• Bulldozers at work in gravel mine

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कई बैटरी और चार्जिंग प्रौद्योगिकियां हैं जिन पर भूमिगत खनन में इलेक्ट्रोमोबिलिटी में संक्रमण करते समय विचार करने की आवश्यकता होती है।

Battery Power and the Future of Deep-Level Mining

बैटरी से चलने वाले खनन वाहन भूमिगत खनन के लिए आदर्श रूप से अनुकूल हैं।क्योंकि वे निकास गैसों का उत्सर्जन नहीं करते हैं, वे शीतलन और वेंटिलेशन आवश्यकताओं को कम करते हैं, ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) उत्सर्जन और रखरखाव लागत में कटौती करते हैं, और काम करने की स्थिति में सुधार करते हैं।

आज लगभग सभी भूमिगत खदान उपकरण डीजल से चलने वाले हैं और निकास धुएं का निर्माण करते हैं।यह श्रमिकों के लिए सुरक्षा बनाए रखने के लिए व्यापक वेंटिलेशन सिस्टम की आवश्यकता को बढ़ाता है।इसके अलावा, जैसा कि आज के खदान संचालक अयस्क जमा करने के लिए 4 किमी (13,123.4 फीट) की गहराई तक खुदाई कर रहे हैं, ये सिस्टम तेजी से बड़े हो गए हैं।इससे उन्हें स्थापित करने और चलाने के लिए और अधिक ऊर्जा भूख लगी है।

साथ ही बाजार बदल रहा है।सरकारें पर्यावरणीय लक्ष्य निर्धारित कर रही हैं और उपभोक्ता ऐसे अंतिम उत्पादों के लिए प्रीमियम का भुगतान करने के इच्छुक हैं जो कम कार्बन पदचिह्न प्रदर्शित कर सकते हैं।यह खदानों को डीकार्बोनाइजिंग करने में अधिक रुचि पैदा कर रहा है।

लोड, हॉल और डंप (एलएचडी) मशीनें ऐसा करने का एक शानदार अवसर हैं।वे भूमिगत खनन के लिए लगभग 80% ऊर्जा मांग का प्रतिनिधित्व करते हैं क्योंकि वे खदान के माध्यम से लोगों और उपकरणों को स्थानांतरित करते हैं।

बैटरी से चलने वाले वाहनों पर स्विच करने से खनन को कम किया जा सकता है और वेंटिलेशन सिस्टम को सरल बनाया जा सकता है।Battery Power and the Future of Deep-Level Mining

इसके लिए उच्च शक्ति और लंबी अवधि वाली बैटरी की आवश्यकता होती है - एक ऐसा कर्तव्य जो पिछली तकनीक की क्षमताओं से परे था।हालांकि, पिछले कुछ वर्षों में अनुसंधान और विकास ने प्रदर्शन, सुरक्षा, सामर्थ्य और विश्वसनीयता के सही स्तर के साथ लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरी की एक नई नस्ल बनाई है।

 

पांच साल की उम्मीद

जब ऑपरेटर एलएचडी मशीनें खरीदते हैं, तो वे कठिन परिस्थितियों के कारण 5 साल के जीवन की उम्मीद करते हैं।नमी, धूल और चट्टानों, यांत्रिक झटके और कंपन के साथ असमान परिस्थितियों में मशीनों को 24 घंटे भारी भार परिवहन करने की आवश्यकता होती है।

जब सत्ता की बात आती है, तो ऑपरेटरों को बैटरी सिस्टम की आवश्यकता होती है जो मशीन के जीवनकाल से मेल खाते हों।बैटरियों को लगातार और गहरे चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों का सामना करने की भी आवश्यकता होती है।वाहन की उपलब्धता को अधिकतम करने के लिए उन्हें फास्ट चार्जिंग में सक्षम होना चाहिए।इसका अर्थ है एक बार में 4 घंटे की सेवा, जो आधे दिन की पाली के पैटर्न से मेल खाती है।

बैटरी-स्वैपिंग बनाम तेज़ चार्जिंग

इसे हासिल करने के लिए बैटरी-स्वैपिंग और फास्ट चार्जिंग दो विकल्पों के रूप में उभरे।बैटरी-स्वैपिंग के लिए बैटरी के दो समान सेटों की आवश्यकता होती है - एक वाहन को पावर देने वाला और दूसरा चार्ज पर।4 घंटे की शिफ्ट के बाद, खर्च की गई बैटरी को नए सिरे से चार्ज की गई बैटरी से बदल दिया जाता है।

इसका लाभ यह है कि इसके लिए उच्च शक्ति चार्जिंग की आवश्यकता नहीं होती है और इसे आम तौर पर खदान के मौजूदा विद्युत बुनियादी ढांचे द्वारा समर्थित किया जा सकता है।हालांकि, बदलाव के लिए उठाने और संभालने की आवश्यकता होती है, जो एक अतिरिक्त कार्य बनाता है।

