22/05/18

Homeostase como agente de mudança:

Ao longo de nossas carreiras profissionais, uma constante tem sido a necessidade [imperiosa em alguns casos] de ter que adotar novas tecnologias para garantir a continuidade e/ou sobrevivência nas empresas e, consequentemente, a resistência à mudança de lógica que isso acarreta, por dar origem a inseguranças sobre um futuro que pode ser apresentado como um fator de desestabilização do “status quo” existente no seio da organização.

A multiplicidade de agentes externos que estão fora da órbita de controle, somada à resistência interna à mudança, são fatores que servem para retardar a decisão de implementar mudanças significativas. Consequentemente, algumas empresas não decidem fazer alterações até perceberem que algo está realmente errado, e isso já gerou uma perda significativa e/ou irreparável de suas vantagens competitivas. Charles Darwin disse … “Não é a espécie mais forte que sobrevive, nem a mais inteligente, mas a que melhor responde à mudança” ….

No setor de mineração, caracterizado por investimentos milionários e ambientes operacionais muito exigentes, a ideia de incorporar uma solução tecnológica que poderia impactar a gestão operacional sem ter identificado previamente os riscos potenciais disso (mesmo antes de analisar benefícios futuros) não é permitida.

A incorporação eficiente e eficaz de soluções híbridas de energia renovável e convencional para a mina, que garantam o suprimento energético devido e necessário para a operação desta, não deve implicar em nenhum risco operacional, já que a geração a diesel é mantida como reserva e contingência. Esta homeostase (“estado igual” ou “equilíbrio dinâmico”) na mineração que desenvolvemos tem por objetivo principal derrubar preconceitos, permitindo que os executivos [responsáveis das empresas] liderem a mudança e obtenham para suas empresas os múltiplos benefícios gerados pelas soluções híbridas que desenvolvemos.

Ambiente de Mineração – Energia:

Gestão permanente de custos como consequência da globalização nos preços dos minerais. Estradas intransitáveis ou inacessíveis. Receio em temas relacionados ao CAPEX. Lugares remotos e inóspitos. OPEX sempre no centro das atenções. Condições extremas de temperatura. Manutenção de equipamentos contra relógio. Vida em acampamentos isolados. Altitudes que dificultam a respiração. Redução contínua nos preços das matérias primas. Falta de infra-estrutura. Bom espírito de equipe. Ruído ensurdecedor de geradores a diesel. Distâncias sem fim para as povoações. Maquinarias gigantescas para triturar rochas. Cheiro de diesel. Opinião pública contra a mineração. Mandato expresso para preservar o meio ambiente.

Quem está ligado ao setor de mineração, com certeza se sente identificado por algumas das frases expostas acima, que de forma resumida tentam descrever parte da realidade do setor de mineração. Realidade que demanda e exige ter o fornecimento de energia elétrica adequado e necessário que permita garantir energia elétrica segura, despachável, confiável e acessível, para manter um sistema de produção eficiente.

Devemos considerar que apenas 30% das minas estão conectadas a redes elétricas (on-grid) com capacidade suficiente para cobrir suas necessidades operacionais; as restantes 70% estão desconectadas da rede (off-grid) ou conectados a redes elétricas fracas | instáveis que não cobrem as necessidades de energia das minas. Essas operações de mineração são obrigadas a gerar eletricidade por meio de equipamentos de reserva a diesel, com custos que, em alguns casos, excedem US $ 600 MWh (seiscentos dólares por megawatt hora de energia). Existem lugares onde o custo de geração devido ao efeito de altitude e logística excede até o valor acima mencionado.

O custo de energia comparado aos custos totais da operação representa, dependendo do tipo de mina e se está ou não conectada à rede, valores na faixa de 15% a 45%.

Reduzir os custos da geração de eletricidade, preservando ao mesmo tempo o meio ambiente – com os benefícios tangíveis e intangíveis que isso gera – é uma questão prioritária na agenda de muitos executivos do setor de mineração.

Efeitos do Diesel:

As minas estão localizadas em áreas remotas com sérios problemas de conectividade e de acesso. O fornecimento de diesel para os equipamentos de geração que estão instalados nas minas, além de ser um custo, supõe um risco operacional e ambiental, gerando uma importante complexidade logística. Problemas logísticos podem comprometer o fornecimento de eletricidade, e contar com o back-up de combustível para garantir esse suprimento aumenta os custos de produção.

O diesel, que é um hidrocarboneto orgânico, possui uma certa quantidade de água que, quando armazenada em um tanque de combustível, pode produzir um ambiente propício ao crescimento de microrganismos (bactérias, leveduras, fungos) que levam à formação de sedimentos biológicos, os quais podem danificar os equipamentos de geração elétrica.

