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Geothermal energy potential of active mines in northern regions: the Éléonore mine case-study.

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Alvarado, Edgardo Jose (2020). Geothermal energy potential of active mines in northern regions: the Éléonore mine case-study. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 162 p.

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Résumé

Plusieurs mines situées dans les régions nordiques doivent chauffer les galeries souterraines en raison des conditions climatiques très froides. L’appel de puissance requis pour chauffer les galeries avec un système électrique est élevé et entraîne des coûts énergétiques importants. Les minières emploient donc des hydrocarbures pour suffire à leur besoin calorifique, mais l’impact environnemental demeure un enjeu de taille. L’une des alternatives de chauffage, reposant sur des ressources locales et ayant une faible consommation électrique, est l’énergie géothermique issue de l’eau de dénoyage d’une mine. L’objectif principal de ce projet est d’évaluer le potentiel géothermique de la mine Éléonore de Newmont-Goldcorp, une mine en opération située à Eeyou Istchee Baie-James dans le Nord-du-Québec. Plus précisément, ce projet vise à caractériser la ressource géothermique afin de concevoir un système de pompe à chaleur géothermique (PACG), adapté aux opérations minières, qui permettra de réduire les coûts, la consommation d’hydrocarbures et les émissions de gaz à effet de serre (GES). D’abord, un bilan énergétique a été réalisé pour établir la quantité d’énergie nécessaire pour chauffer les galeries. Ensuite, les propriétés physico-chimiques de l’eau ont été analysées afin d’estimer le risque de corrosion et d’entartrage. À l’aide de toutes ces informations, un système de PACG préliminaire a été conçu pour calculer la quantité d’énergie géothermique qui peut être extraite de l’eau de dénoyage de la mine. Les résultats montrent qu’un système de PACG muni d’un échangeur de chaleur intermédiaire installé à la sortie de la mine permettrait de produire en moyenne 39 % des 26,6 GWh/année nécessaires pour chauffer les galeries souterraines, de diminuer les coûts de chauffage de 33 %, en plus de réduire les émissions de GES d’environ 1993 tonnes/année. Le modèle hydrogéologique développé pour la mine Éléonore suggère qu’un système de pompe à chaleur géothermique adapté au système de dénoyage de la mine pourrait fournir un maximum de 45 % de la demande en chauffage des galeries souterraines de façon durable au cours des prochaines années. Ce projet de recherche indique qu’avec une évaluation adéquate, les systèmes de PACG peuvent être adaptés aux mines en exploitation situées dans un contexte nordique et peuvent combler une partie de leurs besoins énergétiques de manière écologique, abordable et constante.

Abstract

Several mines in northern regions must heat underground workings, surface buildings or process water due to frigid weather conditions. The power demand for electrical heating is high and entails significant energy expenses. Mining companies, therefore, use fossil fuels for heating, which creates environmental challenges. An eco-conscious alternative, based on local resources and low electricity consumption, is the use of geothermal energy from the mine dewatering system. The Newmont - Goldcorp Éléonore mine, an active mine located on the Eeyou Istchee territory of James Bay in Northern Quebec, was selected as a case study. The geothermal resource was characterized to design a geothermal heat pump system (GHPS) adapted to mining operations. The energy balance was calculated to establish the heating energy requirements of the mine. Subsequently, the physicochemical properties of the water from four different sampling points along the dewatering system were analyzed. Finally, a preliminary GHPS was designed to assess the amount of geothermal energy that can be extracted from the dewatering system of the mine. Under current conditions, a system equipped with an intermediate heat exchanger installed at the exit of the dewatering system could provide 39% of the 26.6 GWh/year needed to heat the underground workings, reducing heating costs by 33% and greenhouse gas emissions by 1993 tons/year. A hydrogeological numerical model developed for the Éléonore mine suggests that a geothermal heat pump system adapted for the dewatering system of the mine is sustainable throughout the life of the mine and could supply up to 45% of the underground workings heating demands in the upcoming years. Thus, this research indicates that with adequate assessment, geothermal heat pump systems can be adapted to active mining operations in a northern context and can contribute to their energy needs in an environmental, affordable, and constant manner.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Raymond, Jasmin
Co-directeurs de mémoire/thèse: Therrien, René
Mots-clés libres: géothermie; énergie géothermique; pompe à chaleur; dénoyage; eau de mine; mine active; énergie durable; énergie renouvelable; modèle numérique; Québec; galeries souterraines; geothermal; geothermal energy; heat pump; dewatering; mine water; active mine; sustainable energy; renewable energy; numerical model; Québec; underground workings
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 14 oct. 2020 19:29
Dernière modification: 14 oct. 2020 19:29
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/10409

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