Caterpillar aggiorna le soluzioni di alimentazione a gas

Con l'accelerazione della transizione energetica, le soluzioni di energia a gas offrono alle aziende un modo per ridurre le emissioni di gas serra in un'ampia gamma di applicazioni. Ciò è dovuto principalmente alla loro elevata efficienza energetica, unita alla possibilità di utilizzare una varietà di combustibili a basse emissioni di carbonio.

Caterpillar ha recentemente introdotto una serie di nuove aggiunte alla sua gamma di gruppi elettrogeni a gas. Tra queste, un portfolio ampliato di apparecchiature in grado di utilizzare miscele di gas/idrogeno e un'opzione a 50 Hz per i gruppi elettrogeni a gas naturale a risposta rapida, tutti dotati di nuovi controlli che supportano l'uso di combustibili rinnovabili.

Sven Buehler, Caterpillar

Queste nuove soluzioni utilizzano combustibili gassosi per aiutare i clienti a ridurre le emissioni di carbonio. Tra queste, soluzioni energetiche a bassissime emissioni di NOx, tra cui gruppi elettrogeni in grado di funzionare con combustibili con diverse concentrazioni di metano/gas naturale, insieme a un'efficiente funzionalità di cogenerazione (CHP).

"In tutta Europa stiamo assistendo a una spinta costante verso le energie rinnovabili, ma le prestazioni sono un fattore critico per i nostri clienti", ha affermato Sven Buehler, consulente senior per le vendite di prodotti a gas di Caterpillar. "Stiamo scoprendo che un approccio che integra diverse tecnologie energetiche, inclusi approcci tradizionali, energie rinnovabili e soluzioni a gas, soddisfa tutti i requisiti in termini di disponibilità, affidabilità e sostenibilità".

Nuove capacità dell'idrogeno

Caterpillar ha ampliato il suo portafoglio di soluzioni di alimentazione in grado di funzionare con miscele di gas naturale e idrogeno con l'introduzione delle versioni a 12 e 16 cilindri del Cat CG260. Sono disponibili anche kit aftermarket installabili su macchine esistenti per supportare questa combinazione di carburante.

Con queste ultime aggiunte, Caterpillar offre ora gruppi elettrogeni a gas con una potenza compresa tra 400 kW e 4,5 MW, ciascuno in grado di miscelare gas naturale con idrogeno fino al 25% (in volume). I gruppi elettrogeni presentano numerose modifiche hardware e di controllo macchina per adattarsi alle proprietà uniche dell'idrogeno, come la bassa energia di accensione, la bassa densità energetica e una distanza di spegnimento ridotta. Sono state inoltre affrontate le incompatibilità dei materiali.

Oltre alle unità in grado di utilizzare miscele di carburante, Caterpillar ha introdotto anche i gruppi elettrogeni a gas Cat G3516, in grado di funzionare al 100% con idrogeno. Presentati per la prima volta nel 2022, sono disponibili con una potenza massima di 1,5 MW per applicazioni continue a 50 Hz o 60 Hz.

"Mentre la transizione energetica prosegue, i nostri clienti con iniziative legate al clima sono ansiosi di testare i gruppi elettrogeni a idrogeno per capire dove hanno più senso", ha osservato Steve Parente, specialista in infrastrutture a idrogeno e ingegneria di integrazione per Caterpillar.

Le energie rinnovabili sul campo

Queste nuove macchine sfruttano i 35 anni di esperienza di Caterpillar nell'utilizzo dell'idrogeno, con applicazioni nei settori dei trasporti, del petrolio e del gas, dei motori industriali, delle turbine e delle celle a combustibile. Ad esempio, Caterpillar sta guidando un progetto di combustione a ridotta intensità di carbonio per dimostrare un sistema di cogenerazione da 2,0 MW presso District Energy St. Paul, in Minnesota, che utilizza idrogeno e gas naturale.