As emissões de motores diesel, na forma de finas partículas de escape, são uma importante fonte de poluição do ar, gerando um risco significativo para a saúde. Além da poluição auditiva e visual produzida pela geração de energia a diesel, a geração de eletricidade através do diesel acarreta danos irreparáveis ao meio ambiente: i) óxidos de nitrogênio e ii) gases de efeito estufa.

Em altitude, os motores a diesel são afetados por uma redução no seu desempenho devido à compressão. Isso também gera um desgaste acelerado dos equipamentos a diesel devido a condições de trabalho inadequadas. Além disso, dois problemas adicionais são gerados: i) falhas de isolamento elétrico e ii) falhas na refrigeração dos equipamentos.

Há um número adicional de aspetos desfavoráveis relacionados à geração de energia a diesel, no entanto, vamos destacar um aspeto positivo pelo qual o equipamento a diesel deve permanecer em qualquer operação de mineração: contingências e emergências.

Descrição da Solução Híbrida:

A solução híbrida é baseada na combinação de tecnologias de geração fóssil com energias limpas e/ou renováveis em redes elétricas. Para isso, é necessário criar uma micro-rede que controle a dinâmica elétrica de geração e consumo. Esta micro-rede é composta por equipamentos eletrônicos que controlam a geração de energia renovável, o armazenamento em baterias, os consumos e os grupos de diesel que estão sempre em apoio à operação (reserva a frio). No gráfico seguinte resumimos, de forma conceitual, os componentes da microred que compõe a solução híbrida.

Através do uso de eletrônica de potência de última geração, são realizadas todas as funções de gerenciamento de energia ativa e reativa necessárias para que o sistema atenda a demanda, lidando dessa forma com os eventos que ocorrem, usando a conversão de energia baseada em corrente contínua, de origem solar e armazenado em baterias, em corrente alternada e vice-versa.

Toda a operação da micro-rede é controlada por equipamentos de controle responsáveis pelo gerenciamento do fluxo de energia. Cada elemento da micro-rede possui uma unidade de controle que regula sua operação relativamente à conexão, desconexão e regulação.

O sistema de controle tem que ser muito rápido para antecipar-se às perturbações da rede, de forma a assegurar a estabilidade da rede, garantindo a tensão e a frequência do sistema.

O controle é um elemento crítico para a operação ótima e estável da micro-rede. Cada equipamento deve ser supervisionado e controlado para a operação estável em tensão e frequência, regulando a potência e a demanda de maneira constante e instantânea. É importante ter uma arquitetura distribuída e a experiência comprovada de todos os componentes da solução.

Uma vantagem adicional da micro-rede híbrida é a rapidez da sua implementação. Dependendo do tamanho e complexidade da mesma, os tempos de implementação variam de seis meses a dois anos para ser comissionada e estar operacional a 100%.

Outra vantagem dessas soluções híbridas é a capacidade que elas fornecem para gerenciar a matriz energética da mina com base nas operações, nos recursos existentes e nas regras de negócios, integrando também a geração de vapor, usando tecnologias CSP (Concentrated Solar Power), nas condições de pressão e temperatura que são necessárias para os processos produtivos da mina.

O grupo diesel fica reservado para situações em que a energia não pode ser fornecida pela usina solar fotovoltaica e/ou pelas baterias e/ou para arranques de zero, permanecendo SEMPRE como uma garantia para a operação de energia elétrica da mina.

Confiabilidade da Solução Híbrida (com base na energia solar fotovoltaica):

O mercado de energia solar renovável, com mais de 300 GW instalados em todo o mundo, continua seu boom e é uma alternativa de geração totalmente madura. Consequentemente, um objetivo principal de qualquer sistema de energia fotovoltaica é garantir que o sistema funcione de forma contínua e confiável:

