Gruvtruckar drar 90 procent mindre diesel efter elektrifiering

2020-11-24 06:00  

Aitikgruvan står ensam för 0,6 procent av den svenska dieselförbrukningen. Tack vare elektrifiering med kontaktledningar kan behovet minskas rejält. Plus i kanten: Gruvtruckarna går dubbelt så snabbt.

I Aitikgruvan utanför Gällivare rullar 34 gruvtruckar som fullastade väger upp till 570 ton. Med full fart i uppförsbacke (10 procent) förbrukar ett enda fordon 580 liter diesel per timme. I hela gruvverksamheten går det årligen åt 35 000 kubikmeter diesel.

Det motsvarar 0,6 procent av den totala svenska förbrukningen, eller 3 procent av de totala utsläppen från arbetsmaskiner.

I ett pilotprojekt har fyra av dessa gruvtruckar konverterats för att kunna köras på el från kontaktledningar. Ny Teknik berättade om projektet i början av 2018. Boliden Minerals syfte är bland annat att sänka växthusgasutsläppen. Trots att en hel del utrustning är elektrifierad sedan tidigare i Aitikgruvan är dagbrottets totala bränsleförbrukning häpnadsväckande.

Läs mer: Boliden elektrifierar gruvtruckar – med kontaktledningar

60 meters höjdskillnad

Gruvan är närmare 500 meter djupt. Men det är inte vägen upp ur gruvan som elektrifierats utan en ramp till en gråbergstipp. Höjdskillnaden på sträckan är cirka 60 meter.

700 meter av rampen har försetts med kontaktledningssystem. Det grundar sig på en konstruktion från en amerikanska gruva men har anpassats för att kunna byggas med en så hög andel standardkomponenter från svensk järnväg som möjligt. Ett fordon matas med upp till 4,5 MW effekt (likström). Systemet är dimensionerat för 10 MW och kan därmed förse två gruvtruckar med energi samtidigt.

Fullastade väger de 570 ton. Foto: Jonas Westling

De fyra gruvtruckarna som har konverterats är från Caterpillar och av modellen 795F AC. De är dieselelektriska från fabrik, det vill säga en enorm 85-liters dieselmotor driver en generator som matar de båda elektriska navmotorerna med elenergi.

Navmotorerna är dimensionerade för att kunna ta emot 4,75 MW kontinuerligt. Men diselmotorn kan endast lämna 2,54 MW. Fullastade i uppförsbacke kan gruvtruckarna därför bara puttra fram i cirka 15 kilometer per timme. Tack vare strömförsörjningen från kontaktledningarna kommer navmotorerna till sin fulla rätt och hastigheten kan dubbleras. Färden uppför rampen kan göras 70 sekunder snabbare.

Läs mer: Svenska Epiroc automatiserar hela jättegruvans truckflotta

Inga kapacitetsproblem

Det ökade elbehovet har inte utgjort något problem rent kapacitetsmässigt. Inkommande transformatorstation har visserligen nyss uppgraderats, men det var inte på grund av kontaktledningssystemet.

– I och med att vi har anrikningsverk, järnväg och krossar har vi redan väldigt hög elförbrukning. Grävmaskinerna går också på el. Så i sammanhanget är gruvtruckarna bara en mindre förbrukare, säger Jonas Ranggård, ansvarig för Bolidens energiprogram, till Ny Teknik.

De största gruvtruckarna slurpar i sig 580 liter diesel per timme. Foto: Jonas Westling

Maskinerna kräver cirka tre veckors ombyggnad för att kunna köras på extern el. En större stålkonstruktion monteras i fordonets framkant. Högst upp på konstruktionen sitter pantograferna, det vill säga strömavtagarna som leder elenergin från kontaktledningarna till fordonet.

Det krävs även kraftelektronik av det rejälare slaget. Caterpillar har bidragit med programvara för växling mellan diesel- och eldrift. I hytten monteras en brytare för omkoppling.

Dieselmotorn går på tomgång

Dieselmotorn stängs inte av helt vid eldrift utan går på förhöjd tomgång för att försörja vissa kringsystem.

– Man kan inte praktisera start-stopp på dessa motorer. De måste bland annat kylas ner, säger Jonas Ranggård.

Ifall förarna råkar styra utanför kontaktledningarna sänks pantograferna automatiskt ner. Funktionen finns för att skydda kontaktledningarna när chauffören återinträder på banan. Om för många fordon försöker hämta el samtidigt sänks också pantograferna. Dessutom måste alla fordon höjdmätas innan de får börja köra på elvägen, så att inte en uppstickande sten orsakar skador.

