南非“挖矿”：土豪斥巨资投光伏、储能！

文 | RichardDoyleJUWI

翻译 | Selina

编辑 | 肖蓓

出品 | PV Tech 每日光伏新闻

自2022年南非总统提出《能源行动计划》，以结束甩负荷和实现能源安全的计划后，南非可再生能源市场变得火热起来。

计划重点提到了加快从可再生能源、天然气和电池储能中采购新的发电能力，支持并加快私人对发电能力的投资，释放企业和家庭对屋顶太阳能的投资，从根本上转变该国电力行业，实现长期能源安全。

光伏+矿业新思路

在本文中，JUWI Renewable Energies点出了一条能结合南非现状与太阳能储能发展的新思路，南非公司总经理Richard Doyle探讨了太阳能光伏与电池储能在采矿业中的优势、经验和未来。

采矿业在为各行各业提供重要原材料方面发挥着至关重要的作用，但同时也消耗着惊人的能源，采矿业约占全球能耗总量的 11%。目前，这些能源中有相当一部分来自化石燃料，矿山排放的温室气体占全球排放量的 4-7%。

对矿山来说，这些能源也是有成本的，能源约占矿山总现金运营成本的 30-40%。

采矿业日益认识到减少碳足迹对于应对气候变化、降低成本、减轻美国和欧盟征收碳进口税的威胁以及满足利益相关者、投资者和监管机构的期望至关重要。

Anglo American、Rio Tinto、BHP和Sibanye等大型矿业公司正在引领潮流，制定了至 2040年或2050年实现净零排放的目标。可再生能源将在帮助他们实现这些目标方面发挥重要作用。

仅在南非，矿业公司就计划在可再生能源项目上投入38亿美元，其中有 585MW的太阳能项目正在筹备或已经实施。

为什么要加储能

可再生能源面临的挑战在于，它们本身具有间歇性，会随着昼夜和天气条件变化而变化。在矿山等作业中，即使是短暂的电力供应中断也会造成巨大的负面影响。这就使得能源安全成为矿井运营的首要问题，因为这关系到健康和安全，例如井下通风，一旦发生故障，可能就会造成人员伤亡；或者一旦失去电力，可能就会引发不可逆转的进程。

蓄电池储能系统（BESS）可以在晴天时储存多余的太阳能，并在需要时放电，从而为解决间歇性问题和风险提供越来越多的支持。与柴油或重油等具有热惯性且启动需要时间的热系统不同，BESS 可对变化做出瞬时反应，还可提供频率和电压控制。

随着价格下降，大型电池也变得更加经济，并能发挥削峰填谷或备用电源的作用。在电网故障或热力系统故障的情况下，电池储能可以在一段时间内维持关键运行。

埃及Sukari太阳能和储能混合电站

埃及Sukari金矿

埃及红海附近Sukari金矿的36 MW/7.5MWh太阳能-储能电站展示了太阳能光伏发电和储能如何应对气候变化、节约成本，同时管理能源的间歇性。该金矿位于沙漠中一个非常偏远的地方，历史上一直依赖柴油和重油发电，每天24小时燃烧燃料。

JUWI承担了Sukari太阳能项目的设计、工程、采购和施工(EPC)以及运营和维护(O&M)工作，该项目为非洲和全球其他矿业运营树立了典范。

电站(当时是非洲最大的混合发电项目)充分利用了这一地区良好的太阳能辐照，采用双面太阳能光伏组件和单轴跟踪系统，最大限度地提高了发电量。JUWI 的 Hybrid IQ微电网技术可将太阳能和电池系统集成到现有的离网网络中，并支持现有发电站的运行。团队首次使用云预测来协助解决间歇性问题。

电站一直在稳定提供36MWdc的电力，转换为30MWac的电力。由于减少了燃料价格波动的影响，矿场每天可节省多达70000升柴油，平均每年减少柴油消耗量达2200万升。

按照目前的柴油价格计算，这意味着该电站每年可节约成本2000万美元，同时预计可减少60000 吨/年二氧化碳当量的范围1 温室气体 (GHG) 排放量，并随之减少使用卡车运往现场的柴油量。这意味着每年可节约 200 万棵树或近 14 万桶石油！

