รายงานจากอุตสาหกรรมระบุว่า เหมืองแห่งนี้ขุดลึกลงทุกปี ปีละ 30 เมตร
เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น ความต้องการการระบายอากาศและการระบายความร้อนก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย และฮาวเดนรู้เรื่องนี้จากประสบการณ์การทำงานในเหมืองที่ลึกที่สุดในแอฟริกาใต้
บริษัท Howden ก่อตั้งขึ้นในปี 1854 โดย James Howden ในสกอตแลนด์ ในฐานะบริษัทวิศวกรรมทางทะเล และเข้ามาดำเนินธุรกิจในแอฟริกาใต้ในช่วงทศวรรษ 1950 เพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมเหมืองแร่และพลังงาน ในช่วงทศวรรษ 1960 บริษัทได้ช่วยจัดหาอุปกรณ์ระบบระบายอากาศและระบบทำความเย็นที่จำเป็นทั้งหมดให้กับเหมืองทองคำใต้ดินลึกของประเทศ เพื่อให้สามารถสกัดแร่ได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
“ในตอนแรก เหมืองใช้เพียงระบบระบายอากาศเป็นวิธีการระบายความร้อน แต่เมื่อความลึกของการขุดเพิ่มขึ้น ระบบระบายความร้อนเชิงกลจึงมีความจำเป็นเพื่อชดเชยภาระความร้อนที่เพิ่มขึ้นในเหมือง” เทอเนส วาสเซอร์แมน หัวหน้าแผนกระบายความร้อนและคอมเพรสเซอร์สำหรับเหมืองของฮาวเดน กล่าวกับ IM
เหมืองทองคำใต้ดินหลายแห่งในแอฟริกาใต้ได้ติดตั้งเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยง Freon™ ทั้งบนและใต้ดิน เพื่อให้ความเย็นที่จำเป็นแก่บุคลากรและอุปกรณ์ที่อยู่ใต้ดิน
ถึงแม้ว่าสถานการณ์จะดีขึ้น แต่ระบบระบายความร้อนของเครื่องจักรใต้ดินก็ยังคงมีปัญหา เนื่องจากความสามารถในการระบายความร้อนของเครื่องจักรถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิและปริมาณอากาศเสียที่มีอยู่ วาสเซอร์แมนกล่าว ในขณะเดียวกัน คุณภาพน้ำในเหมืองก็ทำให้เกิดการอุดตันอย่างรุนแรงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อและเปลือกที่ใช้ในเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยงรุ่นแรกๆ เหล่านี้
เพื่อแก้ปัญหานี้ เหมืองต่างๆ จึงเริ่มสูบอากาศเย็นจากผิวดินลงสู่ใต้ดิน แม้ว่าวิธีนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน แต่โครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นนั้นกินพื้นที่ในไซโล และกระบวนการนี้ก็ใช้พลังงานสูงและสิ้นเปลืองพลังงานมาก
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ เหมืองแร่จึงต้องการเพิ่มปริมาณอากาศเย็นที่ส่งลงสู่พื้นดินผ่านระบบทำความเย็นด้วยน้ำเย็นให้มากที่สุด
สิ่งนี้กระตุ้นให้ Howden นำระบบระบายความร้อนแบบสกรูอะมิโนมาใช้ในเหมืองในแอฟริกาใต้ โดยเริ่มแรกใช้ควบคู่กับระบบระบายความร้อนแบบแรงเหวี่ยงบนพื้นผิวที่มีอยู่เดิม ส่งผลให้ปริมาณสารหล่อเย็นที่สามารถส่งไปยังเหมืองทองคำใต้ดินลึกเหล่านี้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำให้ลดอุณหภูมิเฉลี่ยของน้ำผิวดินจาก 6-8 องศาเซลเซียส เหลือเพียง 1 องศาเซลเซียส เหมืองสามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานท่อส่งน้ำเดิมที่มีอยู่แล้วได้ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มปริมาณการระบายความร้อนที่ส่งไปยังชั้นลึกได้อย่างมีนัยสำคัญ
ประมาณ 20 ปีหลังจากการเปิดตัว WRV 510 บริษัท Howden ซึ่งเป็นผู้นำตลาดในด้านนี้ ได้พัฒนา WRV 510 ซึ่งเป็นคอมเพรสเซอร์แบบสกรูขนาดใหญ่ที่มีโรเตอร์ขนาด 510 มม. มันเป็นหนึ่งในคอมเพรสเซอร์แบบสกรูที่ใหญ่ที่สุดในตลาดในขณะนั้น และมีขนาดที่เหมาะสมกับโมดูลทำความเย็นที่จำเป็นสำหรับการระบายความร้อนในเหมืองแร่ลึกในแอฟริกาใต้