• Fonte de energia primária: O sol. Embora a energia solar recebida em apenas uma hora possa alimentar o mundo por um ano, selecionar o local correto para a usina fotovoltaica é um ponto crucial. Mais de 80% das minas em áreas isoladas estão localizadas dentro da faixa solar (área de irradiação solar ótima), o que garante a capacidade de previsão da radiação solar.
• Recurso solar. Para calcular a radiação solar correta são utilizadas as bases de dados de irradiação solar (ex.: Meteonorm e SolarGis), que garantem os dados corretos de irradiação utilizados.
• Tecnologia de Usina Solar Fotovoltaica. Para melhorar o fator da usina solar e otimizar a produção fotovoltaica, o uso de rastreadores solares deve ser avaliado. Atualmente, a opção mais econômica é o uso de sistemas de rastreamento de 1 eixo. A irradiação plana recebida aumenta significativamente (+20%) em comparação com a irradiação horizontal global.
• Equipamentos elétricos. Os equipamentos eletrônicos e elétricos têm uma confiabilidade superior a 99%, sem que as peças móveis afetem notavelmente o custo de manutenção e o pessoal disponível.
• Seleção de produtos e componentes. A contínua pressão de fixação de preços em todas as partes da cadeia de fornecimento de energia fotovoltaica fez com que muitos operadores tradicionais na indústria se preocupassem com o desempenho a e a confiabilidade a longo prazo dos componentes fotovoltaicos. Embora a maior atenção tenha sido dada à confiabilidade do módulo, os componentes do BOS – balanceamento do sistema – como inversores, equipamentos elétricos e estruturas, também devem ser examinados. Consequentemente, os provedores de primeiro nível [chamados TIER_1] devem ser usados.

Q-Concept™:

A Quantum Power Group desenvolveu o Q-Concept™, que é o primeiro modelo aproximado para apresentar a um cliente um projeto de energia, que permite analisar a viabilidade técnica / econômica / financeira / operacional de uma solução híbrida comparada com outras fontes geração elétrica – incluindo geração a diesel.

Para ilustrar os benefícios da solução híbrida em comparação com a geração diesel, apresenta-se a seguir alguns dados significativos desenvolvidos para uma mina com uma potência instalada de 8 MW, em uma área com muito boa radiação solar (+ 2.200 horas), com uma temperatura média baixa devido à altitude, e com um perfil de carga constante durante as 24 horas.

Os resultados, tendo simulado modelos com diferentes graus de penetração de energia renovável na solução híbrida, são conclusivos:

• Redução em litros de combustível entre 45% e 95%, ou seja, entre 4 e 13 milhões de litros de diesel por ano.
• Redução nos custos de eletricidade entre 40% e 60%, isto é, entre 6 e 15 milhões de dólares por ano.

A solução híbrida modelada, além de garantir o nível adequado de serviço elétrico, proporcionará maior rentabilidade ao projeto de exploração da mineração, contribuirá para reduzir a pegada de carbono e minimizará os riscos operacionais.

Benefícios da Solução Híbrida:

Conforme descrevemos, as soluções híbridas nos permitem fornecer energia elétrica segura | despachável | confiável e acessível, minimizando os riscos operacionais de deixar a geração a diesel como uma reserva de energia instalada.

O Q-Concept™ nos permite concluir que a solução híbrida modelada para a mina gerará os seguintes benefícios:

• Uma redução significativa nos custos operacionais (OPEX), paralelamente a uma redução significativa nos custos de combustível.
• Simplificação da logística de combustível, reduzindo a probabilidade de acidentes de trânsito em caminhões.
• A extensão dos tempos de revisão dos equipamentos de geração a diesel e uma simplificação substancial da manutenção dos equipamentos móveis.
• Uma redução significativa na manutenção de consumíveis (filtros, lubrificantes, etc.).
• Um custo constante de eletricidade a longo prazo, através de um contrato de PPA (Power Purchase Agreement), minimizando os riscos de ter operações de mineração atreladas ao custo do petróleo.
• Uma infraestrutura elétrica com uma vida útil superior a 20 anos, em sintonia com as operações de mineração que geralmente são por longos períodos.
• Uma redução significativa nas emissões e poluição.
• Uma melhoria na imagem corporativa da mina, ao usar energia limpa.

Conclusões:

Queríamos compartilhar com você, caro leitor, um resumo de nossas experiências no setor de mineração. Experiências que foram geradas trabalhando para os principais grupos internacionais de mineração em 4 dos 5 continentes, desde empresas líderes no fornecimento de produtos e serviços no setor de energia elétrica.

Com todos estes anos de experiência, e com milhares de MW de desenvolvimentos efetuados, temos conseguido mostrar a investidores e acionistas a viabilidade técnica e econômica da adoção dessas tecnologias, o que nos permite garantir que As soluções híbridas com fontes de energia renováveis são a alternativa para reduzir custos operacionais, colaborando para preservar o meio ambiente, e garantir a operação de energia elétrica de uma operação de mineração.

Autores:

Engenheiro/MBA Asenjo Vegue, Sergio.
Engenheiro/MBA Campos Dugone, Ruy.
Engenheiro/MBA Vega Betoret, Alejandro.

Sócios da Quantum Power Group (www.quantum.group)
Traduzido para Português: Engenheiro Paulo Lopes, Diretor Executivo de EcoEnerg (empresa parceira da Quantum no Brasil, www.ecoenerg.com.br)