Una mina remota se convierte en un referente gracias al almacenamiento de energía
Al igual que muchas empresas mineras, Gold Fields aspira a descarbonizar sus explotaciones, electrificando sus equipos y participando en la transición hacia la energía renovable. Su objetivo es maximizar la energía limpia en su mix energético. Esto contrasta con la mayoría de las explotaciones mineras situadas en ubicaciones remotas, que actualmente dependen totalmente de combustibles fósiles.
Sin embargo, dada la creciente penetración de las renovables, fundamentalmente de fuentes variables como eólica y solar, los cambios repentinos en la producción pueden dar lugar a inestabilidades en la red. Hasta hace poco, esto provocaba que la industria minera no usara renovables, pero al integrar el almacenamiento de energía, ahora se pueden explotar microrredes con energía renovable, manteniendo la alta fiabilidad que proporcionan los generadores diésel.
La mina Agnew en Australia Occidental es un ejemplo de lo anterior. Se encuentra a 1.000 km al noreste de Perth, y a casi 400 km de la gran ciudad más cercana, Kalgoorlie, por lo que su conexión a la red resulta económicamente ineficiente. Las minas en ubicaciones remotas tradicionalmente dependen de generadores de gas o diésel, para tener energía eléctrica. Sin embargo, para reducir la dependencia de combustibles fósiles, Gold Fields ha invertido 69 M€ en una microrred híbrida de energía renovable. El emplazamiento destaca por contar con cinco aerogeneradores que lo convierten en la primera mina de Australia que cuenta con energía eólica a gran escala.
Una microrred desplegada en menos de un año
La microrred de 56 MW fue desarrollada en dos fases por el productor independiente de energía EDL en menos de un año, a pesar de los desafíos provocados por el COVID-19, y los incendios forestales.
La Fase 1 se completó en julio de 2019 con una central eléctrica de 23 MW, que cuenta con un controlador de microrred que supervisa nueve turbinas de gas de 2 MW, dos grupos electrógenos diésel de 1,6 MW y 10.710 paneles solares Suntech, que pueden generar hasta 4 MW, con sistemas de pronóstico de nubes y seguimiento solar. Esto permitió a Agnew satisfacer el 10% de la demanda eléctrica de la mina con energía renovable.
Cuando se puso en marcha la Fase 2 en mayo de 2020, la penetración renovable aumentó significativamente hasta un promedio diario del 50-60%, aunque con las condiciones meteorológicas adecuadas, ha llegado hasta el 85%. Esto se debe a la incorporación de cinco aerogeneradores Goldwind GW140 de 3,57 MW, con capacidad para generar hasta 18 MW. Estos aprovechan al máximo el viento, que sopla principalmente de la noche a la mañana, complementando la energía que generan los paneles solares durante el día. En la Fase 2 también se desplegó un sistema de almacenamiento de energía basado en los contenedores Intensium® Max+ 20M de Saft, con una potencia de 13 MW y una capacidad total de almacenamiento de 4 MWh.
¿Cual es el papel principal del sistema de almacenamiento de energía de Saft en este proyecto?
El papel principal del sistema de almacenamiento de energía es mantener la calidad de la energía y maximizar el uso de energía renovable. Proporciona reserva rodante de acción ultrarrápida y puentes diésel. Esto protege la estabilidad de la red, y permite a EDL minimizar el funcionamiento en vacío de los generadores de gas y diésel.
Como resultado, EDL está logrando ahorros en el consumo de combustible, reduciendo las emisiones de CO2 unas 46.400 t/año, lo que equivale a retirar 12.700 coches de la carretera, o alimentar 11.500 hogares.
Según EDL, el rendimiento de la microrred de Agnew está cumpliendo, y a veces superando, sus expectativas. El proyecto ha proporcionado una reducción inmediata de las emisiones de carbono en el suministro de electricidad a la explotación de Gold Fields. Además, se prevé que la contribución renovable aumente en los próximos meses, a medida que EDL perfecciona los sistemas de control.
Proyecto comercial para otros emplazamientos
La Agencia Australiana de Energías Renovables (ARENA) otorgó a Gold Fields 8,3 M€ de financiación en reconocimiento por su innovador enfoque comercial. El explotador de la mina limitó los riesgos técnicos y comerciales del proyecto externalizando el diseño, la construcción y la explotación a EDL, con un contrato a 10 años. Como resultado el proyecto ofrece un modelo para otras minas y emplazamientos remotos aisladas de la red, en Australia y más allá.
Dado que se trata de un contrato a largo plazo, EDL es completamente responsable de las prestaciones del sistema. Durante la fase de diseño e implementación, esto ha servido de incentivo para seleccionar proveedores de los componentes clave de la microrred, basándose en la experiencia e historial de éxito operativo a largo plazo, en entornos similares.
Construida para soportar el duro clima desértico
En lo que se refiere al almacenamiento de energía, EDL quería un sistema de alta fiabilidad y una larga vida útil. Reconoció que esto minimizaría los costes de funcionamiento y maximizaría la disponibilidad.
