THEnergy

Das Jahr 2019 war der Wendepunkt für erneuerbare Energien-Projekte an netzfernen Bergwerken. Mehr als ein Dutzend Anlagen wurden in Betrieb genommen bzw. angekündigt. In einem eher langwierigen Prozess haben Solar- und Windenergie Einzug in den Bergbau gehalten, um Energiekosten sowie CO₂-Emissionen zu senken.

In den letzten Jahren haben erfolgreiche Pilotprojekte die Bedenken bezüglich Produktionsausfällen weggewischt und Energieanbieter haben angefangen, Solar- und Windanlagen an netzfernen Bergwerken zu finanzieren, um später den Bergbauunternehmen den Strom zu verkaufen. Der Zahlungsfluss ähnelt dabei dem, was Bergwerke von Diesel-Verträgen kennen – aber zu geringeren Kosten. Die Energieanbieter sind auf Stromerzeugung spezialisiert und suchen nach zusätzlichem Kosteneinsparungspotential. So verwundert es nicht, dass Effizienzverbesserungen an Dieselgeneratoren ihr Interesse geweckt haben. Dieselgeneratoren wandeln nur rd. 40 % der Energie in Strom um, der Rest bleibt ungenutzt. Wärmerückgewinnung kann den Dieselverbrauch um ca. 7 % steigern. Der Ansatz basiert auf konventioneller Dampfturbinentechnologie, wobei technische Weiterentwicklungen kleine Anwendungsgrößen erlauben. Die Technologie hat sich bereits in den Bereichen Biogasmotoren-Wärmerückgewinnung, Biomasse-Verbrennung, industrielle Abwärme und geothermische Wärme bewährt.

„Wärmerückgewinnung ist die naheliegende Option für Diesel-Einsparungen“, erklärt Thomas Hillig, Geschäftsführer von THEnergy, eine in München ansässige Unternehmensberatung mit Fokus auf Innovationen im Bereich der Umwelttechnik. „Die Erneuerbaren haben seit kurzem die Tür für neue Ansätze geöffnet, da sie Akzeptanz für kapitalintensivere Lösungen im Bergbau geschaffen haben.“

Der neue THEnergy-Triogen Report verdeutlicht, dass Wärmerückgewinnung Hand in Hand mit erneuerbaren Energien-Ansätzen zur Dieseleinsparung gehen kann. Zu Zeiten, in denen Kostenoptimierung und CO₂-Einsparungen zunehmend an Wichtigkeit gewinnen, ist die Frage nicht, welche der beiden Lösungen zu wählen ist. Die Antwort besteht in der Kombination beider Ansätze.

Der niederländische Hersteller Triogen hat mit seiner „e-box“ eine in Containern konfigurierte Lösung entwickelt, die maßgeschneidert für abgelegene Bergwerke ist (Bild 1). Das Design erlaubt eine einfache Erweiterung ohne Eingriff in den Betrieb des Dieselgenerators und damit auch ohne Einfluss auf Wartungsanforderungen und Garantien des Herstellers. Die Lösung basiert zwar auf herkömmlicher Dampfturbinentechnologie, ist aber voll automatisiert, kompakt und einfach zu installieren.

Zwei 20 Fuß-Container werden an das Abgassystem der Dieselgeneratoren angeschlossen und die e-box erzeugt Strom aus der Abhitze. Die Elektrizität wird in das lokale Netz eingespeist. Dies bedeutet, dass die Dieselgeneratoren entsprechend weniger Strom erzeugen müssen und damit der Treibstoffverbrauch niedriger ausfällt.

