朱利安·巴克利参观了卡特彼勒位于西班牙的MDLC，了解该公司的分布式电源项目如何使客户受益。
卡特彼勒马拉加演示和学习中心入口（照片：所有照片均由卡特彼勒提供）1971年，卡特彼勒公司在俯瞰西班牙太阳海岸的山丘上开设了马拉加示范与学习中心（MDLC），当时附近还没有任何建筑。此后，这里逐渐被一系列商业中心和工业园区所环绕。
但这并未阻止这家全球领先的机械和动力设备制造商扩大其生产基地。2024年，这座占地260英亩的基地举办了超过330场活动，吸引了约7000名访客，其中包括卡特彼勒员工、经销商、客户，有时还有记者。
卡特彼勒MDLC的设备演示区除了会议室外，MDLC 随时都有大约 60 台机器在运行。此外，这里还有一个大缸径发动机舱和 SOS 油品实验室，该实验室可在 24 小时内完成油品、冷却液和燃油的分析测试。
网格不稳定
电力业务部门隶属于卡特彼勒能源与交通运输事业部。该部门的产品通过卡特彼勒、FG Wilson 和 MWM 等品牌进行销售，为包括采矿和建筑、农业、医疗保健和数据中心在内的多个行业提供解决方案，同时还为全球各地的灾害救援工作提供支持。
大型电力业务副总裁兼总经理里奇·奥斯本在描述电力部门的工作时指出：“我们销售的是解决方案，而不仅仅是发电机组。”
尽管如此，由于近年来能源格局的演变，这些解决方案也发生了相当大的变化。由于世界各地国家电网投资不足，加上负荷点不断增加，电网稳定性普遍下降；例如，今年4月伊比利亚半岛全境发生的大停电，导致西班牙和葡萄牙断电超过24小时。
据报道，西班牙电网供应的能源中约有 56% 来自风能和太阳能装置产生的可再生能源；该国的目标是到 2030 年，所有输送电力中 81% 来自可再生能源。
尽管全国各地风能和太阳能发电场数量激增，但储能容量却未能跟上。如果没有足够的储能来平衡电网，需求仍然有可能超过供应。对于那些必须拥有稳定可靠电源的行业来说，这始终是一个令人头疼的问题。
新一代
考虑到这种不稳定性，卡特彼勒看到了大型电力工程与产品管理副总裁布莱恩·乔治所说的“公用事业电网支持机遇”。本质上，这意味着通过将发电设备部署在靠近负荷中心的位置，实现公用事业规模的发电——也就是所谓的分布式发电。
卡特彼勒公司完全有能力支持这种模式，该公司提供“一体化解决方案”，涵盖从系统设计到发电、储能、控制和开关设备等各个环节，从而创建单个、多个和全站点微电网。
本方案重点介绍新型 G3500K 系列天然气/沼气发电机组，提供 50 Hz 和 60 Hz 两种配置。该系列发电机组适用于 1.5 至 2.5 eMW 的应用，其满负荷运行时间比上一代产品缩短了 40%。采用气体燃料模式可降低排放和成本；卡特彼勒公司预计，10 年内可节省 35 万欧元的燃料成本。
Cat G3520K 20缸天然气发电机组G3500K系列在前代G3500H的基础上进行了多项改进。首先，全新的发动机缸体有助于提升性能和燃油经济性。此外，还配备了带有集成式废气旁通阀的新型涡轮增压器，以优化内部压力；同时，更大尺寸的新型中冷器能够更好地调节发动机进气温度，从而实现更高的效率和动力输出。
凭借升级的尾气后处理系统和可选的热电联产（CH&P）系统（该系统可捕获并再利用原本以热能形式损失的能量），该发电机组能够最大限度地利用每一立方米燃料产生输出功率。据卡特彼勒公司称，新型号的整体电力效率最高可达 46.5%（配备 CH&P 系统的型号整体效率最高可达 89.6%）。
乔治说：“到目前为止，很多解决方案都被用作数据中心的备用电源。但是，新建数据中心接入电网可能需要数年时间，所以我们现在正在寻找能够连接电网的桥梁解决方案。”
掌控权力
