Caterpillar propone 'generación distribuida' para garantizar energía

Entrada al Centro de Demostración y Aprendizaje de Caterpillar Málaga (Foto: Todas las fotos proporcionadas por Caterpillar)

En 1971, cuando Caterpillar inauguró su Centro de Demostración y Aprendizaje de Málaga (MDLC) en las colinas que dominan la Costa del Sol española, no había nada más cerca. Desde entonces, el lugar se ha visto gradualmente rodeado por una serie de centros comerciales y polígonos industriales.

Esto no ha impedido que el fabricante global de maquinaria y energía amplíe sus instalaciones. En 2024, las instalaciones de 105 hectáreas albergaron más de 330 eventos a los que asistieron unos 7000 visitantes, entre ellos empleados de Cat, distribuidores, clientes y, en ocasiones, algún periodista.

Área de demostración de equipos en el MDLC de Caterpillar

Además de las salas de reuniones, el MDLC cuenta con unas 60 máquinas en todo momento. También cuenta con un compartimento para motores de gran calibre y el laboratorio de aceites SOS, que realiza análisis de aceite, refrigerante y combustible con un plazo de entrega de 24 horas.

Inestabilidad de la red

El segmento de negocio de Energía Eléctrica forma parte de la división de Energía y Transporte de Caterpillar. Con productos comercializados a través de Cat, FG Wilson y MWM, Energía Eléctrica ofrece soluciones que se utilizan en diversos sectores, como la minería y la construcción, la agricultura, la salud y los centros de datos, además de apoyar las labores de socorro en casos de desastre en todo el mundo.

Al describir el trabajo que realiza el segmento de energía eléctrica, Rich Osborne, vicepresidente y gerente general de Large Electric Power, señaló: “Estamos vendiendo soluciones, no solo grupos electrógenos”.

Dicho esto, estas soluciones han experimentado cambios considerables debido a la evolución del panorama energético en los últimos años. Debido a la insuficiente inversión en las redes nacionales a nivel mundial, sumada a la adición de más puntos de carga, se ha producido un aumento general de la inestabilidad de la red; un ejemplo de ello es el apagón ocurrido en abril de este año en toda la península Ibérica, que dejó a España y Portugal sin suministro eléctrico durante más de 24 horas.

Se ha informado que aproximadamente el 56% de la energía suministrada a través de la red en España proviene de energía renovable generada por instalaciones eólicas y solares; el país tiene como objetivo que el 81% de toda la electricidad suministrada provenga de fuentes renovables para 2030.

Pero si bien ha habido una proliferación de parques eólicos y solares en todo el país, la capacidad de almacenamiento no ha seguido el mismo ritmo. Y sin suficiente almacenamiento para equilibrar la red eléctrica, aún existe la posibilidad de que la demanda supere la oferta. Esto representa un problema constante para las industrias que necesitan una fuente de energía constante y confiable.

Nuevos grupos electrógenos

Con esta inestabilidad en mente, Caterpillar ha visto lo que Brian George, vicepresidente de Ingeniería y Gestión de Productos de Large Electric Power, denominó una "oportunidad de apoyo a la red eléctrica". En esencia, esto contribuye a la generación de energía a gran escala mediante la ubicación de equipos de generación cerca del centro de carga, lo que se conoce como generación distribuida.

Caterpillar está bien posicionada para respaldar este modelo, ya que la empresa cuenta con una "oferta integrada" que abarca desde el diseño del sistema hasta la generación de energía, el almacenamiento, el control y los elementos de conmutación para crear microrredes de sitio único, múltiple y completo.

Este escenario se centra en los nuevos grupos electrógenos de gas natural/biogás de la serie G3500K, con configuraciones de 50 y 60 Hz. Diseñados para aplicaciones de entre 1,5 y 2,5 eMW, estos grupos alcanzan la plena carga en un 40 % menos que sus predecesores. El modelo de combustible gaseoso reduce tanto las emisiones como los costes; Caterpillar estima que se podrían lograr ahorros de combustible de 350 000 € en 10 años.

Grupo electrógeno de gas natural Cat G3520K de 20 cilindros

La Serie G3500K ofrece diversas mejoras con respecto a la anterior G3500H. Para empezar, el nuevo bloque motor mejora el rendimiento y la economía de combustible. También incorpora un nuevo turbo con válvula de descarga para optimizar la presión interna, mientras que un nuevo intercooler de mayor tamaño regula mejor la temperatura del aire del motor para lograr una mayor eficiencia y potencia.

Con un sistema de postratamiento de emisiones mejorado y el sistema opcional de cogeneración (CH&P), que captura y reutiliza la energía que de otro modo se perdería en forma de calor, el grupo electrógeno puede maximizar el rendimiento de cada metro cúbico de combustible. Según Caterpillar, el nuevo modelo puede alcanzar una eficiencia eléctrica general de hasta el 46,5 % (los modelos CH&P pueden alcanzar una eficiencia general del 89,6 %).

“Hasta ahora, se han utilizado muchas soluciones como respaldo energético para los centros de datos”, afirmó George. “Pero conectar un nuevo centro de datos a la red eléctrica puede llevar varios años, así que ahora buscamos soluciones que sirvan de puente con la red eléctrica”.

Potencia con control

La generación distribuida se traduce esencialmente en energía generada localmente para una aplicación local específica, ya sea un centro de datos, un hospital u otra infraestructura crítica, o para la construcción, la minería o la agricultura. La energía generada puede sustituir el suministro de la red eléctrica, apoyarlo según sea necesario o, como se mencionó, actuar como un "puente" que suministra energía hasta que se complete la conexión a la red.