Triogens Technologie hat über 1 Mio. Betriebsstunden bei mehr als 50 Anlagen vorzuweisen. Die e-box wurde erfolgreich für Bergbauanwendungen getestet und wird zurzeit an einem netzfernen Bergwerk einer führenden Bergbaugesellschaft installiert. Henning von Barsewisch, Geschäftsführer von Triogen ergänzt: „Unsere e-box hat aufgrund ihrer kurzen Amortisationszeit von rund zwei Jahren sowie ihrer schnellen und einfachen Anwendbarkeit nachhaltiges Interesse bei Bergbauunternehmen, Energieanbietern, Dieselgeneratorenherstellern und -vermietern geweckt.“ Da Triogens e-box Abwärme umwandelt, handelt es sich um eine CO₂-freie Technologie, die dem Trend hin zum sauberen Bergbau gerecht wird. Eine einzige e-box spart 300.000 l/a Diesel ein, was ungefähr der Erzeugung einer 0.7 MW-Solaranlage in einem sonnigen Gebiet entspricht. Die jährliche CO₂-Reduzierung beläuft sich auf 800 t pro e-box. Durch das Ausschöpfen aller Dieseleinsparungspotentiale können Effizienzsteigerungen an Diesel-generatoren im schnell wachsenden Marktumfeld der erneuerbare Energien-Lösungen für abgelegene Bergwerke Wettbewerbsvorteile schaffen – und zwar für Bergbauunternehmen und Energie-anbieter. (THEnergy/Si.)

In den letzten Jahren setzen immer mehr Bergbauunternehmen in Afrika Wind- und Solar-Systeme zur Senkung von Stromkosten an abgelegenen Minen ein. In der ersten Marktphase lag der Fokus auf Know-how im Bereich der Integration. Bergbauunternehmen befürchteten, dass volatiler Solar- oder Windstrom die Stromversorgung destabilisieren und gar zu Produktionsausfällen führen könnte. In zahlreichen Microgrid-Anwendungen zeigte sich allerdings, dass Erneuerbare in Kombination mit Diesel, Schweröl bzw. Gas eine zuverlässige Stromversorgung für abgelegene Minen garantieren (Bild 1).

Für nahezu alle Minen ist mittlerweile die Integration von Erneuerbaren die preiswerteste Energiequelle. Bergbauunternehmen müssen hierfür nicht ihr eigenes Geld investieren. Unabhängige Stromerzeuger errichten die Microgrid-Infrastruktur und verkaufen dann den Strom mittels Stromabnahmeverträgen (PPAs) an die Bergbauunternehmen.

„Die zweite Marktphase wird geprägt durch Preiswettbewerb“, erläutert Thomas Hillig, Geschäftsführer von THEnergy, München. „Mit der Unterstützung eines führenden Akteurs aus dem Bereich der Erneuerbaren analysieren wir im neuen Report, wie Stromanbieter äußerst konkurrenzfähige PPAs für abgelegene Minen anbieten können.“

Die großen Akteure profitieren von Skaleneffekten bei Solar- und Wind-Komponenten nicht nur für Hybrid-Projekte, sondern auch bei wesentlich größeren netzgekoppelten Anlagen. Die Marktführer haben es zudem geschafft, die Planungs- und Bauprozesse substanziell zu verbessern. Jedoch bedarf die Projektdurchführung in abgelegenen Gebieten, insbesondere in Afrika, umfangreicher Erfahrung. Zu den Herausforderungen von Projekten in Afrika zählt die Refinanzierung, für die hervorragende Beziehungen zu lokalen und internationalen Banken benötigt werden.

Kostenoptimierung bedeutet nicht zwangsläufig, Investitionen zu minimieren, sondern vielmehr ein Fokus auf die gesamte Projektlebenszeit – inklusive Betrieb und Wartung. Es ist auch wichtig, das Zusammenspiel der verschiedenen Energiequellen zu berücksichtigen. Nicht für jede erzeugte kWh Solar- bzw. Windenergie werden fossile Energieträger im gleichen Maße eingespart. Wenn Generatoren bei suboptimalen Lasten laufen, verlieren sie Effizienz und benötigen zusätzliche Wartung.