दूसरा तरीका यह है कि पॉज़, ब्रेक और शिफ्ट परिवर्तन के दौरान लगभग 10 मिनट के भीतर तेजी से चार्ज करने में सक्षम एकल बैटरी का उपयोग किया जाए।यह बैटरी स्विच करने की आवश्यकता को समाप्त करता है, जिससे जीवन सरल हो जाता है।

हालांकि, फास्ट चार्जिंग एक हाई-पावर ग्रिड कनेक्शन पर निर्भर करती है और खदान संचालकों को अपने विद्युत बुनियादी ढांचे को अपग्रेड करने या वेसाइड एनर्जी स्टोरेज को स्थापित करने की आवश्यकता हो सकती है, विशेष रूप से बड़े बेड़े के लिए जिन्हें एक साथ चार्ज करने की आवश्यकता होती है।

बैटरी की अदला-बदली के लिए ली-आयन केमिस्ट्री

स्वैपिंग और फास्ट चार्जिंग के बीच का चुनाव बताता है कि किस प्रकार की बैटरी केमिस्ट्री का उपयोग करना है।

ली-आयन एक छत्र शब्द है जो इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर करता है।इनका उपयोग व्यक्तिगत रूप से किया जा सकता है या आवश्यक चक्र जीवन, कैलेंडर जीवन, ऊर्जा घनत्व, तेज़ चार्जिंग और सुरक्षा प्रदान करने के लिए मिश्रित किया जा सकता है।

अधिकांश ली-आयन बैटरी ग्रेफाइट के साथ नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में बनाई जाती हैं और सकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में विभिन्न सामग्री होती हैं, जैसे लिथियम निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट ऑक्साइड (एनएमसी), लिथियम निकल-कोबाल्ट एल्यूमीनियम ऑक्साइड (एनसीए) और लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) )

इनमें से एनएमसी और एलएफपी दोनों पर्याप्त चार्जिंग प्रदर्शन के साथ अच्छी ऊर्जा सामग्री प्रदान करते हैं।यह बैटरी की अदला-बदली के लिए इनमें से किसी एक को आदर्श बनाता है।

फास्ट चार्जिंग के लिए एक नई केमिस्ट्री

फास्ट चार्जिंग के लिए एक आकर्षक विकल्प सामने आया है।यह लिथियम टाइटेनेट ऑक्साइड (एलटीओ) है, जिसमें एनएमसी से बना एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड है।ग्रेफाइट की जगह इसका नेगेटिव इलेक्ट्रोड एलटीओ पर आधारित होता है।

यह एलटीओ बैटरी को एक अलग प्रदर्शन प्रोफ़ाइल देता है।वे बहुत अधिक पावर चार्जिंग स्वीकार कर सकते हैं ताकि चार्जिंग का समय 10 मिनट जितना कम हो सके।वे अन्य प्रकार के ली-आयन रसायन विज्ञान की तुलना में तीन से पांच गुना अधिक चार्ज और डिस्चार्ज चक्र का भी समर्थन कर सकते हैं।यह एक लंबे कैलेंडर जीवन में तब्दील हो जाता है।

इसके अलावा, एलटीओ में अत्यधिक उच्च अंतर्निहित सुरक्षा है क्योंकि यह बिजली के दुरुपयोग जैसे गहरे निर्वहन या शॉर्ट सर्किट, साथ ही यांत्रिक क्षति का सामना कर सकता है।

बैटरी प्रबंधन

ओईएम के लिए एक अन्य महत्वपूर्ण डिजाइन कारक इलेक्ट्रॉनिक निगरानी और नियंत्रण है।उन्हें वाहन को बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) के साथ एकीकृत करने की आवश्यकता है जो पूरे सिस्टम में सुरक्षा की रक्षा करते हुए प्रदर्शन का प्रबंधन करता है।

एक अच्छा बीएमएस निरंतर तापमान बनाए रखने के लिए अलग-अलग कोशिकाओं के चार्ज और डिस्चार्ज को भी नियंत्रित करेगा।यह लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करता है और बैटरी जीवन को अधिकतम करता है।यह प्रभारी की स्थिति (एसओसी) और स्वास्थ्य की स्थिति (एसओएच) पर भी प्रतिक्रिया प्रदान करेगा।ये बैटरी लाइफ के महत्वपूर्ण संकेतक हैं, जिसमें SOC दिखाता है कि ऑपरेटर शिफ्ट के दौरान कितनी देर तक वाहन चला सकता है, और SOH शेष कैलेंडर जीवन का संकेतक है।

प्लग-एंड-प्ले क्षमता

जब वाहनों के लिए बैटरी सिस्टम निर्दिष्ट करने की बात आती है, तो मॉड्यूल का उपयोग करना बहुत मायने रखता है।यह बैटरी निर्माताओं को प्रत्येक वाहन के लिए विशेष रूप से निर्मित बैटरी सिस्टम विकसित करने के लिए कहने के वैकल्पिक दृष्टिकोण से तुलना करता है।

