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Estudo de Caso do Projeto | 10 kV | 5 MW / 10,3 MWh | Armazenamento de Energia em Mineração
Eletricidade confiável é essencial para operações seguras nas minas de carvão. Ventilação, drenagem, içaçamento e sistemas de monitoramento de segurança dependem de uma fonte de energia estável. Mesmo minas equipadas com conexões de rede de circuito duplo podem enfrentar riscos operacionais significativos se uma falha na rede a montante interromper ambas as fontes de energia simultaneamente.
Para fortalecer seu fornecimento de energia de emergência, a FGI (WindSun Science & Technology Co., Ltd.) implantou um sistema de armazenamento de energia em bateria de alta tensão de 10 kV, 5 MW / 10,3 MWh na Mina de Carvão Zhifengshan, em Huairen, Shanxi, China.
O projeto estabelece uma camada adicional de proteção de fornecimento de energia para cargas críticas de minas, ao mesmo tempo em que permite que o mesmo sistema de armazenamento de energia suporte uma instalação solar fotovoltaica distribuída de 10 MWp. Sua estratégia operacional é simples: a fonte de energia de emergência vem primeiro, enquanto a economia de custos energéticos oferece valor adicional quando as condições de operação permitem.
Ao combinar conversão de energia de alta tensão, armazenamento em baterias e monitoramento inteligente, o projeto demonstra como um sistema de armazenamento de energia para mineração pode fortalecer a resiliência do fornecimento de energia enquanto apoia uma gestão energética mais eficiente.
Aplicação:Fornecimento de energia de emergência para uma mina de carvão
Localização:Mina de Carvão Zhifengshan, Huairen, Shanxi, China
Tensão do sistema:10 kV
Potência nominal:5 MW
Capacidade de energia da bateria:10,3 MWh
Tecnologia de baterias:Fosfato de ferro de lítio (LFP)
Integração de energia renovável:Energia solar fotovoltaica distribuída de 10 MWp
Tecnologia central:Conversão de potência em cascata de alta tensão
Função adicional:Redução de pico e otimização de custos de energia, sujeita a requisitos emergenciais de reserva
Uma interrupção de energia em uma mina subterrânea pode afetar vários sistemas críticos de segurança simultaneamente. Ventiladores principais, bombas de drenagem, equipamentos de içamento e sistemas de monitoramento de segurança devem permanecer disponíveis ou ser restaurados dentro dos tempos de resposta emergencial exigidos.
A fonte de alimentação de circuito duplo oferece um nível importante de proteção. No entanto, uma perda simultânea de ambos os suprimentos externos causada por uma falha na rede a montante ainda pode criar uma emergência séria.
Para a Mina de Carvão Zhifengshan, o objetivo era estabelecer uma fonte adicional de energia capaz de suportar cargas críticas de segurança durante uma queda total de energia externa.
A FGI projetou o sistema em torno dos requisitos reais de carga da mina, características de partida dos equipamentos e condições de operação de emergência. Em vez de tratar o armazenamento de energia como uma instalação convencional de corte de pico, o projeto coloca a disponibilidade de energia de emergência no centro do projeto do sistema.
A FGI desenvolveu o sistema de acordo com o perfil crítico de carga da mina e os requisitos para a continuidade de energia de emergência.
Com base na avaliação de carga do projeto, as cargas críticas de segurança designadas pela mina totalizam aproximadamente2.686 kW, cobrindo monitoramento de segurança e iluminação de emergência, ventilação principal e sistemas de drenagem. O sistema foi projetado para suportar essas cargas por pelo menos duas horas após uma interrupção de energia.
O sistema combina um sistema de conversão de energia em cascata de alta tensão (PCS) de 5 MW com um sistema de bateria de lítio-ferro e fosfato de 10,3 MWh.
A classificação de potência fornece capacidade para acomodar as demandas iniciais de equipamentos críticos, enquanto a capacidade de energia da bateria é projetada para sustentar o período operacional de emergência exigido após considerar as perdas de conversão e a profundidade planejada de descarga.
O sistema se conecta diretamente ao barramento de 10 kV da mina por meio de comutadores de alta voltagem, eliminando a necessidade de um transformador adicional entre o PCS e o barramento da mina. Isso reduz as etapas de conversão e os requisitos associados de equipamentos.
A configuração resultante integra conversão de energia de alta tensão, armazenamento de baterias, proteção e monitoramento em uma solução coordenada de fornecimento de energia emergencial.
O sistema utiliza uma topologia de conversão de energia em cascata H-bridge para conectar o sistema de armazenamento de energia diretamente à rede de 10 kV.
Ao evitar um transformador separado de aumento de potência-frequência, a configuração reduz os estágios intermediários de conversão e suporta uma arquitetura de sistema mais compacta. Isso é particularmente valioso em instalações industriais onde espaço de instalação, integração elétrica e acesso à manutenção devem ser considerados em conjunto.
O sistema de armazenamento de energia foi projetado para fornecer uma resposta rápida a interrupções de energia e apoiar a operação de partida sem energia sob condições adequadas do sistema.
Ao contrário dos geradores convencionais de backup, que exigem partida mecânica e estabilização, o armazenamento de energia em baterias pode responder rapidamente por meio da conversão eletrônica de energia. Com controles adequados, arranjos de comutação e sequenciamento de carga, o sistema pode estabelecer uma fonte de alimentação independente para cargas críticas designadas.
Para uma mina de carvão, essa capacidade ajuda a apoiar a restauração de equipamentos essenciais e a manutenção de funções críticas de segurança durante uma falha externa de energia.
O sistema suporta operação fora da rede e pode fornecer regulação de tensão e frequência para cargas conectadas, sujeito à estratégia de controle configurada e às condições operacionais do sistema.
