Technische Information 60 MW-GroSSkühlanlage. (ANGLOGOLD ASHANTI, MOAB KHOTSONG MINE, Süd-aFrika)

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1 Technische Information 60 MW-GroSSkühlanlage mit 4 P.E.S.-SystemeN (ANGLOGOLD ASHANTI, MOAB KHOTSONG MINE, Süd-aFrika)

2 Technische Information 60 MW-GroSSkühlanlage mit 4 P.E.S.-Systemen Mitte 2005 erhielt SIEMAG TECBERG (Pty) Ltd. aus Johannesburg, Südafrika, 100 %-ige Tochter der deutschen Firma SIEMAG TECBERG GmbH aus Haiger, den Auftrag über den Bau und die Lieferung von 4 kompletten Dreikammerrohraufgebern (P.E.S.) für die zentrale Klimatisierung der Goldmine MOAB KHOTSONG. Mit 60 MW Austauschleistung handelt es sich um die größte Anlage weltweit. Die Golderzgrube liegt ca. 240 km südlich von Johannesburg und ist im Besitz von AngloGold Ashanti, Südafrika. Im südafrikanischen Golderzbergbau wird in Tiefen bis zu m Golderz abgebaut und zur Aufbereitung zu Tage gefördert. Dabei herrschen in den sogenannten Goldreefs Gesteinstemperaturen bis zu 55 C und teilweise auch höher. Der maschinelle Einsatz unter Tage zur Erhöhung der Förderleistung erhöht zwangsweise auch die Umgebungstemperaturen. Außerdem ist die Luftfeuchtigkeit bedingt durch den großen Wasserverbrauch bei den Bohrarbeiten sehr hoch. Des Weiteren erreichen die Eingangswettertemperaturen im südafrikanischen Sommer, vor dem Schacht über Tage, bereits Temperaturen bis zu 32 C, je nach örtlicher Lage der jeweiligen Goldminen. Gemäß Fließschema/Gesamtkühlkonzept wird die Kühlwassermenge von 2 x m³/h mit 1,5 C über jeweils 2 isolierte Schachtleitungen DN400, PN150 von über Tage zu den zwei parallel angeordneten Dreikammerrohraufgebern DN300, PN150 auf den Level m gefördert. Nach dem durchgeführten Druckausgleich von 125 bar auf 3 bar kann das Kaltwasser (2 C) über den Niederdruck-Kaltwasser-Austritt des P.E.S. in den sogenannten Kaltwasserdamm auf m gelangen. Gleichzeitig und umgekehrt wird das Warmwasser (25 C) vom Warmwasserdamm bzw. vom Level m über den Niederdruck-Warmwasser-Eintritt des P.E.S. und anschließendem Druckausgleich von 3 bar auf 125 bar in die beiden Schachtleitungen DN400 zwecks Rückkühlung nach über Tage geführt. Die einziehenden Luftmengen werden dabei teilweise über Tage vorgekühlt. Berücksichtigt man alle diese Gegebenheiten, so kann man mit 100 %-iger Sicherheit behaupten, dass ohne Kühlung kein Arbeiten in den Goldreefs möglich wäre. Um eine leistungsfähige Kühlung der Arbeitsplätze unter Tage auf niedriger als 30 C erreichen zu können, müssen große Kühlwassermengen mit Kältemaschinen über Tage erzeugt und nach unter Tage geleitet werden. Die Dreikammerrohraufgeber-Systeme (P.E.S.) werden auf den Levels m und m in unmittelbarer Nähe vom Hauptschacht installiert. Hochdruckpumpen mit Antriebsleistung von ca. 3 x kw, Level m/level m Dreikammerrohraufgeber (P.E.S.) Level m

3 Moab Khotsong Mine, 240 km südwestlich von Johannesburg, Quelle: AngloGold Ashanti Beide Vorgänge werden energiesparend mit geringer Pumpenergie nach dem Prinzip der Kommunizierenden Röhren durchgeführt. Damit entfällt weitgehend die komplette Hubarbeit der HD-Pumpen mit Antriebsleistungen von ca. 3 x kw (Abbildung siehe unten). Im südafrikanischen Goldbergbau gehören die HD-Pumpen zur Sicherheits-Standardausrüstung einer Goldmine. Beim P.E.S.-Kühlbetrieb bleiben die 3 HD-Pumpen abgeschaltet. Der gleiche Prozess, wie oben beschrieben, findet im nächsten Schritt zwischen den Levels m und m statt. Bei diesem Projekt hat SIEMAG TECBERG erstmals zwei P.E.S.-Systeme in Reihe geschaltet, um 60 MW Kühlleistung bis in Tiefen um m, mit einem hohen Maß an Energieeinsparung, zu bringen. Um in den Bereich m vorzudringen, sind zwei weitere P.E.S.-Systeme für MOAB KHOTSONG in Planung.

