I produttori di gruppi elettrogeni collaborano per aggiungere motori

Da una prospettiva storica, 10 anni possono sembrare una goccia nell'oceano per chi opera nel settore della produzione di energia. Eppure, in un decennio si può fare molto. Basta chiedere a Mesa Solutions, un fornitore di servizi energetici con sede a Loveland, in Colorado, specializzato nella produzione, vendita, noleggio e leasing di soluzioni energetiche portatili a gas.

In base all'accordo di partnership, HDI fornisce i blocchi lunghi per i motori, mentre Mesa si occupa della "rifinitura". (Foto: Mesa Solutions)

Dal suo inizio nel 2014, Mesa ha distribuito oltre 2.000 gruppi elettrogeni a oltre 130 clienti, generando oltre 450 MW di energia per applicazioni commerciali e industriali, come la fornitura di energia primaria, la microrete, l'alimentazione di riserva e altre applicazioni. E ora, in seguito all'annuncio, avvenuto al ConExpo-Con/Agg 2023, della sua partnership con il produttore globale di motori e attrezzature per l'edilizia Hyundai Doosan Infracore (HDI), Mesa è pronta a distribuire la propria linea di motori a gas.

"In termini di crescita e sviluppo aziendale, siamo un'azienda giovane. Ci siamo evoluti dalla produzione di generatori a gas naturale all'offerta di servizi in diversi ambiti del settore, che si tratti di alimentazione di riserva o di risposta alle emergenze", ha affermato Tom Poteet, vicepresidente dello Sviluppo Aziendale di Mesa Solutions. "Ora, stiamo entrando nello sviluppo e nel lancio di linee di motori grazie alla nostra partnership con Hyundai".

"Il gorilla da 800 libbre" in Leased Power

Mesa è impegnata nel settore petrolifero e del gas fin dai suoi esordi nel 2014, quando il defunto magnate e finanziere del settore Thomas Boone Pickens Jr. contribuì a fondare Mesa Natural Gas Solutions. L'azienda è stata una delle prime startup finanziate da BP Energy Partners, un fondo di private equity del settore energetico.

Inizialmente, i piani prevedevano che un'azienda collegata producesse i gruppi elettrogeni a gas naturale che avrebbe commercializzato, ma Poteet ha affermato che Mesa "si è rapidamente trovata troppo piccola" e ha avviato la produzione in proprio in uno stabilimento di 8.400 metri quadrati a Casper, nel Wyoming. "Abbiamo migliorato il design, ci siamo fatti consegnare i componenti e abbiamo avviato l'assemblaggio e la produzione. Ora abbiamo migliaia di unità in affitto", ha affermato.

A metà del 2023, la società è interamente di proprietà di Arroyo Investors, un gestore di investimenti indipendente con sede a Houston specializzato in asset di generazione di energia e infrastrutture energetiche. Ora opera con il nome di Mesa Solutions.

Il GV22PU è un motore V12 da 22 litri, turbocompresso e intercooler, con potenza nominale fino a 684 CV a 60 Hz o 606 CV a 50 Hz. (Foto: Mesa Solutions)

I gruppi elettrogeni sono disponibili in cinque taglie di potenza, da 70 a 350 kW. Possono utilizzare una vasta gamma di combustibili gassosi, tra cui gas naturale, propano liquido, gas di pozzo, metano da giacimenti di carbone, gas naturale rinnovabile e alcuni gas di petrolio liquefatto. Sono disponibili diverse configurazioni per ciascun modello, con le unità montate su rimorchio che sono le più diffuse per le applicazioni nei giacimenti petroliferi.

Secondo Mesa, i suoi gruppi elettrogeni sono progettati per offrire agli operatori del settore petrolifero e del gas un metodo flessibile di mitigazione delle torce, opzioni avanzate di controllo catalitico e compatibilità con le energie rinnovabili. Questa flessibilità ha contribuito a rendere Mesa un fornitore leader in Nord America di soluzioni di alimentazione portatile 24 ore su 24, 7 giorni su 7, che utilizzano gas naturale di pozzo.

In termini di energia in leasing nei giacimenti petroliferi, Poteet ha affermato che Mesa è ora "il gorilla da 800 libbre del settore grazie alla qualità e all'affidabilità delle macchine che produciamo e al livello di servizio e supporto che possiamo fornire".

"Nel settore petrolifero, c'è una sola specifica: 'Il [generatore] funziona o no? Perché se non lo è, abbiamo bisogno che tu lo sposti perché il tuo concorrente ha bisogno di quel posto'. Quindi, questo contesto aziendale ci ha spinto a progettare il nostro generatore in modo estremamente efficiente e affidabile", ha affermato. "E ci sta guidando nel mercato dei generatori di riserva".

