Caterpillar modernise ses solutions d'alimentation au gaz

Alors que la transition énergétique s'accélère, les solutions d'énergie à base de gaz offrent aux entreprises un moyen de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre dans un large éventail d'applications. Cela s'explique principalement par leur grande efficacité énergétique et leur capacité à utiliser une variété de combustibles à faible teneur en carbone.

Caterpillar a récemment introduit une série de nouveaux équipements dans sa gamme de groupes électrogènes à gaz. Parmi ceux-ci, une gamme élargie d'équipements compatibles avec les mélanges gaz/hydrogène et une option 50 Hz pour les groupes électrogènes au gaz naturel à réponse rapide, tous dotés de nouvelles commandes prenant en charge l'utilisation de carburants renouvelables.

Sven Buehler, Caterpillar

Ces nouvelles solutions utilisent des combustibles gazeux pour aider les clients à réduire leurs émissions de carbone. Elles incluent des solutions d'énergie à très faibles émissions de NOx, notamment des groupes électrogènes capables de fonctionner avec différents niveaux de méthane/gaz naturel, ainsi qu'une fonctionnalité efficace de cogénération.

« Partout en Europe, nous constatons une forte demande en faveur des énergies renouvelables, mais la performance est un critère essentiel pour nos clients », a déclaré Sven Buehler, consultant senior pour les ventes de produits gaz chez Caterpillar. « Nous constatons qu'une approche intégrant plusieurs technologies énergétiques, notamment les approches traditionnelles, les énergies renouvelables et les solutions gazières, répond à tous les critères de disponibilité, de fiabilité et de durabilité. »

Nouvelles capacités en matière d'hydrogène

Caterpillar a élargi sa gamme de solutions d'alimentation fonctionnant au gaz naturel et à l'hydrogène avec le lancement des versions 12 et 16 cylindres du Cat CG260. Des kits de rechange peuvent également être installés sur les machines existantes pour prendre en charge cette combinaison de carburants.

Grâce à ces derniers ajouts, Caterpillar propose désormais des groupes électrogènes à gaz d'une puissance comprise entre 400 kW et 4,5 MW, chacun capable de mélanger du gaz naturel avec jusqu'à 25 % d'hydrogène (en volume). Ces groupes électrogènes bénéficient de nombreuses modifications matérielles et de commandes machine pour s'adapter aux propriétés uniques de l'hydrogène, telles qu'une faible énergie d'allumage, une faible densité énergétique et une distance de trempe réduite. Les incompatibilités de matériaux ont également été corrigées.

Outre les groupes électrogènes compatibles avec les mélanges de carburants, Caterpillar a également lancé les groupes électrogènes à gaz Cat G3516, capables de fonctionner à 100 % à l'hydrogène. Lancés en 2022, ils sont disponibles avec une puissance maximale de 1,5 MW pour des applications continues à 50 Hz ou 60 Hz.

« Alors que la transition énergétique continue de se dérouler, nos clients ayant des initiatives liées au climat sont impatients de tester des groupes électrogènes à hydrogène afin de comprendre où ils sont les plus judicieux », a observé Steve Parente, spécialiste de l'infrastructure hydrogène et de l'ingénierie d'intégration pour Caterpillar.

Les énergies renouvelables sur le terrain

Ces nouvelles machines s'appuient sur les 35 années d'expérience de Caterpillar dans le domaine de l'hydrogène, notamment dans les transports, le pétrole et le gaz, les moteurs industriels, les turbines et les piles à combustible. Par exemple, Caterpillar dirige un projet de carburant à faible intensité carbone pour la démonstration d'un système de cogénération de 2,0 MW à District Energy St. Paul, dans le Minnesota, utilisant de l'hydrogène et du gaz naturel.

Soutenue en partie par le Bureau de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables du Département de l'énergie des États-Unis, la démonstration au sein de la société de services publics de la ville est dirigée par Caterpillar en collaboration avec le National Renewable Energy Laboratory (NREL).

