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Estudio de caso del proyecto | 10 kV | 5 MW / 10,3 MWh | Almacenamiento de energía minera
Una electricidad fiable es esencial para operar con seguridad en las minas de carbón. Los sistemas de ventilación, drenaje, izado y monitorización de seguridad dependen de una fuente de alimentación estable. Incluso las minas equipadas con conexiones de red de doble circuito pueden enfrentarse a riesgos operativos significativos si una avería de la red aguas arriba interrumpe ambas fuentes de energía simultáneamente.
Para reforzar su suministro de energía de emergencia, FGI (WindSun Science & Technology Co., Ltd.) ha desplegado un sistema de almacenamiento de energía en cascada de alta tensión de alta tensión de 10 kV, 5 MW / 10,3 MWh en la mina de carbón Zhifengshan en Huairen, Shanxi, China.
El proyecto establece una capa adicional de protección del suministro eléctrico para cargas mineras críticas, permitiendo que el mismo sistema de almacenamiento de energía soporte una instalación solar fotovoltaica distribuida de 10 MWp. Su estrategia operativa es sencilla: el suministro eléctrico de emergencia es lo primero, mientras que el ahorro en costes energéticos aporta un valor adicional cuando las condiciones de funcionamiento lo permiten.
Al combinar la conversión de energía de alta tensión, el almacenamiento en baterías y la monitorización inteligente, el proyecto demuestra cómo un sistema de almacenamiento de energía minera puede reforzar la resiliencia del suministro eléctrico mientras apoya una gestión energética más eficiente.
Aplicación:Suministro eléctrico de emergencia para una mina de carbón
Ubicación:Mina de carbón Zhifengshan, Huairen, Shanxi, China
Voltaje del sistema:10 kV
Potencia nominal:5 MW
Capacidad energética de la batería:10,3 MWh
Tecnología de baterías:Fosfato de hierro litio (LFP)
Integración de energías renovables:Solar fotovoltaica distribuida de 10 MWp
Tecnología básica:Conversión de potencia en cascada de alta tensión
Función adicional:Reducción de picos y optimización del coste energético, sujeto a requisitos de reserva de emergencia
Una interrupción de energía en una mina subterránea puede afectar varios sistemas críticos de seguridad simultáneamente. Los ventiladores principales, las bombas de drenaje, los equipos de izado y los sistemas de monitorización de seguridad deben permanecer disponibles o restaurarse dentro de los tiempos de respuesta de emergencia requeridos.
La fuente de alimentación de doble circuito proporciona un nivel importante de protección. Sin embargo, una pérdida simultánea de ambos suministros externos causada por un fallo en la red aguas arriba puede seguir generando una emergencia grave.
Para la mina de carbón Zhifengshan, el objetivo era establecer una fuente adicional de energía capaz de soportar cargas críticas de seguridad durante un corte total de energía externa.
FGI diseñó el sistema en función de los requisitos reales de carga de la mina, las características de arranque del equipo y las condiciones de operación de emergencia. En lugar de tratar el almacenamiento de energía como una instalación convencional de reducción de picos, el proyecto sitúa la disponibilidad de energía de emergencia en el centro del diseño del sistema.
FGI desarrolló el sistema según el perfil de carga crítica de la mina y los requisitos para la continuidad de la energía de emergencia.
Según la evaluación de carga del proyecto, las cargas críticas de seguridad designadas por la mina suman aproximadamente2.686 kW, cubriendo la monitorización de seguridad y la iluminación de emergencia, la ventilación principal y los sistemas de drenaje. El sistema fue diseñado para soportar estas cargas durante al menos dos horas tras una interrupción de la corriente.
El sistema combina un sistema de conversión de energía en cascada de alta tensión (PCS) de 5 MW con un sistema de baterías de litio hierro fosfato de 10,3 MWh.