„Während der letzten 14 Jahre haben wir umfangreiche Erfahrung im Bereich erneuerbare Energie-Projekte aufgebaut, die Solar-Diesel-Hybrid-Microgrids, Projekte in abgelegenen Gebieten und in Entwicklungsländern umfasst“, verdeutlicht Alexis Goybet, Leiter für Hybridprojekte bei Voltalia, Paris/Frankreich. “Diese Erfahrung kommt zu unserer stärkeren Einkaufsposition und bringt Kosteneinsparungen im Bereich von 20 bis 30 % im Vergleich zu neuen Marktakteuren.“

Diese Kosteneinsparungen machen Solar- und Windenergie äußerst attraktiv für zahlreiche Minen. Es ist zu erwarten, dass die Anzahl der Minen, die ihre Diesel-, Schweröl- bzw. Gaskraftwerke um Erneuerbare ergänzen, überall in Afrika schnell wächst. (THEnergy/Si.)

Iamgold teilte offiziell mit, seine Essakane-Goldmine in Burkina Faso mit einem 12,5 MW Solarkraftwerk zu erweitern. Das kanadische Unternehmen unterzeichnete mit dem französischen Elektrizitätsanbieter EREN einen Stromabnahmevertrag über anfänglich 15 Jahre. Die internationale Wärtsilä-Gruppe mit Hauptsitz in Finnland wird Integration und Bau des Solarkraftwerks übernehmen.

Ein anderes kanadisches Bergbau-unternehmen, Nevsun, folgte und kündigte eine 7,5 MW Solaranlage zur Dieselreduzierung für seine Bisha-Mine in Eritrea an. Im Rahmen eines zehnjährigen Stromabnahmevertrags wird Aggreko der Gold- und Kupfer-Mine 29,5 MW Solar-Diesel Hybridkapazität bereitstellen.

Bergbau und erneuerbare Energien finden immer mehr zueinander. Dies gilt insbesondere für Solarkraftwerke in Afrika und Australien sowie für Windanlagen in Kanada und Südamerika (Bild 1).

„Der Aufschwung hat sich bereits während der letzten Monate abgezeichnet“, sagt Thomas Hillig, Geschäftsführer von THEnergy, eine deutsche Unternehmensberatung mit Schwerpunkt auf Microgrids. „Die vergangenen drei Jahre haben wir den Markt genau verfolgt. Während der letzten zwölf Monate hat das Interesse von Bergbauunternehmen an Erneuerbaren stark zugenommen.“

Verschiedene Faktoren tragen zu dieser Entwicklung bei. Anfangs zweifelten Bergbauunternehmen an der Zuverlässigkeit von erneuerbaren Energien. Zahlreiche Prototypen – teilweise subventioniert, teilweise auch mit Batteriespeichern – stellen die Machbarkeit von Kombinationen aus Solar- bzw. Windkraftanlagen und fossilen Kraftwerken unter Beweis. Zudem steigerten aus dem Bereich der konventionellen Energien bekannte Marken wie Caterpillar, Cummins, Aggreko, Wärtsilä und ABB, die alle zunehmend im Hybridmarkt aktiv werden, das Vertrauen in Solar- und Windinsellösungen. Sinkende Preise für erneuerbare Energien und Energiespeicher machen die neuen Lösungen für Minen immer attraktiver. Außerdem akzeptieren Bergbauunternehmen, dass sie Abnahmeverpflichtungen über zehn Jahre und mehr eingehen müssen. Schließlich wird ihnen klar, dass die Vorzüge von Erneuerbaren über reine Kosteneinsparungen hinausgehen, indem sie positiv in der Außendarstellung wirken und zudem die Bergbauunternehmen als progressiv den Investoren gegenüber erscheinen lassen. Intern sind Erneuerbare immer mehr eine attraktive Plattform für ambitionierte Mitarbeiter, um sich für höhere Management-Herausforderungen zu empfehlen.