4 Verbesserung der thermischen Energiebilanz Die thermische Energiebilanz verbessert sich beim P.E.S.-Betrieb gegenüber einem Pump-/Drosselbetrieb um 2 x ca. 1,5 C = 3,0 C. Bei einer Gesamtkühlwassermenge von m³/h errechnet sich damit ein Vorteil von thermisch ca kw, d.h. elektrisch kw. Der Grund dafür ist: Wasser erwärmt sich bei Pump- und Drosselvorgängen, d.h. bei 120 bar ergeben sich thermische Verluste von ca. 1,7 C. Außerdem belastet die Abwärme der kw-motore das Gesamtklima der Goldmine. Verbesserungen der potentiellen Energieeffizienz Verbesserungen der Energieeffizienz wurden u. A. erreicht durch: Das Dreikammerrohraufgeber-System in der Moab Khotsong Mine verwertet die potentielle Energie des durch die Schachtleitungen nach unten laufenden Kaltwassers (2 C) und nutzt es dann für den Transport des untertägig anfallenden Warmwassers (25 C) aus den Betriebsabläufen zurück nach über Tage. Im Durchschnitt reduziert dieses System den Energieverbrauch um ca. 70 % gegenüber konventionellen Methoden. Lediglich die Druckverluste in den Schachtleitungen werden eingebracht, um den Kühlkreislauf primärseitig zu betreiben. Level m P.E.S. Planungen für die Zukunft: Eine patentierte SIEMAG TECBERG- Neuentwicklung macht es möglich, zwei P.E.S.- Systeme (ohne Dämme auf m Level) in Reihe zu schalten. Damit können erstmalig Temperaturen von ca. 3 C den Wetterkühlern auf dem Level m zur Verfügung gestellt werden. Level m Fließschema Gesamtkühlkonzept MOAB KHOTSONG MINE P.E.S.

5 Technische Daten Anzahl der Dreikammerrohraufgeber (P.E.S.) 4 Standort 1 Level m Standort 2 Level m Volumenstrom pro P.E.S m³/h Gesamt-Volumenstrom mit 2 P.E.S.-Systemen m³/h Hauptventile/Rohrkammern DN300, PN150/DN600, PN150 Elektrische Steuerung speicherprogrammierbar mit Touchpanel Schachtleitungen (isoliert) für Kaltwasser 2 x DN400 Schachtleitungen für Warmwasser 2 x DN400 Kaltwassertemperatur Warmwassertemperatur Nenndruck Primärkreislauf (1 + 2) Nenndruck Sekundärkreislauf Kälteleistung Gesamtlänge je Dreikammerrohraufgeber (P.E.S.) ca. 2,2 C( m Level) ca. 25 C( m Level) 125 bar 16 bar max. 60 MW 37 m Lastverschiebungspotential Lastverschiebungen und erzielte Einsparungen Lastverschiebungspotential (MW) Einsparungen Lastverschiebung Jahr Lastverschiebung bei höchster Pumpleistung Energieeinsparungen Die über Tage erzeugte Kälteleistung, bis zu 60 MW, wird den Wetterkühlern im Sekundärkreislauf über die 4 P.E.S.- Systeme mit einem ausgezeichneten Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt. Im Vergleich zu anderen Systemen sind mit den Dreikammerrohraufgebern (P.E.S.) sehr hohe Energieeinsparungen zu erreichen bei gleichzeitig hoher Verfügbarkeit der Gesamtanlage. Lastverschiebungspotential mit geplanten jährlichen Energieeinsparungen Die Planungen haben ergeben, dass die Einspeisung von Kaltwasser nach MOAB/Great Noligwa einen Einfluss auf die Leistung (Kühlleistung) der Dreikammerrohraufgeber auf dem Level 77 ( m) hat. Sollte die Wasserzufuhr nach Great Noligwa eingestellt werden, dann würde sich das jährliche Einsparungspotential fast verdoppeln. Die berechneten finanziellen Einsparungen von 2008 bis 2019, wenn die Lastverschiebungen in dem Frischwasser-Pumpsystem in Verbindung mit dem Dreikammerrohraufgebersystem realisiert sind, betragen rund 51 Mio. Rand. (Kundenangaben) Das Fließschema zeigt das Gesamtkonzept des Kühlsystems auf der Schachtanlage MOAB KHOTSONG während der Eröffnung am 14. August Fließschema Gesamtkühlkonzept MOAB KHOTSONG MINE, Eröffnung MOAB