Da acquirente di motori a partner di motori

"Più o meno nel periodo in cui i giacimenti di scisto stavano decollando, intorno al 2011, era anche il periodo in cui le aziende di motori come Doosan (ora HDI) stavano perfezionando i blocchi motore per il gas naturale", ha osservato Poteet. "Le compagnie petrolifere ne hanno visto i vantaggi, perché se avessero potuto avere generatori in loco che bruciavano il gas proveniente dal giacimento di scisto, avrebbero eliminato la necessità di costruire una condotta o di trasportare carburante al sito."

Mesa inizialmente si riforniva di motori da uno degli allora fornitori di HDI, e divenne rapidamente uno dei suoi maggiori clienti per i motori a gas naturale. Le specifiche originali del motore GV22 da 22 litri utilizzato nel suo gruppo elettrogeno più grande erano comprese tra 700 e 2.500 BTU, valore che Poteet ha messo in prospettiva confrontandolo con i circa 1.000 BTU di un'abitazione media.

Per soddisfare le esigenze dei clienti del settore petrolifero, Mesa ha apportato alcune modifiche importanti. "La fluttuazione del livello del carburante ha richiesto motori un po' più potenti e un software/unità di controllo elettronica in grado di modulare il motore fino a 2.500 BTU. Questo è anche il livello del propano, il che significa che i motori possono bruciare anche propano", ha sottolineato.

Vengono utilizzate due prese diverse, con commutazione automatica tra i tipi di carburante (gas naturale, gas di pozzo, propano, CNG o GNL). "Ci siamo davvero distinti per la possibilità di passare da un carburante all'altro senza interrompere il carico", ha affermato Poteet.

Quando HDI ha deciso di cambiare fornitore, Poteet ha raccontato: "Sono venuti da noi dicendo che avevano apportato miglioramenti al design dei motori e che volevano che Mesa assumesse il ruolo di fornitore". Il risultato è stato l'accordo di partnership formalmente annunciato a ConExpo 2023.

In base all'accordo, HDI fornisce i blocchi lunghi per i motori, mentre Mesa si occupa della "rifinitura". Questo include l'integrazione del modulo di controllo motore, del regolatore di carburante, dell'acceleratore e di altri componenti chiave sviluppati internamente da Mesa. Anche l'ottenimento della certificazione dell'Agenzia per la Protezione Ambientale (EPA) ricade sulle spalle di Mesa.

"[Operiamo come confezionatori], ma abbiamo anche migliorato il sistema di controllo dell'acceleratore rispetto a prima. Abbiamo migliorato cilindri e testate rispetto al prodotto precedente", ha sottolineato Poteet.

"È nato il desiderio di costruire una trappola per topi più grande e migliore. Prendiamo questi motori, analizziamo le applicazioni... e gli ambienti in cui li inseriamo", ha continuato. "Descriviamo sempre nel dettaglio i piccoli difetti che si troverebbero in una normale piattaforma di motori e come possiamo aggirarli e migliorare l'esperienza per l'utente finale".

Un nuovo mondo si apre

Il primo motore ad ottenere la certificazione EPA è il GV22PU, un V12 da 22 litri, turbocompresso e intercooler, che sostituisce il GV22 originale. Il GV22PU ha alesaggio x corsa di 128 mm x 142 mm e una potenza nominale fino a 684 CV (510 kW) a 60 Hz o fino a 606 CV (452 kW) a 50 Hz, a seconda del tipo di carburante. Si tratta di un aumento di potenza di oltre il 20% rispetto al motore precedente.

Con la certificazione EPA, Poteet ha affermato: "Non solo possiamo utilizzare i motori internamente, ma ora possiamo anche venderli ai clienti. Possiamo utilizzare quei motori e i nostri clienti di generatori ne trarranno beneficio perché ora non ci sono intermediari. Ma ci ha anche aperto un mondo completamente nuovo: la vendita di motori".

Le caratteristiche che Mesa ha incorporato nel GV22PU includono una nuova valvola a farfalla, un design di aspirazione modificato e una calibrazione aggiornata del sensore di detonazione per migliorare le prestazioni perfezionando il processo di combustione.

Tutti i nuovi motori saranno certificati sia per gas naturale da gasdotto che per propano e testati da 700 a 1.800 BTU. (Foto: Mesa Solutions)

Il nuovo acceleratore e il regolatore elettronico del carburante sono progettati per consentire un flusso d'aria e carburante più preciso, migliorando la combustione e la risposta dell'acceleratore, mentre il design di aspirazione modificato riduce la resistenza dell'aria e migliora la distribuzione tra i cilindri, per una maggiore potenza e un'efficienza complessiva, ha affermato Mesa. Il sensore di detonazione aggiornato rileva e attenua rapidamente il battito in testa del motore per ottimizzare le prestazioni.

