Energía renovable en minería: Una aplicación práctica para operaciones activas

 

Históricamente, las minas han funcionado con combustibles fósiles, una tarea costosa si se tiene en cuenta el alto precio del transporte y el almacenamiento, por no hablar de la cantidad de gases de efecto invernadero (GEI) que se emiten a la atmósfera, un coste muy elevado para el medio ambiente natural.

Objetivos y Estrategias

Recientemente, varios operadores mineros han fijado objetivos ambiciosos para reducir significativamente las emisiones, con la aspiración de alcanzar operaciones con emisiones netas cero en los próximos 25 a 30 años. Su estrategia: incorporar tecnologías ecológicas para la generación de energía, así como capacidades de almacenamiento de energía siempre que sea posible. Así pues, la pregunta sigue siendo: ¿cómo llegamos a ese punto?

La Mina del Futuro

La mina del futuro deberá generar casi el 100 por ciento de sus necesidades energéticas (para abastecer la mina y la flota de vehículos) con energía libre de emisiones. Actualmente, hay muchas tecnologías en desarrollo para ayudarnos a lograr la electrificación masiva de la minería. 

Esto incluye la generación renovable de alta eficiencia, el almacenamiento de energía de bajo costo tanto para períodos cortos como largos, vehículos propulsados ​​por baterías de alta densidad e hidrógeno, generación combinada de calor y electricidad a partir de tecnologías con paneles solares cerrados y pequeños reactores nucleares modulares (SMR).

Microrredes Híbridas

Uno de los casos de uso más atractivos hasta la fecha es el de las microrredes híbridas. Varias minas han empezado a seguir este camino, integrando la generación eólica o solar fotovoltaica (PV) con baterías de iones de litio de corta duración. Estas configuraciones suelen generar entre el 10 y el 25 por ciento de las necesidades totales de electricidad de una mina. 

En estas microrredes de baja penetración, la microrred sigue estando controlada por los grupos electrógenos diésel, y las energías renovables actúan como una reducción de la carga total de la mina, mientras que las baterías de iones de litio de corta duración se utilizan para reducir la variabilidad que surge de la generación renovable. 

Las baterías actúan esencialmente como una reserva operativa y generarán o almacenarán electricidad si hay una caída o un aumento significativos en la generación renovable, es decir, hasta que se pueda poner en marcha o reducir de forma segura un grupo electrógeno diésel. Este enfoque permite que menos grupos electrógenos permanezcan en línea en un momento dado, lo que reduce tanto el consumo de combustible como los costos operativos.

Penetración de Energía Renovable Media

En la actualidad, muchas operaciones mineras apuntan a una penetración de energía renovable media, con el objetivo de que entre el 40 y el 60 por ciento de la electricidad total generada provenga de fuentes renovables. La reducción continua de los costos y la mejora del rendimiento de la energía eólica y solar fotovoltaica, así como las innovaciones para respaldar operaciones confiables en climas extremos, han hecho que estas fuentes de generación sean más atractivas. 

Sin embargo, para lograr una penetración de energía renovable media a alta, se debe modificar el despacho de los grupos electrógenos diésel. La contribución del generador renovable a la microrred es significativa y ya no se puede tratar como una simple reducción de la carga. La integración del almacenamiento de energía es imprescindible, lo que permite que todos los grupos electrógenos diésel se apaguen durante varias horas. 

Durante estos breves períodos, la generación eólica o solar fotovoltaica es lo suficientemente alta como para cubrir las necesidades de electricidad de la mina. Cuando los grupos electrógenos están apagados, el almacenamiento de energía controlará la red, manteniendo la calidad de la energía y controlando la variabilidad de la generación renovable.

Alta Penetración de Energía Renovable

En el futuro, a medida que se establezcan objetivos de penetración de energías renovables más agresivos y elevados, será necesario alcanzar una penetración de energías renovables cercana al 100 por ciento, lo que supondrá un cambio significativo en las estrategias operativas. En este escenario, los grupos electrógenos diésel solo funcionarán durante períodos prolongados de baja generación de energías renovables. 

Esto requerirá tanto un almacenamiento de energía de alta potencia para suavizar la intermitencia de corta duración como un almacenamiento de energía de larga duración para respaldar el suministro de generación de energías renovables, distribuyéndolo a lo largo de varias horas del día. 

El almacenamiento de larga duración es clave para permitir este modo de funcionamiento y se están desarrollando muchas tecnologías para respaldar este requisito, incluidas las baterías de flujo, las baterías de zinc, el almacenamiento geotérmico y térmico, el almacenamiento de gas comprimido y el almacenamiento de hidrógeno.

Exceso de Energía Renovable

A medida que las minas alcancen una mayor penetración de energía renovable, habrá un exceso de energía disponible prácticamente sin costo. La cantidad de exceso de energía renovable disponible depende tanto de la ubicación de la mina como de las tecnologías adoptadas, con hasta el 50 por ciento de la generación renovable total disponible para la demanda de calor y la carga de camiones. 

Se espera que los camiones alimentados por baterías dominen el mercado para 100 toneladas de producción o menos. Los camiones de carga pesada de 300 toneladas o más serán propulsados ​​por hidrógeno y se recargarán con hidrógeno verde, producido principalmente con el exceso de energía de la producción de generación renovable de la mina. 

En lugares soleados, los procesos de minería con uso intensivo de calor utilizarán tecnologías encerradas en energía solar para producir calor y energía con una sola tecnología de generación. Las minas de litio requieren una gran cantidad de vapor de proceso y se beneficiarán más de las tecnologías de calor y energía encerradas en energía solar. 

En consecuencia, esto conducirá a una descarbonización de todos los procesos de minería de litio, acelerando aún más la adopción de baterías basadas en litio para la integración renovable y los vehículos eléctricos.

Pequeños Reactores Nucleares Modulares (SMR)

Por último, los SMR son otra vía tecnológica muy esperada para la minería remota. Los SMR pueden producirse en fábrica y satisfacer demandas de energía escalables, lo que le da a la mina la flexibilidad de agregar módulos en función de la demanda de energía actual y futura. 

Los SMR pueden producir energía de carga base a escala de MW que se puede complementar con otras tecnologías tradicionales renovables y de almacenamiento para satisfacer la demanda de energía de la mina y la flota. Solo en Canadá, una docena de empresas tienen compromisos previos a la obtención de licencias con la Comisión Canadiense de Seguridad Nuclear. 

Una vez que se logre una demostración exitosa, el sector minero se convertirá en un objetivo principal para la comercialización, debido a su alta dependencia del combustible diésel costoso en áreas remotas.

No es ningún secreto que las minas que no están conectadas a la red eléctrica enfrentan desafíos en la generación de electricidad, pero con todas estas tecnologías en desarrollo comercial, tenemos una oportunidad increíble de reducir drásticamente los impactos del cambio climático en la minería. ¡El momento es ahora!

Traducido de: Hatch