Der wichtigste Indikator für den Stand der wirtschaftlichen Entwicklung ist die Menge an Energie, die aufgewendet werden muss, um eine Einheit des Bruttoinlandsprodukts zu erzeugen. Allein durch den Ersatz von Glühbirnen durch LEDs lassen sich die Kosten für die Beleuchtung um das Achtfache senken. Und das ist nur eine von vielen Möglichkeiten, die Energieeffizienz zu verbessern.
Das einundzwanzigste Jahrhundert hat in diesem Bereich große Fortschritte gebracht. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass sich die Energieeffizienz seit dem Jahr 2000 weltweit um 13 Prozent verbessert hat. Das bedeutet, dass die Einsparungen mit dem Gesamtverbrauch an Energieressourcen in der Europäischen Union in einem Jahr vergleichbar sind. Der positive Effekt bezieht sich nicht nur auf die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs. Es geht auch um die Umwelt und die Schaffung neuer Arbeitsplätze im Forschungssektor der Wirtschaft.
Für Bergbaubetriebe in Gebieten, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind, ist das Problem der Energieeinsparung besonders wichtig. Hohe Kosten für die Lieferung von Brennstoffen verringern die Rentabilität von Projekten erheblich. Dies ist z. B. weitgehend für die Schwierigkeiten bei der beschleunigten Erschließung der Arktis verantwortlich. Der Fortschritt ist jedoch nicht aufzuhalten. Das Aufkommen von autonomen Dieselkraftwerken mit mehreren Einheiten war ein wichtiger Schritt. Sie werden aus mehreren parallel geschalteten Generatoren zusammengesetzt. In Zeiten der Spitzenlast ist das gesamte System beteiligt, und wenn der Verbrauch sinkt, geht ein Teil der Generatoren in Reserve und reduziert seine Last.
Der Betrieb des gesamten Systems in solchen Modi wird ineffizient, weshalb der nächste Schritt in der Entwicklung energiesparender Technologien darin besteht, Windturbinen und Sonnenkollektoren, d. h. erneuerbare Energiequellen (EE), über eine Batterie an das Dieselkraftwerk anzuschließen. Solche Hybridkraftwerke sind vor allem in Russland noch ein seltenes Phänomen. Das Problem ist die Schwierigkeit, einen effizienten Steuerungsalgorithmus zu entwickeln. Der Bedarf an derartigen Entwicklungen ist sehr dringend. Zumal die wichtigsten Ausrüstungen für solche Anlagen bereits in Russland hergestellt werden. Inländische Windgeneratoren werden vor allem von einer der Abteilungen von Rostatom hergestellt. Solarbatterien werden von Hevel aus Tschuwaschien hergestellt. Es ist nur notwendig, all dies zu einem zuverlässigen und effizienten autonomen Energiesystem zu kombinieren.
Eine erfolgreiche Entwicklung dieser Art wurde von Wissenschaftlern des Zentrums für digitale Technologien der St. Petersburger Bergbauuniversität der Kaiserin Katharina II. vorgestellt und patentiert. Damit reagierten sie auf die Bedürfnisse der Industriepartner der Universität, die die Forscher wiederholt auf ein offensichtliches Problem aufmerksam gemacht hatten: Dieselkraftwerke mit übermäßiger Kapazität werden eingesetzt, um die zuverlässige Stromversorgung von schwer zugänglichen Einrichtungen sicherzustellen.
Der originelle, auf Fuzzy-Logik-Methoden basierende Algorithmus half, einen sehr hohen Wirkungsgrad des Hybridkraftwerks zu erreichen. Für ein kleines Schichtlager mit einer Leistung von 60 kWt kann die Leistung eines Dieselkraftwerks um 25,2 Kilowattstunden pro Tag reduziert werden, was einer Reduzierung des täglichen Dieselkraftstoffverbrauchs um etwa 6 Kilogramm entspricht. Bei einem Bergbauunternehmen mit einer Kapazität von 3-4 Megawatt kann der wirtschaftliche Effekt 20-30 Tausend Rubel pro Tag oder 7-10 Millionen pro Jahr betragen.
„Der Effekt unserer Entwicklung hat zwei Komponenten. Erstens ermöglicht uns die Erstellung einer genauen Vorhersage der Zeiten, in denen der Dieselmotor ineffizient arbeitet, seine Auslastung zu optimieren. Wenn sie unzureichend ist, verbrennen wir Kraftstoff umsonst, d. h. wir erzeugen Strom mit einem hohen spezifischen Verbrauch. Die zweite Aufgabe besteht darin, unnötige Starts des Dieselgenerators vorherzusehen und zu vermeiden, um seine Lebensdauer zu verlängern und die Betriebskosten zu senken. Ein Mittel, um solche kurzfristigen Starts zu verhindern, ist der Einsatz von EE-Strom mit Speicherung.
Die optimale Lösung besteht nicht darin, Diesel durch erneuerbare Energien zu ersetzen, sondern die Vorteile der verschiedenen Erzeugungsmethoden zu addieren. Lassen Sie mich erklären, wie das funktioniert.
Angenommen, wir wissen, dass der Verbrauch an einem Standort irgendwann ansteigt und die Spitzenlast 15 Minuten lang anhält. In einem herkömmlichen Dieselkraftwerk mit mehreren Blöcken würde für diesen Zeitraum ein Notstromaggregat gestartet. Bei unserer Entwicklung entfällt diese Notwendigkeit, da wir den Speicher bereits im Vorfeld mit der notwendigen Energie aus einem Solarpanel und einem Windgenerator versorgt haben. Deren Leistung hängt von den Wetterbedingungen ab, und wir prognostizieren auch diesen Parameter.
In der Phase der Projektentwicklung werden die Betriebsparameter aller Elemente des Kombikraftwerks miteinander verknüpft und das vorteilhafteste Schema des Kraftwerks für einen bestimmten Verbraucher und einen bestimmten Standort mit dem erforderlichen Verhältnis von Windgenerator, Sonnenkollektoren, Akkumulator und Dieselgeneratoren entwickelt“ - sagte der Autor der Entwicklung, Direktor des Bildungszentrums für digitale Technologien Juri Schukowski.
Die Erschließung kann von Unternehmen wie z. B. JSC Polymetal und PJSC Polyus nachgefragt werden. Auch Ölgesellschaften haben Interesse daran gezeigt. Die Massennachfrage kann zum Beispiel durch zusätzliche Anreize zur Verbesserung der Energieeffizienz von Unternehmen seitens des Staates angeheizt werden. In dieser Hinsicht besteht noch Entwicklungsbedarf: Russland liegt beim BIP nach Kaufkraftparität weltweit auf Platz 4, bei der Energieeffizienz jedoch nur auf Platz 21.
Derzeit arbeiten die Entwickler der Bergbauuniversität an der Verbesserung der Algorithmen, auch in Zusammenarbeit mit chinesischen Kollegen, und bereiten außerdem ein Projekt zur Schaffung eines autonomen Energiesystems (Microgrid) auf der Grundlage des Ausbildungs- und Forschungsstandorts Sablino der Universität vor.