Il prossimo passo per l'azienda sarà ottenere la certificazione EPA per i motori della serie GX, che saranno offerti nelle cilindrate di 11,1 litri, 14,6 litri e 21,9 litri, rispettivamente nelle configurazioni I-6, V8 e V12. La serie utilizzerà una testata a quattro valvole al posto della configurazione a due valvole, che, secondo Mesa, offre una testata più robusta per una maggiore resistenza e durata, oltre a una maggiore densità di potenza grazie alla maggiore pressione nei cilindri.

Tutti i nuovi motori saranno certificati sia per gas naturale da gasdotto che per propano e testati da 700 a 1.800 BTU. La produzione avverrà presso lo stabilimento di Casper.

Mercato in evoluzione

Oltre alle varianti a gas naturale, HDI sta sviluppando un blocco motore che funziona a idrogeno per soddisfare l'interesse del settore per l'utilizzo di questo carburante a zero emissioni. Una versione non funzionante di un motore a idrogeno da 402 CV (300 kW), sei cilindri in linea e 11,1 litri, è stata presentata allo stand Mesa al PowerGen International all'inizio di quest'anno, ma versioni funzionanti sono in fase di sviluppo e in fase di test.

Mesa offre gruppi elettrogeni in cinque taglie di potenza, da 70 a 350 kW, in grado di utilizzare una vasta gamma di combustibili gassosi. (Foto: Mesa Solutions)

"Mesa sta collaborando con HDI allo sviluppo del motore a idrogeno in un gruppo elettrogeno e prevede che l'unità di prova sarà completata tra la fine del 2025 e l'inizio del 2026", ha affermato Poteet.

Mesa sta assistendo ad altri cambiamenti del mercato, oltre ai tipi di carburante, tra cui una maggiore domanda di contratti di locazione a lungo termine per i suoi gruppi elettrogeni e persino un passaggio all'acquisto in sostituzione del noleggio o della locazione finanziaria.

"Con l'aumento delle dimensioni e dei volumi e della velocità della nostra azienda, abbiamo puntato sempre di più sulle vendite di generatori. Negli ultimi tre o quattro anni, abbiamo incrementato le vendite e stiamo ricevendo importanti ordini di acquisto", ha dichiarato Poteet.

I data center passano alle microreti

Questo cambiamento ha portato Mesa a vendere un numero crescente di generatori, tra cui sistemi di microreti, a paesi in tutto il mondo.

"Attualmente, le dimensioni della nostra flotta a noleggio variano da 75 kW a 350 kW, ma è possibile collegarli in parallelo in sequenza per ottenere una capacità maggiore", ha affermato Poteet. "I due modelli più grandi sono quelli più facilmente collegabili in parallelo, con il modello da 350 kW più utilizzato in questa configurazione."

Una versione non funzionante di un motore a idrogeno Hyundai è stata esposta nel libro Mesa al PowerGen International. (Foto: KHL Staff)

Tali soluzioni di tipo microgrid sono diventate sempre più popolari tra clienti come i data center, che richiedono "un'enorme quantità di energia", ha affermato Poteet. In passato, questi clienti installavano megawatt di potenza in pochi generatori, ha osservato, ma ora si stanno rivolgendo sempre più a più generatori più piccoli, laddove l'ingombro lo consente.

L'utilizzo di più generatori in parallelo consente di suddividere l'energia in blocchi per una maggiore affidabilità energetica. Ad esempio, si consideri la presenza di venti generatori da 350 kW che lavorano in parallelo per produrre circa 10 MW di potenza, rispetto a tre generatori diesel da 3 MW. Se un singolo generatore da 3 MW dovesse guastarsi, l'impatto sulla potenza disponibile sarebbe notevole, ha sottolineato Poteet. "Se si perde uno dei 20 generatori, l'impatto è minore".

Espansione della portata

Mesa Solutions prevede di continuare ad ampliare la propria presenza in queste e altre applicazioni e mercati, e attende con ansia la continua espansione della sua gamma di motori e le opportunità di vendita che ciò offrirà. Ma c'è un cambiamento che non prevede di attuare a breve.

"Stiamo ora entrando nel settore delle applicazioni commerciali e industriali di riserva e di pubblica utilità", ha osservato Poteet. "Ma continueremo a commercializzare i prodotti nei giacimenti petroliferi per molto tempo".

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