使用的大型矿用运输卡车约有28,000辆。这些矿用车辆每年排放的二氧化碳总量超过6800万吨,相当于850多万户家庭一年能耗的碳排量。而通过以电动卡车替换这些汽油或柴油动力车辆,如此大量的碳排放将几乎可以被完全消除。因此,该方案在帮助矿业企业减少碳足迹方面意义非凡。

 

包括位于加拿大安大略省的Borden矿区在内的多地矿区实践已经表明:在保证矿场正常生产运作的同时,实施数字化、绿色低碳化转型是可行的。在Borden矿区,纽蒙特矿业公司(Newmont)通过数字化改造,将其整个地下卡车车队从柴油动力升级为电池动力,不仅降低了自身碳排量,改善了矿区周边空气及环境质量,还节省了高昂的内燃机维护成本,同时减少了噪音污染。

 

以数字、绿色低碳技术对地下采矿作业进行升级改造,将加速企业迈向脱碳生产,实现可持续发展。究其原因,电力发动机的能效约为90%,而柴油发动机仅在30%左右。另一方面,由于发动机产生的残余热量将被排放至周围空气中,矿场需要对作业环境进行通风。而在地下采矿作业中,通风系统运作约占总能耗的30%至50%,因此电动发动机还能帮助减少30%的通风需求。

 

平衡电力供需,稳定推进电动转型

 

以往,矿区所面临的主要能源顾虑在于运输物流和加油作业,需要确保有足够的柴油、汽油供给,满足正常生产运作;而经过数字化、绿色低碳化改造后,矿区则需要更加聚焦于自身的电力供需计划和调度能力,以维持整个管理系统的正常运行,这也将增加其升级改造的复杂性。

 

  • 电力需求侧:在将设备资产和生产流程从化石燃料动力转变为电力动力后,矿区还需要对自身进行全方位的能源管理,既要平衡新的电力负荷以确保系统运作的稳定性,也要革新电力基础设施以满足电动设备的动力需求。
  • 电力供应侧(矿区供电):从化石燃料动力转型至电力动力,可能会致使矿区的电力需求量成倍增加,因此需要尽可能地利用风能、地热能和太阳能等可再生能源作为电力来源。

 

制定清晰的转型路线图,加快矿区升级进程

 

以数字、绿色低碳技术改造传统的柴油动力运输和装载设备等资产以及生产流程,将成为矿业企业降低自身碳排放的主要途径之一。同时这还将带来其他生产效益,包括改善操作人员和矿工的作业环境条件,如减少热量排放和噪音,以及在一些情况下还可以降低矿区的通风需求,降低能耗。

 

在此过程中,企业的关键挑战在于如何根据矿区的实际需求重新设计电力基础设施,并保障足够的电力供给来实现其降碳、控碳的目标。为此,矿业企业可以与施耐德电气的专家团队合作,制定符合自身的个性化且可扩展的数字化、绿色低碳化转型路线图,而基于施耐德电气可靠的规划设计,企业可确保采矿流程作业的连续性,并稳步推进其脱碳目标。同时,针对矿区全生命周期的升级改造,施耐德电气还将提供相应的策略指导,帮助企业厘清能源资源的分配方式,满足矿区改造前后的能源需求,进而为其全周期的生产运作保驾护航。

 

作为矿业领域“双转型”进程中可靠的合作伙伴,施耐德电气将基于自身自动化和能源管理领域的先进理念和技术,以数字化为抓手,通过覆盖全生命周期的解决方案与服务,为客户创造“安全稳定、敏捷高效、绿色低碳、以人为本”四大价值,进而携手矿业企业一同迈向更可持续的未来工业。

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