Gruvtruckar drivna av kontaktledningar har använts tidigare, men inte i arktiskt klimat. Just kylan var också något som innebar vissa utmaningar. Hydrauliken som styr pantograferna fastnade vid något tillfälle.

– Det löste vi genom att installera en cirkulationskrets för att få snurr på oljan, säger Jonas Ranggård.

Läs mer: Railcare lanserar världens största batteridrivna spårfordon

Pantografer skadades av fallande sten

Under pilotprojektet hände det också att stenar vid lastning föll över flakets främre "keps" och skadade pantograferna. Det löstes genom att höja flakkepsen.

Kylan ledde även till att isolatorer som kontaktledningarna hängs upp i brast, eftersom förstärkningslinorna krympte. Det löstes genom en flexiblare upphängning som bättre kan hantera temperaturförändringar.

Testerna visar att dieselförbrukningen har kunnat sänkas från 580 liter per timme vid full effekt, till 45 liter. Bränslebesparingen under en cykel på elvägen blir 25 liter, en minskning med över 90 procent. Den årliga bränslebesparingen uppgår till 830 kubikmeter.

Energimyndigheten: "Mycket intressant"

Peter Kasche, programchef på Energimyndigheten, är nöjd med resultatet i pilotprojektet.

– Detta projekt är mycket intressant då det både har gett verkligt stor klimateffekt samtidigt som produktionen har blivit mer konkurrenskraftig för deltagande företag. Det finns också erfarenheter att hämta för statligt delfinansierade elvägsprojekt, skriver han i ett mejl till Ny Teknik.

Projektet har redan gett ringar på vattnet. Boliden Mineral beslutade för drygt ett år sedan att investera 300 miljoner kronor i en utbyggnad. I Aitikgruvan kommer tre kilometer kontaktledning att byggas och ytterligare tio gruvtruckar att konverteras. Dessutom ska 1,8 kilometer byggas i den finska nickel- och koppargruvan Kevitsa. Tretton gruvtruckar konverteras, vilket är tre fjärdedelar av flottan.

Investeringen innebär att Boliden Mineral kommer att kapa utsläppen med 15–20 procent i Aitik och 9 procent i Kevitsa, sett över gruvornas livslängd.

Caterpillar har sedan pilotprojektet inleddes dessutom bestämt sig för att kommersialisera systemet. Det går nu att beställa fordon färdigutrustade för färd på elväg. Detsamma gäller för konkurrenten Komatsu.

– Det har varit en framgångsrik del i projektet, att hjälpa till att få ut truckarna på världsmarknaden, säger Rikard Mäki, projektledare på Boliden.

Läs mer: Vässad hydraulpump ska tas fram i svenskt projekt

Uppför rampen till gråbergstippen kan trucken som drivs av el från elvägen gå i 30 kilometer per timme. Det är dubbelt så snabbt som dieselmotorn orkar med. Foto: Jonas Westling

Batterier och dynamisk laddning nästa steg?

Det går inte att använda sig av kontaktledningar precis överallt i gruvorna. Dels på grund av sprängningar men också för att vissa vägar helt enkelt används under för kort tid. En doktorand från Chalmers har i projektet undersökt möjligheten att ersätta dieselmotorn med batterier för att ytterligare sänka utsläppen.

– Forskningen har visat att kontaktledningar i kombination med batterier och dynamisk laddning kan vara extremt attraktivt. Vi jobbar just nu med leverantörer av energilager kring den frågan, säger Rikard Mäki.

Fakta: Elektrifierad gruvtransport i arktiskt klimat

Finansiering: Projektet har kostat 39 miljoner kronor, varav Energimyndigheten har bidragit med 9,7 miljoner.

Projektdeltagare: Boliden Mineral, Omexom (tidigare Eitech), ABB, Zeppelin/Caterpillar, Chalmers.

Resultat:

* Lägre utsläpp av växthusgaser. Fullt utbyggd väntas Aitikgruvan förbruka 30–50 procent mindre diesel.

* Ökad produktivitet eftersom gruvtruckarna kör den 700 meter långa sträckan 70 sekunder snabbare.

* Förbättrad arbetsmiljö tack vare minskade utsläpp.

Johan Kristensson

Mer om: Gruvor Elvägar

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt