PSH FAST, Pt 2: Oszillierende Trennscheiben Für Den Tunnelbau Können Zeit Und Kosten Reduzieren Reduce
PSH FAST, Pt 2: Oszillierende Trennscheiben Für Den Tunnelbau Können Zeit Und Kosten Reduzieren Reduce

Video: PSH FAST, Pt 2: Oszillierende Trennscheiben Für Den Tunnelbau Können Zeit Und Kosten Reduzieren Reduce

Video: CNC Fräsen Sechskant außen SW14 2022, Dezember
Anonim

Dies ist der zweite Artikel in einem Zweiteiler über Pumpspeicherkraftwerke und den FAST-Wettbewerb des US-Energieministeriums, der Wege finden soll, die Entwicklung und Einführung dieser Schlüsseltechnologie zu beschleunigen. Der erste Artikel befasste sich mit den Grundlagen, einschließlich der Hemmnisse für die Liefergeschwindigkeit. In diesem Artikel wird mehr Zeit auf den innovativen Ansatz von Team Livingston für den schnellen Tunnelbau verbracht.

Die meisten Vorschläge für Pumpspeicherkraftwerke gehen von der Verwendung von Tunnelbohrmaschinen aus, und tatsächlich habe ich die gleiche Annahme getroffen, als ich vorgeschlagen habe, dass Elon Musk der Boring Company und Tesla Energy beitritt, um Pumpwasserkraftwerke zu bauen. Livingstons Erkenntnis, nachdem er sich mit dem Thema befasst hatte, war, dass Tunnelbohrmaschinen eine Hauptkostenquelle, ein Single Point of Failure, nach einmaligem Gebrauch wirtschaftlich unverkäuflich waren und am anderen Ende des Tunnels herauskommen müssen, da sie nicht zurückfahren. Sie haben die Vorteile eines relativ kontinuierlichen Tunnelvortriebs und einer Automatisierung, stellten aber dennoch einen unverhältnismäßig hohen Kostenanteil dar und erschienen zu langsam. Das sind zwei Schläge auf die Wirtschaft.

Livingston beschloss, eine Alternative zu finden, und er glaubt, dass er sie hat: Mining-Ausrüstung mit oszillierenden Scheiben.

Das ist ein oszillierender Scheibenschneider (ODC) in Aktion, der sich viel schneller durch hartes Gestein frisst als andere Bergbau- und Tunnelbautechnologien. Die Lösung ist seit mindestens 2006 in der Entwicklung. Sie verfügt über eine Hartmetallscheibe mit etwas konischem Querschnitt, die am Rand eine Keilform bietet. Der Keil wird schräg in die Felswand geschoben und schnell in den Fels hinein und aus ihm heraus vibriert. Der große Vorteil besteht darin, dass es bei jedem Schnitt viel größere Gesteinsbrocken abblättert als ein typisches Druckrad mit rotierenden Fräsern, die in die Felswand gestoßen werden. Größere Flocken bedeuten viel schnelleres Schneiden.

Während Tunnelbohrmaschinen alles von hartem Gestein bis Sand durchschneiden, werden sie normalerweise nicht dort eingesetzt, wo das Gestein gebrochen oder stark geschert ist. Sie neigen auch zum Versagen, wenn die unterirdischen Bedingungen versagen, mit teuren und lang anhaltenden Verzögerungen beim Tunnelbau, bei denen die Maschinen ein Jahr oder länger unter der Erde stecken. Sie bohren kontinuierlich ein unvollendetes Loch, aber das Loch muss hinter ihnen fertiggestellt und befestigt werden und sie können nicht zurück. In vielen Fällen werden sie am Ende des Jobs einfach für immer begraben. Wegen ihrer fehlenden Sprengung werden sie oft unter Stadtgebieten für die notwendigen Tunnel verwendet.

Die Schwingscheibentechnologie wird hauptsächlich im Bergbausektor für den Abbau von Erzkörpern im Raum- und Säulenverfahren entwickelt, bei dem riesige Räume durch das Erz geschnitten werden und Säulen an Ort und Stelle belassen werden, um alles, was darüber liegt, zu halten.

Nationalarchive in Subtropolis ehemaliger Raum und Säulenmine in Kansas City, Missouri
Nationalarchive in Subtropolis ehemaliger Raum und Säulenmine in Kansas City, Missouri

Subtropolis ehemaliger Raum und Säulenmine in Kansas City, Missouri - Bild mit freundlicher Genehmigung von archives.gov

Der Bergbau sieht sich nicht wie der Tunnelbau. Die Ökonomie ist anders. Unter anderem ist jede Tonne Erz, die im Bergbau gefördert wird, eine Einnahmequelle, während jede Tonne Gestein, die im Tunnelbau gefördert wird, nur ein weiterer Kostenfaktor in einem Jahr ist.