Vielleicht waren jedoch die Erfahrungen und Lehren auf Seiten der erneuerbaren Energien-Unternehmen noch wichtiger. Sie haben angefangen, die Sprache der Bergleute anzunehmen und die Notwendigkeit von spezifischen Lösungen für einzelne Minen verstanden. Außerdem haben sie akzeptiert, dass nicht viele Bergbauunternehmen ihr eigenes Kapital investieren wollen und häufig nicht willens sind, langzeitige Stromabnahmeverträge einzugehen, die mit den Nutzungsdauern der Solar- oder Windanlagen korrespondieren. Entscheidend war die Schaffung relativ kurzfristiger Stromabnahmeverträge. Dies bedeutete zugleich, dass sie für den Fall, dass Stromabnahmeverträge vorzeitig beendet oder nicht erwartungsgemäß verlängert werden, einen Plan B entwerfen mussten. Insbesondere Solarunternehmen setzten vermehrt Ressourcen ein, Solaranlagen durch Mobilitätskonzepte, die den Ab- und Wiederaufbau an anderer Stelle erlauben, flexibler zu gestalten. Schließlich haben sie angefangen, moderne Verkaufs- und Marketingansätze anzuwenden, um zu den Entscheidungsträgern im Bergbau vorzudringen. „Die neu angekündigten Projekte werden den Aufschwung beschleunigen. Im Optimalfall unterzeichnen Bergbauunternehmen dieses Jahr noch weitere fünf bis acht Stromabnahmeverträge,“ sagt Hillig. (THEnergy/Si.)

Exploration ist eine frühe Phase des Bergbauprozesses, bei der Rohstoffvorkommen geortet werden. Aufgrund ihrer Abgelegenheit ist die Stromversorgung von Explorations-Camps besonders teuer. Normalerweise wird der Strom mit Diesel-Generatoren erzeugt, wobei der Diesel über lange Strecken mit Trucks oder manchmal sogar mit Helikoptern transportiert werden muss. Die Kosten für Solar- und Windenergie sind hingegen im letzten Jahrzehnt drastisch gesunken. Erneuerbare Energien weisen im Vergleich zu Dieselstrom ein bedeutendes Kosten-einsparungspotential auf.

Eine neue Studie „Mobile Solar and Wind Diesel Hybrid Solutions for Mineral Exploration“ von PFISTERER und THEnergy präsentiert eine Analyse der Anforderungen an die Stromerzeugung des Explorationssektors und identifiziert Anwendungsgebiete für erneuerbare Energien-Lösungen. Eine der Hauptherausforderungen besteht in der relativ langen Lebenszeit von erneuerbaren Energien-Anlagen. Normalerweise sind sie für einen Betrieb von mindestens 25 Jahren ausgelegt. Explorationscamps hingegen decken typischerweise nur eine vergleichsweise geringe Zeitspanne der gesamten Bergbauwertschöpfungskette ab. Im Vergleich zu den folgenden Förderprozessen wird relativ wenig Strom benötigt. Häufig wird die Exploration von spezialisierten Unternehmen durchgeführt. Außerdem gibt es während der Explorationsphase keine Garantie, genug Mineralien zu finden, die den Aufbau einer entsprechenden Förderinfrastruktur rechtfertigen. All diese Faktoren zeigen, dass Explorationsunternehmen kein Interesse daran haben, Verpflichtungen über 25 Jahre oder mehr hinsichtlich der Stromversorgung einzugehen. Explorationsunternehmen benötigen semi-transportable, flexible Lösungen, die den Aufwand für Ab- und Wiederaufbau an einem anderen Ort minimieren.

Die PFISTERER Holding AG, Winterbach, hat einen Microgrid-Container entwickelt, der auf die Anforderungen des Explorationssektors ausgelegt ist (Bild 1). Eine integrierte Speicherkomponente erhöht die Zuverlässigkeit des Systems. Sie verbessert die Stromqualität und erlaubt es, den erzeugten Strom auch bei unzureichendem Wind oder mangelnder Sonneneinstrahlung bereitzustellen. Letztendlich können die Dieselgeneratoren so über längere Zeit komplett abgeschaltet werden. Dies erhöht den Anteil der erneuerbaren Energien im System erheblich. Die Studie kann heruntergeladen werden unter http://www.th-energy.net/english/platform-renewable-energy-and-mining/.

