Atlas Copco entra nel mercato dei gruppi elettrogeni ibridi

Stabilimento Atlas Copco vicino a Saragozza, Spagna (Foto: tutte le foto provengono da KHL Group)

Atlas Copco vanta una lunga esperienza nella produzione di sistemi di compressione dell'aria per un'ampia varietà di settori. Avendo avuto l'opportunità di visitare oltre 100 stabilimenti di produzione automobilistica in tutto il mondo per conto di un'altra rivista, è diventato normale vedere i sistemi Atlas Copco che fornivano aria compressa per gli utensili sulla linea di assemblaggio (tra le altre applicazioni).

Ma i sistemi ad aria compressa rappresentano solo una parte del portafoglio prodotti dell'azienda. Atlas Copco produce gruppi elettrogeni da oltre 30 anni; il primo di questi ha fatto il suo debutto sul mercato nel 1994.

Passando ai giorni nostri, a marzo di quest'anno è stata presentata una nuovissima serie di gruppi elettrogeni Atlas Copco. Come suggerisce il nome, la gamma Integrated Hybrid è dotata di un motore diesel fornito da FPT Industrial, ma anche di un pacco batterie agli ioni di litio-fosfato da 60 kWh. La logica alla base di questa soluzione energetica combinata è che i motori dei gruppi elettrogeni spesso operano al di sotto della loro efficienza massima, una situazione che può essere risolta utilizzando l'energia immagazzinata nel pacco batterie.

La soluzione combinata contribuisce a ridurre il consumo di carburante e le relative emissioni del motore. Ma c'è di più. Poiché il motore funziona solo al massimo o quasi al massimo dell'efficienza, si riduce la quantità di depositi carboniosi e altri possibili danni, il che a sua volta si traduce in intervalli di manutenzione più lunghi. Sfruttando al meglio il carburante e prolungando gli intervalli di manutenzione, i nuovi gruppi elettrogeni offrono un modello di costo totale di proprietà ridotto.

Marco Gravina con gruppo elettrogeno ibrido integrato

In occasione del lancio dei nuovi modelli Integrated Hybrid, Power Progress ha intervistato Marco Gravina, amministratore delegato della divisione Portable Power and Flow di Atlas Copco, responsabile dello sviluppo dei nuovi gruppi elettrogeni, e Sergio Salvador, direttore marketing e vendite, per approfondire la conoscenza della nuova gamma.

Sviluppo tecnologico

Innanzitutto, la decisione di utilizzare motori di FPT Industrial. "Hanno una lunga esperienza nello sviluppo di macchine che utilizzano propulsori ibridi", spiega Gravina. "Conoscono quindi bene questo tipo di applicazione e ciò ha aiutato molto nello sviluppo dei nuovi gruppi elettrogeni ibridi."

“Esistono due modelli di motore, uno per la versione da 120 kVA (QHS 120 S5) e un altro per la versione da 200 kVA (QHS 200 S5). Conosciamo molto bene questi motori, in quanto sono installati sui nostri generatori standard conformi alla normativa Stage 5. Quel progetto ha comportato numerosi interventi di miglioramento, sia in termini di efficienza che di qualità operativa, come ad esempio la riduzione delle vibrazioni; abbiamo piena fiducia nei loro prodotti.”

Sergio Salvador, Atlas Copco

Mentre FPT apporta la sua esperienza di mercato, Atlas Copco ha sfruttato la propria competenza interna nell'elettrificazione per supportare lo sviluppo della serie Integrated Hybrid. Gravina afferma che l'azienda ha introdotto il suo primo sistema di accumulo di energia elettrica a batteria (BESS) nel 2019 e che le conoscenze acquisite da questa esperienza sono integrate nei nuovi gruppi elettrogeni.

"Sembra che i sistemi ibridi siano una novità per noi", afferma Salvador. "Ma in realtà abbiamo già utilizzato la combinazione di generatori e pacchi batteria. Non sotto la stessa copertura, ma su un rimorchio o simili. Questi sistemi sono sul mercato da un paio d'anni."

