業界レポートによると、鉱山は毎年30メートル深くなっている。
深さが増すにつれて、換気と冷却の必要性も増しますが、ハウデンは南アフリカの最も深い鉱山での作業経験からこのことを知っています。
ハウデンは1854年、ジェームズ・ハウデンによってスコットランドで海洋エンジニアリング会社として設立され、1950年代には鉱業と電力業界のニーズに応えるため南アフリカに進出しました。1960年代には、南アフリカの深部金鉱山に、地下何マイルにも及ぶ鉱石を安全かつ効率的に採掘するために必要な換気・冷却システムをすべて設置する支援を行っていました。
「当初、鉱山では冷却方法として換気のみを使用していましたが、採掘深度が増すにつれて、鉱山内の増大する熱負荷を補うために機械冷却が必要になりました」とハウデンの鉱山冷却・コンプレッサー部門責任者テウネス・ワッサーマン氏はIMに語った。
南アフリカの多くの深部金鉱山では、地下の作業員や設備に必要な冷却を提供するために、地上と地下に Freon™ 遠心冷却装置を設置しています。
現状は改善されたものの、地下機械の放熱システムには問題があったとワッサーマン氏は述べた。機械の冷却能力は温度と利用可能な排気量によって制限されていたからだ。同時に、鉱山水質は、初期の遠心式冷凍機に使用されていたシェルアンドチューブ式熱交換器に深刻な汚れを引き起こした。
この問題を解決するため、鉱山では地表から冷気を地下へ送り込む取り組みを開始しました。これにより冷却能力は向上しますが、必要な設備はサイロ内のスペースを占有し、エネルギーを大量に消費することになります。
これらの問題に対処するために、鉱山では冷水ユニットを通じて地上に供給される冷気の量を最大化したいと考えています。
これを受けてハウデンは、南アフリカの鉱山にアミノスクリュー冷却器を導入しました。これは、既存の地表遠心冷却器に続いて、初めて並列で導入されたものです。これにより、これらの深部地下金鉱山への冷却液供給量が飛躍的に増加し、地表水の平均温度が6～8℃から1℃に低下しました。鉱山では、既に敷設されている多くの鉱山パイプラインインフラをそのまま活用しながら、深層への冷却量を大幅に増加させることができました。
WRV 510の発売から約20年後、この分野のリーディングカンパニーであるハウデン社は、510mmローターを搭載した大型ブロックスクリューコンプレッサWRV 510を開発しました。これは当時市場最大級のスクリューコンプレッサの一つであり、南アフリカの深部鉱山の冷却に必要なチラーモジュールのサイズに匹敵しました。
「これは画期的な出来事です。鉱山は複数のチラーを設置せずに、10～12MWのチラーを1台設置するだけで済むのです」とワッサーマン氏は述べた。「同時に、グリーン冷媒としてのアンモニアは、スクリューコンプレッサーとプレート式熱交換器の組み合わせに最適です。」
アンモニアに関する考慮事項は、鉱業向けアンモニアの仕様と安全基準において正式に規定され、ハウデン社は設計プロセスにおいて重要な役割を果たしました。これらの考慮事項は更新され、南アフリカの法律に組み込まれています。
この成功は、南アフリカの鉱業業界が世界最大規模とされる 350 MW を超えるアンモニア冷凍能力を導入したことで証明されています。
しかし、南アフリカにおけるハウデンの革新はそこで止まりませんでした。1985年、同社は拡大を続ける鉱山用冷却装置のラインナップに表面製氷機を追加しました。
地表および地下の冷却オプションが最大化されるか、または高価すぎると判断されるため、鉱山では採掘をより深いレベルまで拡大するための新しい冷却ソリューションが必要です。
ハウデンは、1985 年にヨハネスブルグ東部の EPM (イースト ランド プロプライエタリー マイニング) に最初の製氷プラント (下の例) を設置しました。このプラントの最終的な総冷却能力は約 40 MW、製氷能力は 4,320 t/h です。
操業の基本は、地表で氷を形成し、それを鉱山内を通って地下の氷ダムまで輸送することです。氷ダムから出た水は、地下の冷却ステーションで循環されたり、井戸を掘削するためのプロセス水として利用されたりします。そして、溶けた氷は再び地表にポンプで送り出されます。
この製氷システムの主な利点は、ポンプコストの削減です。これにより、地上冷水システムの運用コストが約75～80%削減されます。これは「水の相転移に蓄えられた冷却エネルギー」によるものだとワッサーマン氏は述べ、1kg/秒の氷は4.5～5kg/秒の凍結水と同じ冷却能力を持つと説明しました。
「優れた位置決め効率」により、地下ダムの温度を2～5℃に維持することができ、地下空気冷却ステーションの熱性能が向上し、冷却能力が最大限に高まります。
電力網が不安定なことで知られる南アフリカにおいて、氷発電所が特に重要なもう 1 つの利点は、ピーク時に地下の氷のダムに氷を生成して蓄積し、蓄熱方法として使用できるシステムであることです。
後者の利点は、エスコムが支援する業界パートナーシップ プロジェクトの開発につながり、ハウデンは、世界で最も深い地下鉱山であるムポネン鉱山とモアブ ホットソン鉱山でテストケースを実施し、製氷機を使用してピーク電力需要を削減する方法について調査しています。