Further information/Weitere Informationen:
Pfisterer Holding AG
http://de.pfisterer.com

THEnergy – Dr. Thomas Hillig
www.th-energy.net

Die Studie “A hybrid solution with concentrated solar power (CSP) and fuel for baseload mining operations” analysiert die Eignung von hybriden Stirling-Antrieben für den Bergbau. Die auf einem Stirling-Motor basierende Lösung kombiniert in einem integrierten System Solar mit Gas oder Diesel als Energiequellen. Die CSP-Solarkomponente macht das Antriebssystem besonders attraktiv für extrem sonnige Gegenden. In vielen Bergbauregionen ist die Sonneneinstrahlung hoch, so dass dieses Kriterium erfüllt wird.

Stirling Hybrid-Lösungen sind zudem immer dann besonders vorteilhaft, wenn die Minen abgelegen sind. Transport und „Schwund“ schlagen sich auf die Brennstoffpreise nieder, wohingegen die CSP-Anlage einmal installiert wird und dann Strom liefert. Neue Bergwerke stehen häufig vor der Wahl, in einen teuren Netzanschluss zu investieren oder den Strom vor Ort zu erzeugen. Für die Vor-Ort-Stromerzeugung kommen typischerweise Diesel-Generatoren zum Einsatz. Hybride Stirling-Lösungen sind eine attraktive Alternative für Dieselgeneratoren. Bei hoher Sonneneinstrahlung kann die CSP-Anlage den kompletten Strom generieren. Wenn die Sonneneinstrahlung nicht maximal ist, kann die benötigte Wärme über verschieden Brennstoffarten erzeugt werden. Dies macht das System geeignet für Grundlastanwendungen, wie sie im Bergbau anzutreffen sind. Eine Vielzahl an Brennstoffen kann verwendet werden, beispielsweise Erdgas, komprimiertes Erdgas, Flüssig-Erdgas, flüssiges Propangas, Biogas, Industriegas, Grubengas oder ebenfalls Diesel. Die Kombination aus CSP und Biogas ist eine vollständig erneuerbare Art der Stromerzeugung.

In integrierten Bergbau- und Metallverarbeitungsanlagen können industrielle Begleitgase, die andernfalls abgefackelt würden, für die Ripasso Stirling Hybrid-Lösung verwendet werden. Dies wirkt sich extrem positiv auf Nachhaltigkeit und Kosten aus. Darüber hinaus sind zahlreiche konventionelle Gassorten sauberer als Diesel oder Schweröl. Das kommt besonders zum Tragen, wenn die hohe Effizienz der neuen Hybrid-Lösung berücksichtigt wird. Die Hitze wird außerhalb des Stirling-Motors erzeugt, was zahlreiche Vorteile hinsichtlich Wartung und Betrieb des Kraftwerks hat. Die erwartete Lebensdauer der Anlage liegt bei mehr als 25 Jahren. Das modulare Design erlaubt eine Skalierung in 33 kW-Schritten und gewährt eine stabile Stromversorgung, da die verschiedenen Module vollständig unabhängig voneinander arbeiten. Die Modularität der Stirling Hybrid-Lösung reduziert also das Risiko eines Produktionsausfalls infolge von Stromausfällen auf ein Minimum. Schließlich zeigt die Studie noch Vorteile hinsichtlich Land- und Wassernutzung auf. Beide können für Bergbau-Anwendungen in abgelegenen Gebieten kritische Faktoren sein.

Die Stirling-Lösung hat sich in Marine-Anwendungen bewährt und Anlagen des Ripasso CSP-Systems sind im südlichen Afrika installiert (Bild 1).

Further information/Weitere Informationen:
Ripasso Energy AB
www.ripassoenergy.com

THEnergy
www.th-energy.net