光伏+BESS项目经验

Sukari为矿山提供了一个成功的光伏+BESS项目范例，但矿山应该关注哪些重要的考虑因素和挑战呢？作为一个团队，JUWI 集团在过去九年中实施了20 个混合项目，并从中汲取了一些重要经验。

优先考虑化石燃料替代

关键在于不要试图一开始就采用纯粹的可再生能源解决方案，而是要确定替代技术可以取代多少现有化石燃料解决方案。如果仅使用光伏发电，替代率可达到 30 - 40%，但如果使用电池，替代率可达到约 60%。如果在太阳能和储能的基础上再加上风能，那么替代率可以达到 80% - 90%，而成本却与化石燃料解决方案相当。目前，正在实施的大多数电池解决方案都使用锂技术，人们仍在继续探索用于大型系统的钒液流电池和其他化学物质。

BESS易于集成到合适的光伏电站中

要在采矿作业中成功部署光伏与储能系统，需要解决几个特定地点的考虑因素和运营挑战。除土地可用性外，还有一些与光伏相关的常规要求，如地面稳定、无环境问题、易于并入矿山变电站等。BESS 所需的占地面积通常比可再生能源组件小得多。电池一般有两类应用——一类是Sukari这样的离网应用，另一类是南非这样的国家，在这些国家，电池将提高太阳能的普及率，从而节省更多成本。

光伏发电和 BESS 与矿山的其他供应（电网和/或热能发动机）的整合是关键。成功整合后，实时监测和控制系统（包括云预测系统等）可实现高效、优化的运行，并可进行主动维护。电池技术已经成熟，在正确处理和维护的前提下，可以保证较高的循环寿命。BESS 的使用寿命有望超过十年或更长。数据分析可以发现性能问题并指导优化策略。随着电池技术的发展，有必要持续监控电池技术的进步，从而降低成本，提高性能。

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负担能力和资金不再是主要障碍

长期以来，财务因素一直是矿山更多地采用可再生能源的障碍。10 MW纯太阳能设施的前期费用从 800 万美元到 1200 万美元不等，这可能会与开采矿体所需的资金相冲突。此外，采矿作业的生命周期相对较短，与长期项目融资或可再生能源资产的预期使用寿命并不匹配。BESS 系统的价格一直在下降，目前已低于每千瓦时 200 美元。

然而，最近的事态发展正在发生有利于 BESS 的变化：

- 商品价格上涨，再加上电力成本飙升，使得可再生能源电站可以获得更多资金，并改善了自筹资金的商业可行性。

- 与此同时，也出现了更多消除资本障碍的融资解决方案。15 - 20 年期甚至更短的购电协议（PPA）越来越普遍，进一步促进了可再生能源的采用。

- 独立发电商（IPP）越来越多地汇集来自多个能源客户的需求，或者进行电力轮转。

- 最后，可重新部署系统的引入将彻底改变许多矿山的面貌，因为一旦矿山的寿命结束，这些系统就可以重新部署和重新使用。

展望未来：全球采矿作业将由清洁能源驱动

采矿业不断增长的需求与全球可再生能源需求的增长完美契合，从而推动了技术进步和成本下行。目前，根据彭博新能源财经的数据，储能市场每年约为50GW，预计至2030年将激增至每年350GW。在此期间，4小时锂离子电池储能系统的成本预计将进一步下降40%。

矿山和其他能源密集型行业日益增长的需求将推动对更长续航储能的需求。虽然容量为1-2小时的锂离子电池储能目前是最适合大多数应用的解决方案，但市场可能会进一步向钠离子、钒液流、氢气、抽水蓄能以及最近的重力储能等替代技术开放。

可扩展的模块化光伏储能解决方案将使更多的矿业公司能够定制其可再生能源系统以满足特定要求。由于矿山的运营多种多样，对能源的需求也各不相同，因此这种适应性可确保可再生能源解决方案既能在大规模矿山运营中使用，也能在小规模矿山运营中使用。

总之，矿山正站在一场革命的边缘，很可能在短短一、二十年内，全球采矿作业将由清洁能源和先进的储能技术驱动。

采矿业必须克服的最大挑战之一是，采矿业历来是一个保守的行业，在采用新技术方面喜欢 "先到先得"。可再生能源在某种程度上也是如此，但目前的成本、气候和间歇性要求意味着矿山正在不断发展，并在储能方面率先采取行动。

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