Caterpillar modernisiert Gasantriebslösungen

Mit der zunehmenden Energiewende bieten gasbasierte Energielösungen Unternehmen die Möglichkeit, ihre Treibhausgasemissionen in zahlreichen Anwendungen zu reduzieren. Dies liegt vor allem an ihrer hohen Energieeffizienz und der Möglichkeit, verschiedene kohlenstoffarme Brennstoffe zu nutzen.

Caterpillar hat kürzlich eine Reihe neuer Gasgeneratoren vorgestellt. Dazu gehört ein erweitertes Portfolio an Geräten, die Gas-/Wasserstoffgemische verwenden können, sowie eine 50-Hz-Option für die schnell ansprechenden Erdgasgeneratoren. Alle Geräte verfügen über neue Steuerungen, die den Einsatz erneuerbarer Kraftstoffe unterstützen.

Sven Bühler, Caterpillar

Diese neuen Lösungen nutzen gasförmige Brennstoffe, um Kunden bei der Reduzierung ihres CO2-Ausstoßes zu unterstützen. Dazu gehören Lösungen mit extrem niedrigem NOx-Ausstoß, darunter Generatoren, die mit Brennstoffen mit unterschiedlichen Methan-/Erdgasanteilen betrieben werden können, sowie effiziente Kraft-Wärme-Kopplungs-Funktionen (KWK).

„Europaweit beobachten wir einen stetigen Vorstoß in Richtung erneuerbarer Energien, doch die Leistung ist für unsere Kunden ein entscheidender Faktor“, so Sven Buehler, leitender Produktberater für den Vertrieb von Gasprodukten bei Caterpillar. „Wir haben festgestellt, dass ein Ansatz, der verschiedene Energietechnologien – darunter traditionelle Ansätze, erneuerbare Energien und Gaslösungen – integriert, alle Anforderungen an Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit erfüllt.“

Neue Wasserstoffkapazitäten

Caterpillar hat sein Portfolio an Antriebslösungen für Erdgas- und Wasserstoff-Mischungen mit der Einführung von 12- und 16-Zylinder-Versionen des Cat CG260 erweitert. Für diese Kraftstoffkombination sind auch Nachrüstsätze für bestehende Maschinen erhältlich.

Mit diesen Neuheiten bietet Caterpillar nun Gasgeneratoren mit Leistungen von 400 kW bis 4,5 MW an, die Erdgas mit bis zu 25 Vol.-% Wasserstoff mischen können. Die Generatoren zeichnen sich durch zahlreiche Hardware- und Steuerungsänderungen aus, um den besonderen Eigenschaften von Wasserstoff gerecht zu werden, wie z. B. niedriger Zündenergie, geringer Energiedichte und kürzerer Löschabstand. Auch Materialinkompatibilitäten wurden berücksichtigt.

Zusätzlich zu den Einheiten, die mit Kraftstoffmischungen betrieben werden können, hat Caterpillar auch die Gasgeneratoren Cat G3516 eingeführt, die mit 100 % Wasserstoff betrieben werden können. Sie wurden 2022 erstmals vorgestellt und sind mit einer maximalen Leistung von 1,5 MW für Dauerbetrieb mit 50 Hz oder 60 Hz erhältlich.

„Die Energiewende schreitet voran und unsere Kunden mit klimabezogenen Initiativen möchten unbedingt Wasserstoff-Generatoren testen, um herauszufinden, wo sie am sinnvollsten sind“, bemerkte Steve Parente, Spezialist für Wasserstoffinfrastruktur und Integrationstechnik bei Caterpillar.

Erneuerbare Energien im Feld

Diese neuen Maschinen nutzen Caterpillars 35-jährige Erfahrung im Umgang mit Wasserstoff, unter anderem in den Bereichen Transport, Öl und Gas, Industriemotoren, Turbinen und Brennstoffzellen. So leitet Caterpillar beispielsweise ein Projekt zur Reduzierung der CO2-Intensität bei der Demonstration eines 2,0-MW-KWK-Systems bei District Energy St. Paul in Minnesota, das Wasserstoff und Erdgas nutzt.

Die Demonstration im städtischen Versorgungswerk wird teilweise vom Office of Energy Efficiency and Renewable Energy des US-Energieministeriums unterstützt und von Caterpillar in Zusammenarbeit mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) geleitet.