“นี่คือการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญ เพราะเหมืองแร่สามารถติดตั้งเครื่องทำความเย็นขนาด 10-12 เมกะวัตต์เพียงเครื่องเดียว แทนที่จะต้องติดตั้งเครื่องทำความเย็นหลายเครื่อง” วาสเซอร์แมนกล่าว “ในขณะเดียวกัน แอมโมเนียซึ่งเป็นสารทำความเย็นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ก็เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานร่วมกับคอมเพรสเซอร์แบบสกรูและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น”
ข้อกำหนดเกี่ยวกับแอมโมเนียได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการในข้อกำหนดและมาตรฐานความปลอดภัยสำหรับแอมโมเนียในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ โดยบริษัท Howden มีบทบาทสำคัญในกระบวนการออกแบบ ข้อกำหนดเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงและผนวกเข้าเป็นส่วนหนึ่งของกฎหมายแอฟริกาใต้แล้ว
ความสำเร็จนี้เห็นได้จากการติดตั้งระบบทำความเย็นด้วยแอมโมเนียที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 350 เมกะวัตต์โดยอุตสาหกรรมเหมืองแร่ของแอฟริกาใต้ ซึ่งถือเป็นระบบที่ใหญ่ที่สุดในโลก
แต่นวัตกรรมของ Howden ในแอฟริกาใต้ไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น: ในปี 1985 บริษัทได้เพิ่มเครื่องทำน้ำแข็งบนพื้นผิวเข้าไปในกลุ่มผลิตภัณฑ์เครื่องทำความเย็นสำหรับเหมืองแร่ที่กำลังเติบโตขึ้นเรื่อย ๆ
เนื่องจากตัวเลือกการระบายความร้อนบนผิวดินและใต้ดินถูกใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่หรือถูกพิจารณาว่ามีราคาแพงเกินไป เหมืองแร่จึงต้องการโซลูชันการระบายความร้อนแบบใหม่เพื่อขยายการทำเหมืองไปยังระดับที่ลึกกว่าเดิม
บริษัท Howden ได้ติดตั้งโรงงานผลิตน้ำแข็งแห่งแรก (ตัวอย่างด้านล่าง) ในปี 1985 ที่เหมือง EPM (East Rand Proprietary Mine) ทางตะวันออกของโจฮันเนสเบิร์ก ซึ่งมีกำลังการทำความเย็นรวมประมาณ 40 เมกะวัตต์ และกำลังการผลิตน้ำแข็ง 4320 ตันต่อชั่วโมง
หลักการทำงานพื้นฐานคือการสร้างน้ำแข็งบนพื้นผิวและลำเลียงน้ำแข็งนั้นผ่านเหมืองไปยังเขื่อนน้ำแข็งใต้ดิน จากนั้นน้ำจากเขื่อนน้ำแข็งจะถูกหมุนเวียนในสถานีหล่อเย็นใต้ดินหรือใช้เป็นน้ำสำหรับกระบวนการขุดเจาะบ่อ ส่วนน้ำแข็งที่ละลายแล้วจะถูกสูบกลับขึ้นสู่พื้นผิว
ข้อดีหลักของระบบทำน้ำแข็งนี้คือการลดต้นทุนการสูบน้ำ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับระบบน้ำเย็นจากพื้นผิวได้ประมาณ 75-80% Wasserman กล่าวว่า หลักการนี้มาจาก “พลังงานความเย็นที่สะสมอยู่ในกระบวนการเปลี่ยนสถานะของน้ำ” โดยอธิบายว่า น้ำแข็ง 1 กิโลกรัมต่อวินาที มีความสามารถในการทำความเย็นเท่ากับน้ำแข็งที่แข็งตัวแล้ว 4.5-5 กิโลกรัมต่อวินาที
เนื่องจาก “ประสิทธิภาพการวางตำแหน่งที่เหนือกว่า” ทำให้สามารถรักษาระดับอุณหภูมิของเขื่อนใต้ดินไว้ที่ 2-5 องศาเซลเซียส เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพทางความร้อนของสถานีระบายความร้อนด้วยอากาศใต้ดิน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนให้สูงสุดอีกด้วย
อีกหนึ่งข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแข็งที่มีความสำคัญเป็นพิเศษในแอฟริกาใต้ ซึ่งเป็นประเทศที่ขึ้นชื่อเรื่องระบบไฟฟ้าที่ไม่เสถียร คือความสามารถของระบบนี้ในการใช้เป็นวิธีการกักเก็บความร้อน โดยการสร้างและสะสมน้ำแข็งในเขื่อนน้ำแข็งใต้ดินและใช้ในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด
