Madencilik ve off-grid sahalarda güneş, batarya ve jeneratör

Maden sahaları, taş ocakları, büyük şantiyeler ve şebekenin ulaşmadığı tesisler enerjilerini çoğu zaman dizel jeneratörlerden alır. Jeneratör güvenilirdir ama yakıtı pahalıdır, sahaya taşınması lojistik bir yüktür ve bakımı çalışma saatiyle artar. Güneş enerjisi ve batarya bu tabloyu değiştirebilir; ama doğru tasarlanırsa.

Jeneratörlü sahada enerji neden pahalı?

Dizel jeneratörle üretilen elektriğin maliyeti yalnızca yakıt fiyatından ibaret değildir:

• Yakıt ve lojistik: Yakıtın sahaya taşınması, depolanması ve güvenliği ayrı bir maliyet kalemidir. Uzak sahalarda teslim edilen yakıtın birim maliyeti şehirdekinden belirgin biçimde yüksektir.
• Düşük yükte çalışma: Jeneratörler en yüksek yüke ve motor kalkışlarına göre seçilir; bu yüzden günün büyük kısmında kapasitelerinin çok altında çalışırlar. Düşük yükte üretilen her kWh için harcanan yakıt artar ve uzun süre düşük yükte çalışmak motorda kurum birikimine yol açabilir.
• Bakım ve ömür: Bakım aralıkları ve revizyonlar çalışma saatine bağlıdır. Daha az saat çalışan bir jeneratör daha az bakım ister ve daha uzun ömürlüdür.
• Emisyon: Dizel yakıtın her litresi yanarken yaklaşık 2,7 kg karbondioksit açığa çıkarır. Kurumsal emisyon hedefleri olan şirketler için bu da bir maliyettir.

Güneş, batarya ve jeneratör birlikte nasıl çalışır?

Hibrit bir sahada üç kaynak bir mikro şebeke denetleyicisi (EMS) tarafından birlikte yönetilir:

1. Gündüz güneş önce gelir. Güneş üretimi yükü karşıladığı sürece jeneratör ya kapalıdır ya da asgari yükte bekler.
2. Batarya fazlayı saklar ve boşlukları doldurur. Güneş yükü aştığında fazla bataryaya gider. Bulut geçtiğinde ya da yük aniden arttığında batarya devreye girer. Böylece jeneratörün yalnızca güneşteki dalgalanmalara karşı çalışması gerekmez.
3. Jeneratör verimli yükte çalışır. Akşam ve gece jeneratör çalıştığında, düşük yükte rölantide beklemek yerine verimli yükte çalışıp bir yandan bataryayı da doldurabilir. Batarya dolunca jeneratör durur.
4. Ani yük değişimlerini batarya karşılar. Kırıcı, konveyör ve pompa gibi büyük yüklerin devreye girişlerinde batarya, şebeke kurucu inverteri sayesinde jeneratörden daha hızlı tepki verir.

Bu düzenin sonucu, jeneratörlerin daha az saat ve daha verimli yükte çalışmasıdır. Tasarruf hem yakıttan hem bakımdan gelir.

Hibrit bir sahada gün nasıl geçer?

Gündüz çalışan bir maden sahasında hibrit sistemin tipik bir günü şöyle ilerler:

1. Şafaktan önce: Gece yükleri (aydınlatma, kamp, havalandırma) bataryadan karşılanır. Batarya belirlenen alt sınıra indiğinde bir jeneratör devreye girer.
2. Vardiya başı: Kırıcı ve konveyörler çalışmaya başlarken jeneratör verimli yükte çalışır, ani kalkışları batarya karşılar.
3. Sabah: Güneş yükseldikçe jeneratörün payı azalır. Güneş yükü karşılamaya başladığında jeneratör durur.
4. Öğlen: Güneş yükü aşar, fazla bataryaya gider. Bir bulut geçtiğinde batarya aradaki açığı saniyeler içinde kapatır; jeneratörün yeniden çalışmasına gerek kalmaz.
5. Öğleden sonra: Batarya dolar. Fazla güneş kısılır ya da esnek yükler (su pompalama, ön soğutma) bu saatlere kaydırılır.
6. Akşam ve gece: Batarya yükü taşır. Enerjisi yetmediğinde jeneratör yeniden devreye girer, verimli yükte çalışır ve bir yandan bataryayı doldurur.