Livingstons Erkenntnis war, dass die von Komatsu und Sandvik entwickelte oszillierende Scheibenfrästechnologie hervorragend für den Tunnelbau geeignet wäre. Er sagt:

„Die Schwingscheibentechnologie reduziert nachweislich die für den Felsabbau erforderliche Brechenergie um bis zu 90 %. Diese Kraftreduzierung wird genutzt, um die Tunnelvortriebsraten gegenüber Straßenvorsatzmaschinen um bis zu 400 % zu erhöhen. Der weitere Vorteil der schnellen Bereitstellung und der geringeren Kosten von ODT ist die gleichzeitige Bereitstellung vieler Maschinen an mehreren Portalen, um das Bauzeitrisiko zu senken. Die Technologie ermöglicht längere Tunnel, die für PSH mit höherer Fallhöhe typisch sind.“

Andere Anbieter stellen Schwingscheiben-Technologien her, aber keine, die für Pumpspeicherkraftwerke geeignet sind, während andere in der Entwicklung weiter zurückliegen. Livingston ist für ihre Technologie unter NDA für einige Unternehmen, kann jedoch sagen, dass er glaubt, dass mindestens zwei geeignete Technologien innerhalb von zwei Jahren kommerziell auf den Markt kommen werden, was angesichts der langen Vorlaufzeiten für regulatorische Teile der Entwicklung ausreichend ist.

Keine begrabenen oder anderweitig unverkäuflichen Maschinen mehr. Maschinen, die zurückgezogen werden können, wenn sie auf Bedingungen stoßen, die die menschliche Berührung erfordern. Maschinen, die viel billiger sind. Maschinen, die wahrscheinlich noch schneller durch weicheres Gestein kauen als durch hartes Gestein. Was ist also der Haken?

Nun, sie sind keine kontinuierlichen Tunnelbaumaschinen. Die Raum- und Säulenkonstruktion macht es einfach, eine Maschine in eine Felswand zu schieben und sie nach einiger Zeit wieder zurückzuziehen, um das Erz herauszuholen. Dafür ist kein Platz und es macht keinen Sinn, viele Seitentunnel zu bauen, wenn Sie 13 Kilometer (8 Meilen) über den oberen und unteren Tunnel des geplanten Standorts fahren müssen.

Ein großer Teil des Pitch von Livingston und Conroy zum DoE bestand darin, die bald kommerzialisierte Schwingscheibentechnologie in einem größtenteils kontinuierlichen Tunnelmodell zu nutzen. Dazu gehörte neben der Pendelscheibenfräse auch eine automatisierte Deckenverschraubung und Spritzbetonierung zur Tunnelstabilisierung, die an verschiedenen Stellen existieren, aber derzeit nicht an den zu erwartenden kommerziellen Maschinen angebracht sind. Es würde auch erfordern, dass schmalspurige automatisierte Mining-Trucks in einem Strom aneinander vorbeifahren und dann möglicherweise kilometerweit zurückfahren.

Eines der Gespräche, die ich mit Livingston und Conroy führte, war mit meinem gelegentlichen Mitarbeiter David Clement. David zieht zwei Fäden zusammen und ist der tiefste Experte für maschinelles Lernen, den ich persönlich kenne und mit mir Co-Autor der Tutorials zum maschinellen Lernen basierend auf dem Plastikdinosaurier, die seinen Körper, seine neuronalen Netzwerkgehirne, Aufmerksamkeitsschleifen, Bias in neuronalen Netzwerken, virtuelle zu physischer Lernschleife und das Kernkonzept des maschinellen Lernens von Salienz.

In Diskussionen mit David über andere Projekte diskutierten wir den Ansatz von Livingston und stellten fest, dass es ein Spiel für eine Erweiterung und Verbesserung des maschinellen Lernens geben könnte. Zunächst drehte sich die Diskussion um die Verwendung von Salienz-Ansätzen mit maschinellem Lernen, die Aspekte von Video-Feeds aus dem Gesicht betrachten und hervorheben, um einem menschlichen Fernbediener oder Geologen zu helfen, Veränderungen oder potenzielle Risiken schneller zu erkennen. Wir diskutierten auch die Geolokalisierung von autonomen Minenkarren unter der Erde mit ziemlich einfachen physisch sichtbaren Markierungen und welche Sensorsätze für autonome Karren erforderlich wären, basierend auf Davids und meinem Hintergrund in den Räumen. Es ist noch am Anfang, aber es wird interessant sein zu sehen, wie das funktionieren würde.

Livingston und Conroy erhielten einen Geldpreis des FAST-Wettbewerbs sowie Unterstützung durch nationale Labore bei der Entwicklung im nächsten Jahr. Im Erfolgsfall könnten sie die Auslieferung von Pumpspeicherkraftwerken nicht nur in den USA, sondern weltweit beschleunigen. Der Ansatz ist hoch übertragbare Technologie. Unter anderem werde ich Anfang des neuen Jahres ein Gespräch mit dem schottischen Entwickler Mark Wilson mit den Amerikanern vermitteln, um das Potenzial für eine schottische Nutzung auszuloten.

Das US DOE erkennt den Wert von Pumpspeicherkraftwerken in unserem zukünftigen dekarbonisierten Netz an. Jetzt müssen Banken und Politiker alles drüber bekommen.

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