मॉड्यूलर दृष्टिकोण का बड़ा लाभ यह है कि ओईएम कई वाहनों के लिए एक बुनियादी मंच विकसित कर सकते हैं।फिर वे प्रत्येक मॉडल के लिए आवश्यक वोल्टेज देने वाले स्ट्रिंग्स बनाने के लिए श्रृंखला में बैटरी मॉड्यूल जोड़ सकते हैं।यह बिजली उत्पादन को नियंत्रित करता है।फिर वे आवश्यक ऊर्जा भंडारण क्षमता बनाने और आवश्यक अवधि प्रदान करने के लिए इन तारों को समानांतर में जोड़ सकते हैं।

भूमिगत खनन में खेल में भारी भार का मतलब है कि वाहनों को उच्च शक्ति देने की जरूरत है।यह 650-850V पर रेटेड बैटरी सिस्टम के लिए कहता है।जबकि उच्च वोल्टेज को अपग्रेड करने से उच्च शक्ति प्रदान होगी, इससे सिस्टम की लागत भी अधिक होगी, इसलिए यह माना जाता है कि सिस्टम निकट भविष्य के लिए 1,000V से नीचे रहेगा।

4 घंटे के निरंतर संचालन को प्राप्त करने के लिए, डिजाइनर आमतौर पर 200-250 kWh की ऊर्जा भंडारण क्षमता की तलाश कर रहे हैं, हालांकि कुछ को 300 kWh या उससे अधिक की आवश्यकता होगी।

यह मॉड्यूलर दृष्टिकोण ओईएम को विकास लागत को नियंत्रित करने और टाइप परीक्षण की आवश्यकता को कम करके बाजार में समय कम करने में मदद करता है।इसे ध्यान में रखते हुए, साफ्ट ने एनएमसी और एलटीओ इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री दोनों में उपलब्ध प्लग-एंड-प्ले बैटरी समाधान विकसित किया।

एक व्यावहारिक तुलना

मॉड्यूल की तुलना कैसे की जाती है, यह महसूस करने के लिए, बैटरी-स्वैपिंग और फास्ट-चार्जिंग के आधार पर एक विशिष्ट एलएचडी वाहन के लिए दो वैकल्पिक परिदृश्यों को देखने लायक है।दोनों ही परिदृश्यों में, वाहन का वजन 45 टन बिना लदी और 60 टन पूरी तरह से 6-8 एम3 (7.8-10.5 yd3) की भार क्षमता के साथ होता है।समान-से-समान तुलना को सक्षम करने के लिए, Saft ने समान भार (3.5 टन) और आयतन (4 m3 [5.2 yd3]) की बैटरियों की कल्पना की।

बैटरी-स्वैपिंग परिदृश्य में, बैटरी एनएमसी या एलएफपी रसायन शास्त्र पर आधारित हो सकती है और आकार और वजन लिफाफे से 6 घंटे की एलएचडी शिफ्ट का समर्थन करेगी।400 आह क्षमता के साथ 650V पर रेट की गई दो बैटरियों को वाहन से स्वैप करने पर 3 घंटे के चार्ज की आवश्यकता होगी।प्रत्येक 3-5 साल के कुल कैलेंडर जीवन में 2,500 चक्र तक चलेगा।

फास्ट-चार्जिंग के लिए, समान आयामों की सिंगल ऑनबोर्ड एलटीओ बैटरी को 250 आह क्षमता के साथ 800V पर रेट किया जाएगा, जो 15 मिनट के अल्ट्रा-फास्ट चार्ज के साथ 3 घंटे का संचालन प्रदान करेगा।क्योंकि रसायन शास्त्र कई और चक्रों का सामना कर सकता है, यह 5-7 साल के अपेक्षित कैलेंडर जीवन के साथ 20,000 चक्र प्रदान करेगा।

वास्तविक दुनिया में, एक वाहन डिजाइनर ग्राहक की प्राथमिकताओं को पूरा करने के लिए इस दृष्टिकोण का उपयोग कर सकता है।उदाहरण के लिए, ऊर्जा भंडारण क्षमता को बढ़ाकर पारी की अवधि को लंबा करना।

लचीला डिजाइन

अंततः, यह खदान संचालक होंगे जो यह चुनते हैं कि वे बैटरी स्वैपिंग या फास्ट चार्जिंग पसंद करते हैं या नहीं।और उनकी पसंद उनकी प्रत्येक साइट पर उपलब्ध विद्युत शक्ति और स्थान के आधार पर भिन्न हो सकती है।

इसलिए, एलएचडी निर्माताओं के लिए यह महत्वपूर्ण है कि वे उन्हें चुनने के लिए लचीलापन प्रदान करें।


पोस्ट करने का समय: अक्टूबर-27-2021