También existen otras ventajas. Por ejemplo, la generación distribuida puede sustituir la energía de la red cuando los precios suben debido a la alta demanda, un proceso conocido como recorte de picos. Esto puede ayudar a determinar el precio al cliente por kilovatio hora, que generalmente se calcula en función del precio pico. Evitar picos más altos mediante energía distribuida localmente puede ayudar a reducir las facturas de electricidad.

Mientras que los grupos electrógenos suelen estar diseñados para suministrar energía principal o de reserva, la generación distribuida puede adoptar cualquiera de estas formas. Mientras que un generador de reserva solo se conectaría en caso de un corte de suministro eléctrico de emergencia, como el apagón en España y Portugal, y posiblemente solo se activaría para validación y pruebas, Caterpillar plantea que una red distribuida probablemente se situaría en un punto intermedio, alcanzando posiblemente 3.000 arranques y paradas al año y unas 1.000 horas de funcionamiento.

Es evidente que una red de este tipo necesitará un sistema de control avanzado para gestionar el tiempo de actividad en función del consumo y otros factores. Para ello, Cat ha presentado recientemente su gama de controladores ECS, que analiza y gestiona cómo se produce y distribuye la energía de una instalación de generación distribuida escalable.

Gato ECS 200

La serie comienza con el ECS 100, un sistema de reserva diseñado para instalaciones pequeñas de entre uno y tres grupos electrógenos. Para sistemas de cogeneración, equilibrio de potencia y alineación con los códigos de red, existe el ECS 200, un controlador de un solo activo que permite la conexión en paralelo de hasta 32 grupos electrógenos. Para aplicaciones más complejas, como el control de interruptores de la red eléctrica, Cat ha presentado el ECS 300. Y para la supervisión completa de microrredes que abarcan más de cinco activos, existe el ECS 400.

Para brindar más información sobre el funcionamiento de los controladores, Vic Williams, gerente comercial de Caterpillar, explicó cómo se ha mejorado el sistema, actualmente instalado en el campo de pruebas de Tucson de Cat en Estados Unidos, para reducir los costos de combustible y las emisiones. Con paneles fotovoltaicos adicionales y un sistema de almacenamiento de energía, todo gestionado por un ECS 400, el sistema ha logrado una reducción del 33 % en el consumo de combustible y de los costos de mantenimiento del 25 % (cifras de 2023).

Es importante destacar que no es absolutamente necesario instalar un sistema Caterpillar completo desde cero, ya que la modernización y el reacondicionamiento son parte fundamental de la relación con el cliente. Como declaró Williams al ser preguntado sobre la compatibilidad con hardware y sistemas existentes: «Se está investigando si los sistemas Cat pueden funcionar con un sistema existente de otra empresa».

Almacenamiento de energía

Como se mencionó anteriormente, España ha fracasado en gran medida a la hora de equiparar la inversión en generación de energía renovable con la capacidad de almacenamiento correspondiente. Si bien es poco probable que haya sido la causa principal del apagón regional de abril, la falta de almacenamiento podría impedir que se mantengan los niveles de tensión necesarios en la red.

Solución de energía híbrida Cat para infraestructura de telecomunicaciones

Aunque a una escala mucho menor, el almacenamiento de energía es igualmente importante para una microrred. Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) puede cumplir diversos propósitos, como almacenar energía de fuentes renovables cuando se necesite o suministrar energía a la microrred durante el consumo máximo. Además, las unidades pueden operar de forma casi silenciosa, a la vez que recargan máquinas eléctricas.

Cat ofrece una serie de opciones BESS, que van desde modelos compactos como el ETS (para aplicaciones de telecomunicaciones, incluidas torres de telefonía móvil) y unidades móviles XES, hasta los modelos ECE (Expansión de capacidad energética) y ETS (Cambio de tiempo de energía) de tamaño mediano, y las unidades de contenedores PGS (Estabilización de red eléctrica).

Cada uno de estos protege contra una serie de posibles problemas de energía, como fallas del sistema, caídas/sobretensiones y condiciones de baja/sobrefrecuencia. Al utilizarse en una configuración híbrida con uno o más grupos electrógenos, las unidades BESS pueden reducir el consumo de combustible o proporcionar la capacidad de reserva de energía necesaria para disminuir las caídas transitorias de voltaje y frecuencia asociadas con grandes cargas eléctricas. Esto puede contribuir a reducir las facturas de energía y los gastos operativos sin sacrificar la resiliencia del sistema.

Estas unidades BESS desempeñan un papel fundamental en la entrega de soluciones de puenteo, ya sea para necesidades de energía temporales o como una instalación semipermanente. Al explicar con más detalle las soluciones BESS que ofrece Cat, Michele Trebbi, ingeniero de sistemas de energía eléctrica, comentó: «No vemos la red como un enemigo, sino como un socio. Ofrecemos soluciones de puenteo para que la red pueda seguir suministrando energía a los clientes actuales».

Sistema compacto de almacenamiento de energía Cat XES60

Las unidades BESS, que pueden conectarse varias unidades para proporcionar una mayor capacidad energética, ofrecen una ventaja operativa adicional. La energía eléctrica almacenada, cuando no es necesaria para la microrred, puede utilizarse para procesar biogás en biometano o electrolizar agua en hidrógeno. Estos combustibles pueden utilizarse posteriormente en el grupo electrógeno correspondiente para contribuir a reducir aún más las emisiones totales. Para contribuir a la reducción de la huella de carbono global, el nuevo grupo electrógeno a gas de la Serie G3500K puede alimentarse con biogás o gas natural combinado con hasta un 25 % de hidrógeno.