Essa capacidade é importante quando a rede externa não está disponível e a mina precisa depender de uma fonte de energia independente para fornecer equipamentos designados.
O design modular permite que unidades de conversão de energia e clusters de baterias sejam configurados de acordo com os requisitos do projeto.
À medida que a capacidade de produção ou a carga elétrica da mina mudam, a arquitetura do sistema pode apoiar o planejamento e expansão futura da capacidade, sujeito às classificações de equipamentos e ao projeto elétrico geral.
Funções integradas de monitoramento e proteção apoiam a coleta de dados operacionais, monitoramento do status dos equipamentos, diagnóstico de falhas e alertas de condição.
Os operadores podem monitorar o desempenho do sistema a partir de um local central de controle e responder a condições anormais de forma mais eficiente. O monitoramento remoto também apoia o gerenciamento diário do sistema de armazenamento e ajuda a reduzir a necessidade de inspeções rotineiras no local.
O projeto combina proteção de energia emergencial com uma função adicional de gerenciamento de energia.
Além de seu papel principal de energia de emergência, o sistema de bateria de 10,3 MWh funciona com umInstalação solar fotovoltaica distribuída de 10 MWppara melhorar o uso da eletricidade gerada localmente.
Sob o acordo aprovado de autoconsumo, a energia solar é priorizada para o consumo no local durante o dia. A eletricidade excedente pode ser armazenada no sistema de baterias por meio da conexão de armazenamento de 10 kV, com energia armazenada sendo descarregada em momentos apropriados para reduzir o consumo da rede nos períodos de pico.
Essa estratégia operacional coordenada pode ajudar a mina a:
Aumento do consumo de eletricidade solar no local
Reduzir as compras de eletricidade durante períodos de pico selecionados de preços
Melhorar a utilização da geração distribuída de PV
Reduzir os custos totais de eletricidade, sujeito à estrutura tarifária aplicável e às condições operacionais
Aproveite melhor o ativo de armazenamento de energia instalado além dos períodos de espera emergencial
A operação econômica de um sistema de armazenamento de energia de emergência não deve comprometer sua função principal de segurança.
Para este projeto, os requisitos de reserva emergencial têm prioridade sobre a otimização rotineira de energia. Carregamento, descarga e programação de energia devem ser coordenados com o estado de carga exigido, capacidade disponível da bateria, arranjos de resposta a emergências e limites de operação.
Essa abordagem permite que o sistema proporcione potenciais economias de custos de energia, preservando seu papel como camada adicional de proteção de energia de emergência.
O sistema adiciona uma fonte de energia de emergência baseada em armazenamento de energia ao sistema existente de fornecimento de circuito duplo da mina. Ele foi projetado para suportar cargas críticas durante severas interrupções externas de energia, ajudando a melhorar a resiliência operacional e a capacidade de resposta a emergências.
Ao coordenar o armazenamento em baterias com a geração distribuída de energia solar fotovoltaica e as tarifas de eletricidade por tempo de uso, a mina pode usar a energia armazenada de forma mais estratégica. Isso cria uma oportunidade para reduzir os custos de eletricidade enquanto melhora a utilização de energia renovável.
As economias reais dependem das condições tarifárias, disponibilidade do sistema, cronogramas operacionais e da capacidade que deve permanecer reservada para emergências.
O projeto demonstra como o armazenamento de energia em cascata de baterias de alta voltagem pode servir tanto a uma aplicação crítica para a segurança quanto a uma estratégia mais ampla de gestão energética.
Para minas que consideram atualizações emergenciais de energia, a combinação de backup de carga crítica e integração de energia renovável fornece uma referência prática para avaliar sistemas de armazenamento que abordam tanto a resiliência operacional quanto a eficiência energética.
A FGI possui mais de três décadas de experiência em eletrônica de potência e conversão industrial de energia. Suas tecnologias de armazenamento de energia em cascata de alta tensão abrangem aplicações de 6 kV, 10 kV e 35 kV.
As soluções de energia de emergência para armazenamento de energia da FGI também foram implantadas em outras minas de carvão na China, incluindo Xinglongzhuang, Nantun, Tingnan e Wanfu. Essas aplicações proporcionam experiência na adaptação da tecnologia de armazenamento de energia de alta tensão aos exigentes requisitos dos sistemas de energia de mineração.
O projeto Zhifengshan amplia essa experiência de aplicação por meio de uma configuração de 10 kV, 5 MW / 10,3 MWh que combina fornecimento de energia de emergência com gerenciamento de energia solar fotovoltaica.
O projeto da Mina de Carvão de Zhifengshan ilustra uma abordagem prática para melhorar o fornecimento de energia de emergência por meio do armazenamento de energia em cascata de baterias de alta voltagem.
Com um sistema de conversão de energia de 5 MW, capacidade de bateria LFP de 10,3 MWh, conexão direta ao barramento de mina de 10 kV e operação coordenada com 10 MWp de energia solar fotovoltaica distribuída, a instalação atende a dois objetivos importantes:protegendo cargas críticas de minas durante falhas externas de energia e criando oportunidades para uso mais eficiente de energia durante a operação normal.
Para minas de carvão que buscam fortalecer a proteção de energia emergencial enquanto avançam a eficiência energética e a utilização de energia renovável, a FGI oferece soluções de eletrônica de energia orientadas para aplicações e armazenamento de energia, adaptadas às necessidades operacionais industriais.
Procurando um sistema de armazenamento de energia de alta tensão para alimentação de emergência em mineração? Entre em contato com a FGI para discutir as cargas críticas da sua mina, as condições da rede e os requisitos do projeto.