La lejanía del sitio y el clima desértico de Australia Occidental suponían un reto para la tecnología de baterías. El entorno proporciona condiciones polvorientas y arenosas y calor extremo, con temperaturas máximas de hasta 48 C. Los sistemas de almacenamiento de energía de Saft tienen un diseño intrínsecamente resistente y no necesitan modificación para proporcionar protección adicional en un exigente entorno desértico. Se montaron y probaron completamente en el centro de fabricación de Saft en Jacksonville, Florida, y se entregaron por barco y camión, listos para instalar y usarse.
Otra consideración importante fue que EDL quería minimizar la necesidad de enviar técnicos a la mina para su inspección, mantenimiento o reparación. Saft pudo ofrecer tranquilidad, ya que su tecnología de Li-ion ya se ha probado en comunidades remotas del interior australiano. Por ejemplo, la empresa Ergon Energy explota una flota de Intensium® Mini de Saft que apoyan la estabilidad de la red en líneas de transmisión largas en el estado de Queensland, donde la fiabilidad y la disponibilidad son esenciales. Otro factor en la elección de Saft por parte de EDL para la microrred de la mina Agnew, fue el apoyo técnico y el asesoramiento que ofrecían los expertos en almacenamiento de energía. Esto incluyó la información obtenida de los datos operativos de instalaciones de almacenamiento de energía en todo el mundo, así como su experiencia en el diseño, y la optimización de sistemas de conversión de potencia.
Saft suministró el sistema de almacenamiento de energía para Agnew como parte de un paquete que incluía el sistema de conversión de potencia, el transformador y la celda de media tensión. Para mantener el máximo tiempo de actividad y disponibilidad, el sistema de almacenamiento de energía está equipado con sistemas de diagnóstico y comunicación para una monitorización remota. En virtud de un contrato de servicio a largo plazo, Saft proporciona supervisión remota y mantenimiento regular in situ. El sistema de baterías Intensium® Max+ 20M está alojado en seis contenedores marítimos estándar de 6 m. Estos integran los módulos de batería, los sistemas de gestión de baterías, refrigeración y seguridad. Otros tres contenedores marítimos de 12 m albergan el equipo de conversión de potencia. El diseño del contenedor ofrece a Gold Fields la flexibilidad de trasladar el sistema de almacenamiento de energía a otro sitio en el futuro, en caso de que cambien las necesidades operativas.
Lecciones aprendidas
Hay mucho que aprender de la experiencia en el despliegue de una microrred híbrida de energía renovable en la mina de oro de Agnew.
El almacenamiento de energía tiene un claro potencial para minas en ubicaciones remotas e industriales, especialmente para aumentar la penetración renovable, ayudando a los operadores a descarbonizar, asegurando la continuidad de las operaciones de misión crítica.
La implementación del sistema de almacenamiento de energía a corto plazo, de reacción rápida y de alta potencia ha sido un elemento crítico para abordar la variabilidad de los recursos eólicos y solares, minimizar la reserva rodante a partir de combustible diésel, y asegurar la estabilidad de la red. Esto ha permitido a Gold Fields alcanzar su objetivo inicial de satisfacer más del 50% de su demanda de electricidad con energías renovables.
La experiencia de campo muestra que las redes pueden funcionar de forma fiable con una penetración eólica de hasta el 80 o el 85%, si están respaldadas por un sistema de almacenamiento de energía bien diseñado. Sin embargo, para explotar continuamente a estos niveles de penetración renovable, se necesitan soluciones de almacenamiento a largo plazo más caras para cambiar el uso de energía en periodos de exceso de producción a períodos de baja producción, cuando la demanda es alta.
Próximos pasos del almacenamiento de energía
Los datos y conocimientos de Agnew también se pueden aplicar a otras operaciones. EDL ha informado que Gold Fields considera que el siguiente paso es la implementación de microrredes híbridas renovables en otras explotaciones mineras o proyectos, y la clave del éxito comercial es pensar estratégicamente en términos de las reservas de una mina.
Una mejora potencial es optimizar aún más el diseño del sistema de almacenamiento de energía. Tras evaluar los primeros meses de funcionamiento, EDL ve la oportunidad de aumentar aún más la penetración renovable, reduciendo las restricciones. La mina de Agnew tiene abundantes recursos eólicos que producen alrededor de un 20% más de energía de la que necesita, especialmente durante la noche. Para aprovechar esta ventaja, EDL podría instalar sistemas de almacenamiento de energía de mayor duración, posiblemente con hidrógeno, y proporcionar un soporte de inercia adicional.
Lo que muestra el proyecto Agnew, es que el almacenamiento de energía tiene un gran futuro como tecnología para impulsar el desempeño ambiental de las minas cuando se instalan como parte de una microrred. Esto es especialmente cierto en el caso de las minas de larga duración, así como en los emplazamientos en los que se puede vender energía a clientes externos.