Böyle bir günde jeneratör, eskiden olduğu gibi 24 saat düşük yükte değil, birkaç saat verimli yükte çalışır.

Hibrit sistemin bileşenleri nelerdir?

• Güneş dizileri: Sabit montajlı ya da taşınabilir. Geçici sahalar için kızaklı veya katlanabilir diziler kullanılabilir.
• Batarya ve PCS: Off-grid sahada PCS’in şebeke kurucu (grid-forming) olması gerekir; yani şebekenin olmadığı yerde gerilimi ve frekansı kendisi oluşturabilmelidir.
• Jeneratörler: Mevcut jeneratörler genellikle sistemde kalır. Çoklu jeneratörlü sahalarda hangi jeneratörün ne zaman devreye gireceği de optimize edilir.
• Mikro şebeke denetleyicisi (EMS): Kaynakları saniyeler içinde dengeler, jeneratörlerin minimum yük sınırlarını korur, batarya dolunca güneşi kısar.
• Koruma ve izleme: Off-grid sistemde koruma koordinasyonu şebekeye bağlı bir tesistekinden farklıdır ve tasarımın kritik bir parçasıdır.

Ne kadar tasarruf beklenebilir?

Bu sorunun dürüst cevabı: sahaya göre çok değişir. Belirleyici olanlar:

• Yük profili: Yükün ne kadarı gündüz, ne kadarı gece? Kesintisiz çalışan bir kırıcı tesisi ile gündüz çalışan bir şantiye çok farklı sonuç verir.
• Teslim edilmiş yakıt fiyatı: Lojistik maliyeti yüksek sahalarda her tasarruf edilen litre daha değerlidir.
• Güneş kaynağı ve alan: Kurulabilecek güneş gücünü arazi ve güneşlenme belirler.
• Saha ömrü: Beş yıllık bir maden sahası ile yirmi yıllık bir tesis, yatırımı farklı sürelerde geri ödemek zorundadır. Kısa ömürlü sahalarda taşınabilir sistemler öne çıkar.
• Güvenilirlik gereksinimi: Yedeklilik (N+1) şartları jeneratör ve batarya kapasitesini artırır.

Genel bir yüzde vermek yerine bu değişkenlerle sahanın bir yılını saat saat işletmek gerekir. Sonuçta jeneratörün kaç saat daha az çalıştığı, kaç litre yakıt tasarruf edildiği, emisyonun ne kadar azaldığı ve yatırımın kaç yılda döndüğü aynı tabloda görünür.

Nasıl boyutlandırılır?

Hibrit sistem tasarımı şebekeye bağlı bir tesisten daha fazla dikkat ister, çünkü yedek olarak arkada şebeke yoktur:

1. Yükü ölçün: Mümkünse en az birkaç haftalık, dakika çözünürlüğünde yük verisi. Kalkış akımları ve ani yük değişimleri ayrıca ölçülür.
2. Jeneratör filosunu çıkarın: Güçler, yakıt tüketim eğrileri, minimum yük sınırları, bakım durumu.
3. Güneş potansiyelini modelleyin: Saha koordinatlarından saatlik güneş üretimi.
4. Senaryoları işletin: Farklı güneş ve batarya boyutlarını, jeneratör çalışma kurallarıyla birlikte yılın her saati için çalıştırın.
5. Güvenilirliği test edin: En kötü haftalarda (uzun bulutlu dönemler, en yüksek yük) sistemin yükü karşılayıp karşılamadığını kontrol edin.

Hangi sahalar için uygun?

• Şebekeye bağlantısı olmayan ya da zayıf bağlantılı maden ve taş ocağı sahaları
• Uzun süreli şantiyeler ve saha kampları
• Şebeke bağlantısı beklenen ama henüz gelmemiş yeni tesisler
• Jeneratörün yedek olarak sık çalıştığı, şebekesi güvenilmez sahalar

Sahanızın yük ve jeneratör verisiyle bir ön değerlendirme için bize yazın. Kullanım alanlarının tamamına çözümler sayfamızdan bakabilirsiniz.