Caterpillar atualiza soluções de energia a gás

À medida que a transição energética se acelera, as soluções de energia a gás-combustível oferecem às empresas uma maneira de reduzir suas emissões de gases de efeito estufa em uma ampla gama de aplicações. Isso se deve principalmente à sua alta eficiência energética, aliada à capacidade de utilizar uma variedade de combustíveis de baixo carbono.

A Caterpillar introduziu recentemente uma série de novidades em sua linha de geradores a gás. Isso inclui um portfólio expandido de equipamentos capazes de usar misturas de gás/hidrogênio e uma opção de 50 Hz para os geradores a gás natural de resposta rápida, todos com novos controles que permitem o uso de combustíveis renováveis.

Sven Buehler, Caterpillar

Essas novas soluções utilizam combustíveis gasosos para ajudar os clientes a reduzir suas emissões de carbono. Isso inclui soluções de energia com NOx ultrabaixo, incluindo grupos geradores capazes de operar com combustível com vários níveis de metano/gás natural, além da funcionalidade eficiente de cogeração de calor e energia (CHP).

“Em toda a Europa, observamos um impulso consistente para a energia renovável, mas o desempenho é um fator crítico para nossos clientes”, disse Sven Buehler, consultor sênior de produtos para vendas de produtos a gás da Caterpillar. “Estamos descobrindo que uma abordagem que integra múltiplas tecnologias de energia, incluindo abordagens tradicionais, energia renovável e soluções a gás, atende a todos os requisitos de disponibilidade, confiabilidade e sustentabilidade.”

Novas capacidades de hidrogênio

A Caterpillar expandiu seu portfólio de soluções de energia capazes de operar com gás natural e misturas de hidrogênio com o lançamento das versões de 12 e 16 cilindros do Cat CG260. Há também kits de reposição que podem ser instalados em máquinas existentes para suportar essa combinação de combustível.

Com essas últimas adições, a Caterpillar agora oferece grupos geradores a gás com potências que variam de 400 kW a 4,5 MW, cada um com capacidade de misturar gás natural com até 25% de hidrogênio (em volume). Os grupos geradores apresentam inúmeras alterações de hardware e controles de máquina para acomodar as propriedades exclusivas do hidrogênio, como baixa energia de ignição, baixa densidade de energia e menor distância de têmpera. Incompatibilidades de materiais também foram solucionadas.

Além das unidades capazes de usar misturas de combustível, a Caterpillar também lançou os grupos geradores a gás Cat G3516, capazes de operar com 100% de hidrogênio. Apresentados pela primeira vez em 2022, eles estão disponíveis com potência máxima de 1,5 MW para aplicações contínuas de 50 Hz ou 60 Hz.

“À medida que a transição energética continua a se desenrolar, nossos clientes com iniciativas relacionadas ao clima estão ansiosos para testar grupos geradores movidos a hidrogênio para que possam entender onde eles fazem mais sentido”, observou Steve Parente, especialista em infraestrutura de hidrogênio e engenharia de integração da Caterpillar.

Energias renováveis no campo

Essas novas máquinas aproveitam os 35 anos de experiência da Caterpillar trabalhando com hidrogênio, incluindo aplicações em transporte, petróleo e gás, motores industriais, turbinas e células de combustível. Por exemplo, a Caterpillar está liderando um projeto de combustível com baixa intensidade de carbono para demonstrar um sistema de cogeração de 2,0 MW na District Energy St. Paul, em Minnesota, usando hidrogênio e gás natural.

Apoiada em parte pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA, a demonstração na concessionária da cidade é liderada pela Caterpillar em colaboração com o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL).

O objetivo é desenvolver um sistema de fornecimento e controle de energia movido a hidrogênio para avaliar seu perfil de emissões de gases de efeito estufa, além de analisar a confiabilidade, a durabilidade e as barreiras à adoção. Para avaliar completamente todos os aspectos da solução de hidrogênio em condições operacionais reais, a energia e o calor do projeto de demonstração estão sendo alimentados no sistema de distribuição existente da concessionária.

Este sistema fornece calor e vapor para edifícios por toda a cidade em um "ciclo de vapor" e pode gerar eficiências energéticas totais de até 90%. Ele permite que os clientes economizem em gastos com energia, proporcionando autonomia de fornecimento e reduzindo emissões.

A demonstração também fornece insights sobre mudanças que serão necessárias para soluções de energia alimentadas por hidrogênio nas operações diárias.

“Os custos de produção, transporte, armazenamento e vários outros fatores estão atualmente impedindo que o hidrogênio atinja a paridade com os combustíveis tradicionais”, observou Parente. “Por exemplo, nossos clientes estão aprendendo que capacidades de produção no local que utilizam energia solar ou eólica serão essenciais no curto prazo para o fornecimento econômico do hidrogênio verde que oferece a maior redução nos gases de efeito estufa do ciclo de vida.”

Os grupos geradores apoiam as energias renováveis

À medida que as energias renováveis desempenham um papel cada vez mais significativo no fornecimento de energia à rede, as empresas estão instalando suas próprias capacidades de geração de energia de longo prazo para lidar com as flutuações de disponibilidade e preços. Para esses clientes, a Caterpillar lançou uma linha de grupos geradores de reserva a gás natural que oferecem aceitação de carga e resposta transitória para operações de missão crítica e gerenciamento de carga.

Grupo gerador a gás Cat G3520 Fast Response (Foto: Caterpillar)

“Grupos geradores a gás natural de resposta rápida estão surgindo como uma excelente alternativa aos grupos geradores a diesel no fornecimento de energia de ponte”, explicou Buehler. “Em países com fornecimento de energia instável, esses grupos geradores podem fornecer energia contínua por períodos mais longos do que o diesel.”

Em agosto, a Caterpillar lançou o gerador a gás natural Cat G3520 Fast Response para aplicações de 50 Hz. A unidade foi projetada para uso em uma variedade de aplicações de alta potência, incluindo hospitais, data centers, complexos comerciais, escolas, prédios governamentais e universidades.

O novo conjunto de geradores se junta aos nós de energia de espera de resposta rápida de 60 Hz da Caterpillar, que oferecem saídas que variam de 750 kW a 2,5 MW, conforme certificado pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA para aplicações de emergência e não emergência.

Os controles são a chave

Embora os grupos geradores sejam os principais executores na geração de energia, os equipamentos de controle são igualmente vitais para maximizar o desempenho de soluções de energia complexas que combinam diversas fontes de energia e interfaces de rede.

Sistema de Controle Eletrônico Cat ECS100 (Foto: Caterpillar)

O novo Cat Energy Control System (ECS) permite que os clientes gerenciem suas necessidades de energia, seja de um único gerador ou de uma solução completa de microrrede, otimizando a resiliência, as emissões e os custos.

Com a capacidade de atender aos requisitos regulatórios e de rede atuais e futuros, o portfólio Cat ECS utiliza uma arquitetura simples e escalável que permite aos clientes adicionar funcionalidades adicionais conforme suas necessidades energéticas mudam. Além disso, recursos plug-and-play integrados facilitam a instalação, o comissionamento e o gerenciamento de múltiplos ativos de geração de energia.

Este artigo foi escrito para a Power Progress International por Sven Buhler, consultor sênior de produtos da Caterpillar Electric Power. Foi publicado originalmente na edição do quarto trimestre de 2024 da revista.