Diepvlakmynbou in Suid-Afrika is 'n hoogs energie-intensiewe operasie, met die afkoeling van ondergrondse omgewings as een van die belangrikste bydraers tot elektrisiteitsverbruik. Jordan Anastasiou, 'n meestersgraadstudent in die Masjienleer 'n Navorsingsgroep by die Departement Chemiese Ingenieurswese aan die Universiteit Stellenbosch werk aan 'n projek om die bestuur van verkoelingskringe te optimaliseer deur middel van gevorderde tegnieke, soos modelvoorspellende beheer (MPC).

Die doel van die projek is om die werking van verkoelingskringe in diep myne te optimaliseer deur energie-intensiewe eenhede, soos verkoelingsaanlegte, gedurende dalure te laat loop. Hierdie optimalisering word bereik deur modelvoorspellende beheer, wat die werking van verkoelingsaanlegte gedurende spitstye verminder deur eerder verkoelingswater uit 'n verkoelingsdam te trek. Die verkoelingsdam word dan aangevul gedurende periodes wanneer elektrisiteit goedkoper is. Die uiteindelike doel is om die werking van die verkoelingsaanlegte in lyn te bring met Eskom se tyd-van-die-dag-tariewe, deur voorspellings van gestoorde watervlakke te gebruik om te verseker dat ondergrondse verkoelingsbehoeftes konsekwent nagekom word.

Die implikasies van hierdie navorsing is beduidend. Eerstens bied dit aansienlike ekonomiese besparings vir diep myne, wat, as gevolg van Suid-Afrika se status as die tuiste van die wêreld se diepste myne, tans miljoene Rande elke maand aan elektrisiteit vir verkoelingskringe bestee. Deur die kraglas te optimaliseer om gedurende laerkosteperiodes te loop en gestoorde water gedurende hoërkosteperiodes te gebruik, kan myne moontlik tot R16 miljoen per jaar bespaar. Boonop dra hierdie benadering by tot 'n vermindering van die las op Suid-Afrika se kragnetwerk, wat 'n breër voordeel vir die land se energie-infrastruktuur bied.

Die projek is in samewerking met Mintek, waar die behoefte aan verbeterde beheer van die verkoelingskring geïdentifiseer is. Daar is gevind dat die simulasie van die kringdinamika uitdagend was, wat die ontwikkeling van gedetailleerde wiskundige modelle noodsaak voordat die verkoelingsaanlegte effektief beheer kon word. Om dit aan te spreek, het die span besluit om die wiskundige modelle vanaf eerste beginsels te ontwikkel en dit dan te kalibreer met behulp van werklike prosesdata. Die aanleg het ingestem om historiese data vir hierdie doel te verskaf.

Nadat die eerste beginselmodelle ontwikkel is en die onbekende parameters beraam is, is MPC geïmplementeer vir vlak- en temperatuurbeheer oor alle eenhede. 'n Optimaliseerder is vervolgens bygevoeg om te verseker dat die verkoelingsaanlegte geskeduleer is volgens vraagkant-tariewe en die hoeveelheid gestoorde water in die damme. Die finale fase van die projek, die finansiële analise, is tans aan die gang, met aanvanklike projeksies wat potensiële besparings van tussen R15 en R30 miljoen per jaar voorstel.

Hierdie projek illustreer nie net die potensiaal van masjienleer en gevorderde prosesbeheer in die mynbedryf nie, maar beklemtoon ook die kritieke rol wat geoptimaliseerde energieverbruik kan speel in die vermindering van koste en die ondersteuning van Suid-Afrika se kraginfrastruktuur.

Jordan Anastasiou voltooi tans haar meestersgraad in chemiese ingenieurswese aan die US terwyl sy as 'n bate-ingenieur in verhittings- en verkoelingstelsels by Equans in Nederland werk. Sy sal haar navorsingsartikel, "Model Predictive Control of an Underground Mine Cooling Water Operation," by die CCA-konferensie in Mauritius in September 2024 aanbied.

Studieleier: Prof. Tobi Louw – Universiteit Stellenbosch, Departement Chemiese Ingenieurswese

Mede-studieleier: Dr. William Shipman – Mintek