Ziel ist die Entwicklung eines wasserstoffbetriebenen Energieversorgungs- und -steuerungssystems, um dessen Treibhausgasemissionsprofil zu bewerten und gleichzeitig Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und mögliche Einführungshürden zu prüfen. Um alle Aspekte der Wasserstofflösung unter realen Betriebsbedingungen umfassend zu bewerten, werden Strom und Wärme aus dem Demonstrationsprojekt in das bestehende Verteilungssystem des Energieversorgers eingespeist.

Dieses System versorgt Gebäude in der ganzen Stadt über einen Dampfkreislauf mit Wärme und Dampf und kann eine Gesamtenergieeffizienz von bis zu 90 % erreichen. Es ermöglicht Kunden, Energiekosten zu sparen, gleichzeitig Versorgungsautonomie zu gewährleisten und Emissionen zu reduzieren.

Die Demonstration bietet außerdem Einblicke in die Änderungen, die für wasserstoffbetriebene Energielösungen im täglichen Betrieb erforderlich sein werden.

„Die Kosten für Produktion, Transport, Lagerung und zahlreiche weitere Faktoren verhindern derzeit, dass Wasserstoff mit herkömmlichen Brennstoffen vergleichbar wird“, so Parente. „Unsere Kunden erkennen beispielsweise, dass Produktionskapazitäten vor Ort, die Solar- oder Windenergie nutzen, kurzfristig unerlässlich sind, um grünen Wasserstoff wirtschaftlich zu liefern, der die größten Treibhausgaseinsparungen über den gesamten Lebenszyklus bietet.“

Generatoren unterstützen erneuerbare Energien

Da erneuerbare Energien eine immer wichtigere Rolle bei der Energieversorgung spielen, installieren Unternehmen eigene langfristige Stromerzeugungsanlagen, um Schwankungen bei Verfügbarkeit und Preisen zu begegnen. Für diese Kunden hat Caterpillar eine Reihe von Notstromaggregaten mit Erdgas eingeführt, die Lastübernahme und Einschwingverhalten für betriebskritische Anwendungen und Lastmanagement bieten.

Cat G3520 Fast Response Gasgeneratorsatz (Foto: Caterpillar)

„Reaktionsschnelle Erdgasgeneratoren erweisen sich als hervorragende Alternative zu Dieselaggregaten in der Überbrückungsstromversorgung“, erklärte Buehler. „In Ländern mit unzuverlässiger Stromversorgung können diese Aggregate länger als Dieselaggregate kontinuierlich Strom liefern.“

Im August stellte Caterpillar das Erdgas-Generatoraggregat Cat G3520 Fast Response für 50-Hz-Anwendungen vor. Das Gerät wurde für den Einsatz in verschiedenen Hochleistungsanwendungen entwickelt, darunter Krankenhäuser, Rechenzentren, Einkaufszentren, Schulen, Behörden und Universitäten.

Das neue Stromaggregat ergänzt die 60-Hz-Notstromaggregate von Caterpillar mit schneller Reaktionszeit, die Leistungen von 750 kW bis 2,5 MW bieten und von der US-Umweltschutzbehörde für Notfall- und Nicht-Notfallanwendungen zertifiziert sind.

Kontrolle ist der Schlüssel

Während Generatoren die Leistungsträger bei der Stromerzeugung sind, ist die Steuerungsausrüstung ebenso wichtig für die Leistungsmaximierung komplexer Stromversorgungslösungen, die mehrere Energiequellen und Netzschnittstellen kombinieren.

Elektronisches Steuerungssystem Cat ECS100 (Foto: Caterpillar)

Mit dem neuen Cat Energy Control System (ECS) können Kunden ihren Energiebedarf verwalten, sei es von einem einzelnen Generator oder einer vollständigen Mikronetzlösung, und dabei Ausfallsicherheit, Emissionen und Kosten optimieren.

Das Cat ECS-Portfolio erfüllt sowohl aktuelle als auch zukünftige regulatorische und netzbezogene Anforderungen. Es nutzt eine einfache, skalierbare Architektur, die es Kunden ermöglicht, bei steigendem Energiebedarf zusätzliche Funktionen hinzuzufügen. Integrierte Plug-and-Play-Funktionen erleichtern zudem die Installation, Inbetriebnahme und Verwaltung mehrerer Stromerzeugungsanlagen.

Dieser Artikel wurde von Sven Buhler, leitender Produktberater bei Caterpillar Electric Power, für Power Progress International verfasst. Er erschien ursprünglich in der Magazinausgabe Q4 2024.