L'objectif est de développer un système de distribution et de contrôle d'électricité alimenté à l'hydrogène afin d'évaluer son profil d'émissions de gaz à effet de serre, tout en étudiant sa fiabilité, sa durabilité et les obstacles à son adoption. Afin d'évaluer pleinement chaque aspect de la solution hydrogène en conditions réelles d'exploitation, l'électricité et la chaleur issues du projet de démonstration sont injectées dans le réseau de distribution existant de l'entreprise.

Ce système distribue chaleur et vapeur aux bâtiments de la ville via une boucle de vapeur et permet d'atteindre des rendements énergétiques totaux allant jusqu'à 90 %. Il permet aux clients de réaliser des économies d'énergie tout en garantissant leur autonomie d'approvisionnement et en réduisant les émissions.

La démonstration donne également un aperçu des changements qui seront nécessaires pour les solutions d’alimentation à l’hydrogène dans les opérations quotidiennes.

« Les coûts de production, de transport, de stockage et de nombreux autres facteurs empêchent actuellement l'hydrogène d'atteindre la parité avec les carburants traditionnels », a souligné Parente. « Par exemple, nos clients constatent que des capacités de production sur site exploitant l'énergie solaire ou éolienne seront essentielles à court terme pour fournir de manière économique l'hydrogène vert offrant la plus grande réduction des gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie. »

Les groupes électrogènes soutiennent les énergies renouvelables

Alors que les énergies renouvelables jouent un rôle de plus en plus important dans l'approvisionnement du réseau électrique, les entreprises installent leurs propres capacités de production d'électricité à long terme pour faire face aux fluctuations de disponibilité et de prix. Pour ces clients, Caterpillar a lancé une gamme de groupes électrogènes de secours au gaz naturel offrant une acceptation de charge et une réponse transitoire pour les opérations critiques et de gestion de la charge.

Groupe électrogène à gaz Cat G3520 Fast Response (Photo : Caterpillar)

« Les groupes électrogènes au gaz naturel à réaction rapide apparaissent comme une excellente alternative aux groupes électrogènes diesel pour fournir une alimentation de transition », a expliqué Buehler. « Dans les pays où l'alimentation électrique est peu fiable, ces groupes électrogènes peuvent fournir une alimentation continue sur des périodes plus longues que le diesel. »

En août, Caterpillar a présenté le groupe électrogène au gaz naturel Cat G3520 à réponse rapide pour les applications 50 Hz. Cet appareil a été conçu pour être utilisé dans diverses applications haute puissance, notamment les hôpitaux, les centres de données, les centres commerciaux, les écoles, les bâtiments gouvernementaux et les universités.

Le nouveau groupe électrogène rejoint les nœuds d'alimentation de secours à réponse rapide de 60 Hz de Caterpillar, qui offrent des puissances allant de 750 kW à 2,5 MW, comme certifié par l'Agence américaine de protection de l'environnement pour les applications d'urgence et non urgentes.

Les contrôles sont la clé

Si les groupes électrogènes sont les éléments les plus performants de la production d’électricité, les équipements de contrôle sont tout aussi essentiels pour maximiser les performances des solutions d’alimentation complexes qui combinent plusieurs sources d’énergie et interfaces de réseau.

Système de commande électronique Cat ECS100 (Photo : Caterpillar)

Le nouveau système de contrôle de l'énergie Cat (ECS) permet aux clients de gérer leurs besoins énergétiques, qu'ils proviennent d'un seul groupe électrogène ou d'une solution de microréseau complète, en optimisant la résilience, les émissions et les coûts.

Capable de répondre aux exigences réglementaires et de réseau actuelles et futures, la gamme Cat ECS utilise une architecture simple et évolutive qui permet aux clients d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires à mesure que leurs besoins énergétiques évoluent. De plus, des fonctionnalités plug-and-play intégrées facilitent l'installation, la mise en service et la gestion de plusieurs actifs de production d'électricité.

Cet article a été rédigé pour Power Progress International par Sven Buhler, consultant produit senior chez Caterpillar Electric Power. Il a initialement été publié dans le numéro du magazine du quatrième trimestre 2024.