Controlli applicativi

La filosofia alla base della nuova gamma di gruppi elettrogeni è quella di fornire energia di alta qualità con emissioni ridotte. Ciò li rende adatti a diverse tipologie di applicazioni, tra cui la fornitura di energia primaria, la ricarica di macchinari o l'alimentazione di una microrete in loco.

Un tipo di applicazione specifico, tuttavia, è quello delle gru a torre. Rispetto alla maggior parte delle altre apparecchiature, queste presentano un profilo di consumo energetico facilmente identificabile, che combina periodi di basso assorbimento con picchi brevi ma molto elevati.

Utilizzare un motore per fornire energia durante i periodi di basso consumo è estremamente inefficiente: in occasione del lancio, Atlas Copco ha sottolineato che il carico medio di un gruppo elettrogeno in questo tipo di applicazione è pari a circa il 15% del carico nominale. Per migliorare l'efficienza, il nuovo generatore ibrido può disattivare il motore per erogare solo l'energia immagazzinata nel pacco batterie.

La dimostrazione con la gru ha mostrato come i gruppi elettrogeni possono suddividere l'erogazione di energia in base al carico

“Le nostre soluzioni di alimentazione sono state utilizzate su migliaia di macchine, quindi conosciamo i profili di carico”, afferma Gravina. “Molte di queste sono gru, quindi abbiamo una conoscenza approfondita del loro funzionamento in un cantiere. Partendo da questa esperienza, abbiamo selezionato quelli che consideriamo gli elementi ideali: il motore, il pacco batterie e l'elettronica di potenza.”

A ulteriore supporto di ciò, i pacchi batteria agli ioni di litio fosfato da 60 kWh sono dotati di capacità 2C. Ciò significa che possono effettivamente raddoppiare la loro potenza, raggiungendo i 120 kVA, e supportare al contempo una velocità di ricarica maggiore e più rapida.

"Ma ciò che conta davvero è essere in grado di fornire la massima potenza su richiesta", afferma Gravina. "Questo, in combinazione con un'erogazione di energia pressoché silenziosa grazie alla sola alimentazione a batteria, può supportare progetti a bassa rumorosità o operazioni su turni notturni."

Considerazioni sul peso

I nuovi gruppi elettrogeni sono più pesanti rispetto ai modelli equivalenti dotati solo di motore diesel, principalmente a causa del pacco batterie. Tuttavia, Gravina afferma che questo aumento di peso non ha compromesso la trasportabilità e che è possibile utilizzare veicoli standard per il trasporto delle unità.

"Il modello da 200 kVA ha dimensioni equivalenti agli altri presenti sul mercato. È leggermente più pesante, ma le dimensioni sono comparabili", sottolinea.

Salvador: “Abbiamo dovuto anche tenere conto dell'equilibrio fisico. Il motore è da un lato, il pacco batterie dall'altro, ma è stato considerato anche il peso del serbatoio pieno. Questo contribuisce a rendere il sollevamento dell'unità un po' più agevole.”

Anche i cavi interni hanno contribuito ad aumentare il peso. Salvador osserva che questo è uno dei motivi per cui ci sono voluti due anni per realizzare questa soluzione definitiva, pronta per il mercato. "I collegamenti tra il motore e il pacco batterie sono stati resi il più semplici possibile. Ma tutti i cavi, insieme al sistema operativo, sono posizionati nella parte centrale dell'unità, il che facilita l'equilibrio durante il sollevamento."

Sistema di controllo

Il sistema ECO Controller viene utilizzato per gestire il gruppo elettrogeno, inclusa la potenza complessiva erogata. A seconda del fabbisogno energetico, può prelevare energia dal motore, dalla batteria o combinare la potenza di entrambi. Nel caso del QHS 120 S5, il sistema di controllo eroga una potenza di picco di 120 kVA utilizzando sia l'energia del motore che quella della batteria.