La dimostrazione presso l'azienda di servizi pubblici cittadina è condotta da Caterpillar in collaborazione con il National Renewable Energy Laboratory (NREL), supportata in parte dall'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

L'obiettivo è sviluppare un sistema di erogazione e controllo dell'energia a idrogeno per valutarne il profilo delle emissioni di gas serra, valutandone anche l'affidabilità, la durata e gli ostacoli all'adozione. Per valutare appieno ogni aspetto della soluzione a idrogeno in condizioni operative reali, l'energia elettrica e il calore del progetto dimostrativo vengono immessi nel sistema di distribuzione esistente dell'azienda.

Questo sistema fornisce calore e vapore agli edifici della città tramite un "circuito di vapore" e può garantire un'efficienza energetica complessiva fino al 90%. Permette ai clienti di risparmiare sulla spesa energetica, garantendo al contempo autonomia di fornitura e riducendo le emissioni.

La dimostrazione fornisce anche spunti sui cambiamenti che saranno necessari per le soluzioni energetiche alimentate a idrogeno nelle operazioni quotidiane.

"I costi di produzione, trasporto, stoccaggio e numerosi altri fattori impediscono attualmente all'idrogeno di raggiungere la parità con i combustibili tradizionali", ha osservato Parente. "Ad esempio, i nostri clienti stanno scoprendo che le capacità di produzione in loco che sfruttano l'energia solare o eolica saranno essenziali a breve termine per fornire economicamente l'idrogeno verde che offre la maggiore riduzione dei gas serra nel ciclo di vita."

I gruppi elettrogeni supportano le energie rinnovabili

Poiché le energie rinnovabili svolgono un ruolo sempre più significativo nell'approvvigionamento energetico della rete, le aziende stanno installando sistemi di generazione di energia a lungo termine per far fronte alle fluttuazioni di disponibilità e prezzo. Per questi clienti, Caterpillar ha introdotto una linea di gruppi elettrogeni a gas naturale di riserva che offrono accettazione del carico e risposta transitoria per operazioni mission-critical e di gestione del carico.

Gruppo elettrogeno a gas Cat G3520 Fast Response (Foto: Caterpillar)

"I gruppi elettrogeni a gas naturale a risposta rapida si stanno affermando come un'eccellente alternativa ai gruppi elettrogeni diesel per la fornitura di energia di transizione", ha spiegato Buehler. "Nei paesi con reti elettriche inaffidabili, questi gruppi elettrogeni possono fornire energia continua per periodi più lunghi rispetto al diesel".

Ad agosto, Caterpillar ha presentato il gruppo elettrogeno a gas naturale Cat G3520 Fast Response per applicazioni a 50 Hz. L'unità è stata progettata per l'uso in una vasta gamma di applicazioni ad alta potenza, tra cui ospedali, data center, centri commerciali, scuole, edifici governativi e università.

Il nuovo gruppo elettrogeno si unisce ai nodi di alimentazione di riserva a risposta rapida da 60 Hz di Caterpillar, che offrono potenze che vanno da 750 kW a 2,5 MW, come certificato dall'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti per applicazioni di emergenza e non di emergenza.

I controlli sono la chiave

Sebbene i gruppi elettrogeni siano i veri protagonisti della produzione di energia, le apparecchiature di controllo sono altrettanto essenziali per massimizzare le prestazioni di soluzioni energetiche complesse che combinano più fonti di energia e interfacce di rete.

Sistema di controllo elettronico Cat ECS100 (Foto: Caterpillar)

Il nuovo Cat Energy Control System (ECS) consente ai clienti di gestire il proprio fabbisogno energetico, sia che si tratti di un singolo gruppo elettrogeno o di una soluzione microrete completa, ottimizzando resilienza, emissioni e costi.

Grazie alla capacità di soddisfare i requisiti normativi e di rete attuali e futuri, il portfolio Cat ECS utilizza un'architettura semplice e scalabile che consente ai clienti di aggiungere funzionalità aggiuntive in base all'evoluzione del loro fabbisogno energetico. Inoltre, le funzionalità plug-and-play integrate semplificano l'installazione, la messa in servizio e la gestione di più impianti di generazione di energia.

Questo articolo è stato scritto per Power Progress International da Sven Buhler, consulente senior di prodotto di Caterpillar Electric Power. È stato originariamente pubblicato nel numero del quarto trimestre 2024 della rivista.