La potencia nominal proporciona capacidad para satisfacer las demandas iniciales de equipos críticos, mientras que la capacidad energética de la batería está diseñada para sostener el periodo operativo de emergencia requerido tras tener en cuenta las pérdidas de conversión y la profundidad prevista de descarga.
El sistema se conecta directamente al bus de 10 kV de la mina mediante un equipo de alta tensión, eliminando la necesidad de un transformador elevador adicional entre el PCS y el bus de la mina. Esto reduce las etapas de conversión y los requisitos de equipamiento asociados.
La configuración resultante integra conversión de energía de alta tensión, almacenamiento en baterías, protección y monitorización en una solución coordinada de suministro de energía de emergencia.
El sistema utiliza una topología de conversión de potencia en cascada tipo puente H para conectar el sistema de almacenamiento de energía directamente a la red de 10 kV.
Al evitar un transformador elevador separado de potencia-frecuencia, la configuración reduce las etapas intermedias de conversión y soporta una arquitectura de sistema más compacta. Esto es especialmente valioso en instalaciones industriales donde el espacio de instalación, la integración eléctrica y el acceso al mantenimiento deben considerarse juntos.
El sistema de almacenamiento de energía está diseñado para proporcionar una respuesta rápida a interrupciones de suministro eléctrico y apoyar el funcionamiento en arranque sin energía bajo condiciones adecuadas del sistema.
A diferencia de los generadores de respaldo convencionales que requieren arranque y estabilización mecánica, el almacenamiento de energía en baterías puede responder rápidamente mediante la conversión electrónica de potencia. Con controles adecuados, disposiciones de conmutación y secuenciación de cargas, el sistema puede establecer una fuente de alimentación independiente para cargas críticas designadas.
Para una mina de carbón, esta capacidad ayuda a apoyar la restauración de equipos esenciales y el mantenimiento de funciones críticas de seguridad durante un corte de energía externo.
El sistema soporta operación fuera de la red y puede proporcionar regulación de voltaje y frecuencia para cargas conectadas, sujeto a la estrategia de control configurada y a las condiciones operativas del sistema.
Esta capacidad es importante cuando la red externa no está disponible y la mina debe depender de una fuente de energía independiente para suministrar equipos designados.
El diseño modular permite configurar las unidades de conversión de energía y los grupos de baterías según los requisitos del proyecto.
A medida que la capacidad de producción o la carga eléctrica de una mina cambia, la arquitectura del sistema puede soportar la planificación y expansión futura de la capacidad, sujeto a las calificaciones de equipos y al diseño eléctrico general.
Las funciones integradas de monitorización y protección apoyan la recopilación de datos operativos, el seguimiento del estado del equipo, el diagnóstico de fallos y las alertas de estado.
Los operadores pueden monitorizar el rendimiento del sistema desde una ubicación central de control y responder a condiciones anómalas de forma más eficiente. La monitorización remota también apoya la gestión diaria del sistema de almacenamiento y ayuda a reducir la necesidad de inspecciones rutinarias in situ.
El proyecto combina protección de energía de emergencia con una función adicional de gestión energética.
Además de su función principal de energía de emergencia, el sistema de baterías de 10,3 MWh funciona con unInstalación solar fotovoltaica distribuida de 10 MWppara mejorar el uso de la electricidad producida localmente.
Según el acuerdo aprobado de autoconsumo, la energía solar se prioriza para el consumo in situ durante las horas de luz. La electricidad excedente puede almacenarse en el sistema de baterías a través de la conexión de almacenamiento de 10 kV, descargando la energía almacenada en los momentos adecuados para reducir el consumo de la red en los periodos punta.
Esta estrategia operativa coordinada puede ayudar a la mina:
Aumento del consumo de electricidad solar in situ
Reducir las compras de electricidad durante los periodos de máxima frecuencia de precios seleccionados
Mejorar la utilización de su generación fotovoltaica distribuida
Reducir los costes totales de la electricidad, sujeto a la estructura tarifaria aplicable y a las condiciones de funcionamiento
Aprovecha mejor el activo de almacenamiento energético instalado más allá de los periodos de espera de emergencia
El funcionamiento económico de un sistema de almacenamiento de energía de emergencia no debe comprometer su función principal de seguridad.