Interfaccia grafica per il controller ECO e altre funzioni

ECO Controller è stato progettato per la massima semplicità d'uso. Durante una dimostrazione dei nuovi modelli, è stato evidenziato come sia necessaria solo una formazione minima da parte dell'operatore per configurare e avviare il generatore.

Il sistema presenta alcune caratteristiche degne di nota. Tra queste, un controllo dello stato di salute della batteria che fornisce informazioni sulle sue prestazioni, migliorandone l'efficienza e la durata complessiva. Grazie alla tecnologia agli ioni di litio fosfato, le batterie sono progettate per circa 6.000 cicli di carica/scarica. Con due ricariche complete al giorno, la durata utile si aggira intorno ai 10 anni.

Sviluppati internamente da Atlas Copco, sia l'ECO Controller che i gruppi elettrogeni ibridi integrati sono stati sottoposti a test approfonditi. Gravina: "Abbiamo effettuato alcuni test di simulazione, ma la maggior parte dei test fisici, sia qui [presso la nostra sede] che sul campo, è stata condotta. Il test standard aziendale prevede 1.000 ore di funzionamento continuo, eventualmente di più per i prodotti destinati ad applicazioni speciali: se qualcosa dovesse succedere, accadrebbe entro tale periodo."

A tutto ciò si aggiunge il sistema telematico FleetLink, che contribuisce a ottimizzare le prestazioni individuali e dell'intera flotta. Grazie alla funzione di accesso remoto, il sistema supporta sia la funzionalità che l'efficienza.

“I dati di [FleetLink] sono a disposizione del cliente”, riferisce Gravina. “È uno strumento di analisi. Possiamo produrre report per i clienti che evidenziano le aree in cui è possibile apportare miglioramenti operativi e offrire raccomandazioni per la messa a punto delle macchine.”

Assemblaggio e altro

I gruppi elettrogeni vengono assemblati presso la sede centrale della divisione Portable Power and Flow, situata nei pressi di Saragozza, in Spagna. Gli elementi del telaio e le coperture delle unità vengono forniti da un fornitore esterno che ha la sua base produttiva in prossimità del sito di assemblaggio.

Le unità sono raffreddate ad aria, tramite un sistema integrato nella copertura. "I gruppi elettrogeni sono mobili", afferma Salvador. "Per questo motivo, necessitano di un sistema di raffreddamento affidabile e portatile, integrato nell'unità stessa. È progettato per essere robusto e in grado di gestire condizioni difficili. Avremmo potuto aggiungere un sistema di raffreddamento a liquido per il pacco batterie, ma meno componenti ci sono, minore è la probabilità che qualcosa vada storto."

I pacchi batteria sono forniti da Zhejiang Narada Power Source

Atlas Copco si è posta l'obiettivo di destinare il 50% del proprio fatturato totale alle soluzioni sostenibili, come la gamma di gruppi elettrogeni ibridi integrati, entro la fine del 2027. "In Europa, abbiamo già raggiunto il 40% di questo obiettivo", afferma Gravina. "In alcune regioni degli Stati Uniti abbiamo già superato tale percentuale."

A sostegno delle credenziali di sostenibilità dei nuovi gruppi elettrogeni, Atlas Copco ha affermato che, se i circa 200.000 gruppi elettrogeni da 200 kVA o inferiori attualmente in funzione in tutta Europa venissero sostituiti con varianti ibride, si potrebbero risparmiare circa 3,2 miliardi di litri di gasolio ogni anno.

Alla domanda se il consumo di carburante sia l'unico indicatore di sostenibilità, Gravina ha sorriso: era evidente che avesse già sentito la domanda. "Ovviamente non si tratta solo di carburante. La sostenibilità riguarda anche l'eliminazione delle interruzioni di corrente, i costi di riparazione, la maggiore durata dei generatori. Tutti questi fattori, e molti altri, contribuiscono alla sostenibilità complessiva."