「夜間（営業時間外）にダムを凍結させ、ピーク時には水と溶けた氷を鉱山の冷却源として利用しました」とワッサーマン氏は説明した。「ピーク時には基地の冷却ユニットを停止し、電力網への負荷を軽減しています。」
これにより、Mponeng でターンキー製氷機が開発され、Howden は 12 MW、120 t/h の製氷機用の土木、電気、機械設備を含む作業を完了しました。
Mponeng 社のコア冷却戦略には最近、ソフト アイス、表面冷却水、表面空気冷却器 (BAC)、地下冷却システムが追加されました。作業中、鉱山水中の溶解塩と塩化物の濃度が上昇します。
南アフリカの豊富な経験と、製品だけでなくソリューションへの注力により、世界中の冷蔵システムが変革され続けていると彼は言う。
ワッサーマン氏が述べたように、鉱山がより深く、より広い空間で行われるようになると、このような解決策が世界の他の地域でも見られるようになるのは明らかです。
マインハート氏は次のように述べています。「ハウデンは数十年にわたり、南アフリカに深部鉱山冷却技術を輸出してきました。例えば、1990年代にはネバダ州の地下金鉱山に鉱山冷却ソリューションを提供しました。」
「南アフリカのいくつかの鉱山で採用されている興味深い技術の一つは、負荷伝達のために蓄熱氷を貯蔵するというものです。熱エネルギーは巨大な氷のダムに蓄えられます。氷はピーク時に生産され、ピーク時に使用されます」と彼は述べた。「従来、冷凍ユニットは夏季に1日3時間まで到達する可能性のある最高周囲温度を想定して設計されています。しかし、冷却エネルギーを貯蔵する能力があれば、その容量を削減できます。」
「ピーク時の料金がかなり高いプランをご利用で、オフピーク時にはより安い料金にアップグレードしたいとお考えなら、この製氷ソリューションは強力なビジネスケースとなるでしょう」と彼は述べた。「プラントの初期投資は、低い運用コストを相殺できるでしょう。」
同時に、南アフリカの鉱山で数十年にわたって使用されてきた BAC は、世界的にますます重要性を増しています。
従来のBAC設計と比較して、最新世代のBACは熱効率が高く、坑内空気温度の制限が低く、設置面積も小さくなっています。また、Howden Ventsim CONTROLプラットフォームにオンデマンド冷却（CoD）モジュールが統合されており、坑内空気の温度を坑内環境に合わせて自動的に調整します。
過去 1 年間で、ハウデンはブラジルとブルキナファソの顧客に 3 台の新世代 BAC を納入しました。
同社はまた、困難な操業条件に合わせてカスタマイズされたソリューションを生み出すことも可能です。最近の例としては、南オーストラリアのカラパティーナ鉱山における OZ Minerals 向けの BAC アンモニア冷却器の「ユニークな」設置が挙げられます。
「オーストラリアでは、水が利用できない状況下で、ハウデン社はハウデン社のアンモニアコンプレッサーと閉ループ式ドライエアクーラーを組み合わせたドライコンデンサーを設置しました」とワッサーマン氏は述べた。「これは『ドライ』な設備であり、給水システムに設置されるオープンスプレークーラーではないため、これらのクーラーは最大限の効率性を実現するように設計されています。」
同社は現在、ブルキナファソのヤラモコ・フォルトゥナ・シルバー（旧ロックスゴールド）鉱山で設計・建設された 8 MW 陸上 BAC プラント（下の写真）の稼働時間監視ソリューションをテストしています。
ヨハネスブルグのハウデン工場で制御されるこのシステムにより、同社は工場の最適な稼働を維持するために、潜在的な効率改善とメンテナンスに関するアドバイスを提供することができます。ブラジルのエロ・カッパーにあるカライバ鉱山複合施設のBACユニットも、この機能を利用するように設計されています。
Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) プラットフォームは持続可能な付加価値関係の構築を継続しており、同社は 2021 年にインド国内で 2 件の Ventilation On Demand (VoD) 実現可能性調査を開始する予定です。
同社はジンバブエ国境で、地下鉱山の自動ドアにビデオオンデマンド機能を持たせるプロジェクトに取り組んでいる。これにより、車両の特定のニーズに応じて、ドアがさまざまな間隔で開き、適切な量の冷却空気を供給できるようになる。
既存の利用可能な採掘インフラストラクチャと既製のデータ ソースを使用したこのテクノロジ開発は、Howden の将来の製品にとって重要な部分となります。
南アフリカのハウデンの経験: 深部金鉱山の水質不良に対処するための冷却ソリューションの設計方法、グリッドの問題を回避するためにソリューションを可能な限りエネルギー効率の高いものにする方法、および最も厳しい空気品質要件のいくつかを満たす方法を学びます。世界的な温度と労働衛生の要件規制は、世界中の鉱山に利益をもたらし続けます。
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