Para este proyecto, los requisitos de reserva de emergencia tienen prioridad sobre la optimización energética rutinaria. La carga, descarga y programación de energía deben coordinarse con el estado de carga requerido, la capacidad disponible de la batería, los arreglos de respuesta a emergencias y los límites de funcionamiento.
Este enfoque permite al sistema proporcionar posibles ahorros energéticos mientras preserva su papel como capa adicional de protección energética de emergencia.
El sistema añade una fuente de energía de emergencia basada en almacenamiento de energía al sistema de suministro de doble circuito existente de la mina. Está diseñado para soportar cargas críticas durante cortes eléctricos externos severos, ayudando a mejorar la resiliencia operativa y la capacidad de respuesta ante emergencias.
Al coordinar el almacenamiento en baterías con la generación solar fotovoltaica distribuida y las tarifas eléctricas en horario de uso, la mina puede utilizar la energía almacenada de forma más estratégica. Esto crea una oportunidad para reducir los costes eléctricos y mejorar la utilización de energías renovables.
El ahorro real depende de las condiciones tarifarias, la disponibilidad del sistema, los horarios operativos y la capacidad que debe permanecer reservada para emergencias.
El proyecto demuestra cómo el almacenamiento de energía en cascada de baterías de alta tensión puede servir tanto como una aplicación crítica para la seguridad como una estrategia más amplia de gestión energética.
Para las minas que consideran mejoras de emergencia en la energía, la combinación de respaldo de carga crítica e integración de energías renovables proporciona una referencia práctica para evaluar sistemas de almacenamiento que aborden tanto la resiliencia operativa como la eficiencia energética.
FGI cuenta con más de tres décadas de experiencia en electrónica de potencia y conversión industrial de energía. Sus tecnologías de almacenamiento de energía en cascada de alta tensión cubren aplicaciones de 6 kV, 10 kV y 35 kV.
Las soluciones de energía de emergencia de almacenamiento de energía de FGI también se han desplegado en otras minas de carbón en China, incluyendo Xinglongzhuang, Nantun, Tingnan y Wanfu. Estas aplicaciones proporcionan experiencia en la adaptación de la tecnología de almacenamiento de energía de alta tensión a los exigentes requisitos de los sistemas eléctricos mineros.
El proyecto Zhifengshan amplía esta experiencia de aplicación mediante una configuración de 10 kV, 5 MW / 10,3 MWh que combina suministro de energía de emergencia con gestión solar fotovoltaica.
El proyecto de la Mina de Carbón de Zhifengshan ilustra un enfoque práctico para mejorar el suministro de energía de emergencia mediante el almacenamiento de energía en cascada de baterías de alto voltaje.
Con un sistema de conversión de potencia de 5 MW, capacidad de baterías LFP de 10,3 MWh, conexión directa al bus de la mina de 10 kV y operación coordinada con 10 MWp de energía solar fotovoltaica distribuida, la instalación aborda dos objetivos importantes:protegiendo cargas críticas en la mina durante cortes de energía externas y creando oportunidades para un uso más eficiente de la energía durante el funcionamiento normal.
Para las minas de carbón que buscan reforzar la protección energética de emergencia mientras avanzan en la eficiencia energética y la utilización de energías renovables, FGI ofrece soluciones de electrónica de potencia orientadas a aplicaciones y almacenamiento de energía adaptadas a los requisitos operativos industriales.
¿Buscas un sistema de almacenamiento de energía de alta tensión para la fuente de energía de emergencia minera? Contacta con FGI para hablar sobre las cargas críticas de tu mina, las condiciones de la red y los requisitos del proyecto.