ประโยชน์ประการหลังนี้ได้นำไปสู่การพัฒนาโครงการความร่วมมือทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการสนับสนุนจาก Eskom ซึ่ง Howden กำลังศึกษาการใช้เครื่องทำน้ำแข็งเพื่อลดความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด โดยมีกรณีทดสอบที่เหมือง Mponeng และ Moab Hotsong ซึ่งเป็นเหมืองใต้ดินที่ลึกที่สุดในโลก
“เราทำการแช่แข็งเขื่อนในเวลากลางคืน (หลังเลิกงาน) และใช้น้ำและน้ำแข็งที่ละลายเป็นแหล่งทำความเย็นให้กับเหมืองในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูง” วาสเซอร์แมนอธิบาย “หน่วยทำความเย็นหลักจะถูกปิดในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูง ซึ่งจะช่วยลดภาระของระบบไฟฟ้า”
สิ่งนี้จึงนำไปสู่การพัฒนาเครื่องผลิตน้ำแข็งแบบครบวงจรที่เมืองมโปเนง โดยที่ Howden ได้ดำเนินการก่อสร้างทั้งหมด รวมถึงงานโยง งานไฟฟ้า และเครื่องจักรกล สำหรับเครื่องผลิตน้ำแข็งขนาด 12 เมกะวัตต์ กำลังการผลิต 120 ตันต่อชั่วโมง
ส่วนเพิ่มเติมล่าสุดของกลยุทธ์การระบายความร้อนหลักของเหมือง Mponeng ได้แก่ น้ำแข็งอ่อน น้ำเย็นจากพื้นผิว เครื่องทำความเย็นอากาศจากพื้นผิว (BACs) และระบบระบายความร้อนใต้ดิน นอกจากนี้ยังมีการตรวจพบความเข้มข้นของเกลือและคลอไรด์ที่ละลายอยู่ในน้ำในเหมืองสูงในระหว่างการทำงานด้วย
เขากล่าวว่า ประสบการณ์อันมากมายของแอฟริกาใต้และการมุ่งเน้นไปที่การแก้ปัญหา ไม่ใช่แค่ผลิตภัณฑ์ ยังคงเปลี่ยนแปลงระบบทำความเย็นทั่วโลกอย่างต่อเนื่อง
อย่างที่วาสเซอร์แมนกล่าวไว้ เมื่อเหมืองแร่ต่างๆ ขุดลึกลงไปเรื่อยๆ และมีพื้นที่มากขึ้น ก็เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นวิธีการแก้ปัญหาแบบนี้พบได้ในส่วนอื่นๆ ของโลก
ไมน์ฮาร์ดกล่าวว่า “ฮาวเดนส่งออกเทคโนโลยีระบายความร้อนสำหรับเหมืองลึกไปยังแอฟริกาใต้มานานหลายทศวรรษแล้ว ตัวอย่างเช่น เราเคยจัดหาโซลูชันระบายความร้อนสำหรับเหมืองทองคำใต้ดินในเนวาดาเมื่อช่วงทศวรรษ 1990”
“เทคโนโลยีที่น่าสนใจอย่างหนึ่งที่ใช้ในเหมืองบางแห่งในแอฟริกาใต้คือการเก็บสะสมน้ำแข็งเพื่อใช้ในการถ่ายเทความร้อน – พลังงานความร้อนจะถูกเก็บไว้ในเขื่อนน้ำแข็งขนาดใหญ่ น้ำแข็งจะถูกผลิตขึ้นในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุดและนำมาใช้ในช่วงเวลาดังกล่าว” เขากล่าว “โดยปกติแล้ว เครื่องทำความเย็นจะถูกออกแบบมาให้รองรับอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดที่สามารถใช้งานได้เพียงสามชั่วโมงต่อวันในช่วงฤดูร้อน อย่างไรก็ตาม หากคุณมีความสามารถในการเก็บสะสมพลังงานความเย็น คุณก็สามารถลดกำลังการผลิตลงได้”
“หากคุณมีแผนการใช้ไฟฟ้าที่มีอัตราค่าไฟฟ้าสูงสุดค่อนข้างสูง และต้องการอัปเกรดไปใช้อัตราค่าไฟฟ้าที่ถูกกว่าในช่วงนอกเวลาทำการ โซลูชันการผลิตน้ำแข็งเหล่านี้สามารถเป็นทางเลือกทางธุรกิจที่น่าสนใจ” เขากล่าว “เงินลงทุนเริ่มต้นสำหรับโรงงานสามารถชดเชยต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำลงได้”
ในขณะเดียวกัน BAC ซึ่งถูกนำมาใช้ในเหมืองแร่ของแอฟริกาใต้มานานหลายทศวรรษ ก็กำลังได้รับความสำคัญในระดับโลกมากขึ้นเรื่อยๆ
เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบ BAC แบบดั้งเดิม BAC รุ่นล่าสุดมีประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่ารุ่นก่อนๆ มีขีดจำกัดอุณหภูมิอากาศในเหมืองต่ำกว่า และมีขนาดกะทัดรัดกว่า นอกจากนี้ยังรวมโมดูลการระบายความร้อนตามความต้องการ (CoD) เข้ากับแพลตฟอร์ม Howden Ventsim CONTROL ซึ่งจะปรับอุณหภูมิอากาศบริเวณปากปล่องโดยอัตโนมัติให้ตรงกับความต้องการใต้ดิน
ในช่วงปีที่ผ่านมา Howden ได้ส่งมอบ BAC รุ่นใหม่จำนวน 3 เครื่องให้กับลูกค้าในบราซิลและบูร์กินาฟาโซ
บริษัทฯ ยังสามารถผลิตโซลูชันที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการสำหรับสภาวะการทำงานที่ยากลำบาก ตัวอย่างล่าสุดคือการติดตั้งเครื่องทำความเย็นแอมโมเนีย BAC ที่ "ไม่เหมือนใคร" ให้กับ OZ Minerals ที่เหมือง Carrapateena ในรัฐเซาท์ออสเตรเลีย
“บริษัท Howden ได้ติดตั้งคอนเดนเซอร์แบบแห้งร่วมกับคอมเพรสเซอร์แอมโมเนียของ Howden และเครื่องทำความเย็นอากาศแห้งแบบวงปิดในออสเตรเลีย เนื่องจากไม่มีน้ำให้ใช้” วาสเซอร์แมนกล่าวถึงการติดตั้งดังกล่าว “เนื่องจากเป็นการติดตั้งแบบ 'แห้ง' ไม่ใช่เครื่องทำความเย็นแบบพ่นสเปรย์แบบเปิดที่ติดตั้งในระบบน้ำ เครื่องทำความเย็นเหล่านี้จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด”
ขณะนี้บริษัทกำลังทดสอบโซลูชันการตรวจสอบความพร้อมใช้งานสำหรับโรงไฟฟ้า BAC บนบกขนาด 8 เมกะวัตต์ (ดังภาพด้านล่าง) ซึ่งได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นที่เหมืองแร่เงินยาราโมโก ฟอร์ทูน่า (เดิมชื่อร็อกซ์โกลด์) ในประเทศบูร์กินาฟาโซ
ระบบนี้ ซึ่งควบคุมโดยโรงงาน Howden ในโจฮันเนสเบิร์ก ช่วยให้บริษัทสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับแนวทางการปรับปรุงประสิทธิภาพและการบำรุงรักษา เพื่อให้โรงงานทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ หน่วย BAC ที่ศูนย์เหมืองแร่ Caraiba ใน Ero Copper ประเทศบราซิล ก็ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้คุณสมบัตินี้เช่นกัน
แพลตฟอร์ม Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) ยังคงสร้างความสัมพันธ์ที่มีมูลค่าเพิ่มอย่างยั่งยืน และบริษัทจะเปิดตัวการศึกษาความเป็นไปได้ด้านระบบระบายอากาศตามความต้องการ (Ventilation On Demand: VoD) สองโครงการในประเทศในปี 2021
บริษัทแห่งนี้ตั้งอยู่ติดกับชายแดนประเทศซิมบับเว กำลังดำเนินโครงการที่จะทำให้สามารถรับชมวิดีโอตามความต้องการสำหรับประตูอัตโนมัติในเหมืองใต้ดิน โดยประตูเหล่านั้นจะสามารถเปิดได้ในระยะเวลาที่แตกต่างกัน และจ่ายอากาศเย็นในปริมาณที่เหมาะสมตามความต้องการเฉพาะของยานพาหนะแต่ละคัน
การพัฒนาเทคโนโลยีนี้ โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานการทำเหมืองที่มีอยู่และแหล่งข้อมูลสำเร็จรูป จะเป็นส่วนสำคัญของผลิตภัณฑ์ในอนาคตของ Howden
ประสบการณ์ของ Howden ในแอฟริกาใต้: เรียนรู้วิธีการออกแบบระบบระบายความร้อนเพื่อรับมือกับคุณภาพน้ำที่ไม่ดีในเหมืองทองคำใต้ดิน วิธีการทำให้ระบบมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาในระบบไฟฟ้า และวิธีการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านคุณภาพอากาศ อุณหภูมิ และสุขภาพในการทำงานที่เข้มงวดที่สุดทั่วโลก กฎระเบียบเหล่านี้จะยังคงสร้างผลตอบแทนที่ดีให้กับเหมืองแร่ทั่วโลกต่อไป
บริษัท อินเตอร์เนชั่นแนล ไมน์นิ่ง ทีม พับลิชชิ่ง จำกัด 2 คลาริดจ์ คอร์ท ถนนโลเวอร์ คิงส์ เบอร์คัมสเต็ด ฮาร์ทฟอร์ดเชียร์ อังกฤษ HP4 2AF สหราชอาณาจักร