分布式发电本质上是指为特定本地应用场景（例如数据中心、医院或其他关键基础设施，以及建筑、采矿或农业等）在本地生产的电力。所产生的电力可以替代电网供电，根据需要辅助电网供电，或者如前所述，作为“桥梁”供电，直至完成与电网的连接。
此外，还有其他好处。例如，当用电需求高峰导致电价上涨时，分布式发电可以替代电网供电，这一过程被称为削峰。这有助于确定每千瓦时的客户电价，而电价通常是根据峰值电价计算的。利用现场分布式发电来避免更高的用电高峰，可以帮助降低电费。
发电机组通常用于提供主用电或备用电，而分布式发电则可以采用这两种形式。备用发电机组仅在紧急停电时（例如西班牙和葡萄牙的大停电）才会启动，并且可能仅用于验证/测试。卡特彼勒公司认为，分布式网络可能介于两者之间，每年可能达到 3000 次启停事件和约 1000 小时的运行时间。
显然，这样的网络需要先进的控制系统，根据用电量和其他各种因素来管理正常运行时间。为此，卡特彼勒公司最近推出了其 ECS 系列控制器，用于分析和管理可扩展分布式发电装置的发电和输电方式。
Cat ECS 200该系列产品以 ECS 100 为入门级产品，这是一款备用系统，专为 1 至 3 台发电机组的小型安装而设计。对于热电联产系统、功率平衡和电网规范校准，Cat 推出了 ECS 200，这是一款单资产控制器，可并联多达 32 台发电机组。对于更复杂的应用，例如公用设施断路器控制，Cat 推出了 ECS 300。而对于覆盖 5 台以上资产的全面微电网监控，则有 ECS 400。
为了更详细地介绍控制器的工作原理，卡特彼勒公司商务经理维克·威廉姆斯概述了位于美国图森试验场的现有系统如何升级以降低燃料成本和排放。该系统通过增加光伏面板和储能系统（所有这些都由ECS 400控制器管理），实现了燃料消耗降低33%，维护成本降低25%（2023年数据）。
重要的是，并非一定要从头开始安装整套卡特彼勒系统，改造和现代化升级是客户关系中的关键部分。正如威廉姆斯在被问及与现有硬件和系统的向后兼容性时所说：“我们需要进行调查，以确定[卡特彼勒系统]是否能与其他公司的现有系统兼容。”
储能
如前所述，西班牙在可再生能源发电方面的投资远未与相应的储能能力相匹配。虽然储能不足不太可能是4月份地区性停电的主要原因，但它确实可能导致电网无法维持必要的电压水平。
卡特彼勒混合动力解决方案，适用于电信基础设施虽然规模小得多，但储能对于微电网同样至关重要。电池储能系统（BESS）用途广泛，包括储存可再生能源的能量以备不时之需，或在用电高峰期向微电网输送电力。此外，这些装置几乎可以静音运行，同时还能为电池驱动的电器充电。
Cat 提供一系列 BESS 选择，从紧凑型型号（如 ETS（用于包括移动电话基站在内的电信应用）和移动 XES 单元）到中型 ECE（能源容量扩展）和 ETS（能源时间转移）型号，以及 PGS（电网稳定）集装箱单元。
这些装置能够有效应对一系列潜在的电力问题，例如系统故障、电压骤降/骤升以及频率过低/过高等情况。当与发电机组采用混合配置时，储能系统 (BESS) 可以降低燃料消耗，或提供备用功率容量，以减少大负荷用电时产生的瞬态电压和频率波动。这有助于降低电费和运营成本，同时又不牺牲系统稳定性。
这些储能系统（BESS）单元在提供过渡性电力解决方案中发挥着不可或缺的作用，无论是满足临时电力需求还是作为半永久性装置。卡特彼勒电力能源系统工程师 Michele Trebbi 在进一步解释卡特彼勒提供的储能系统解决方案时表示：“我们不把电网视为敌人，而是合作伙伴。我们提供过渡性电力解决方案，以确保电网能够继续为现有客户供电。”
Cat XES60 紧凑型储能系统储能系统（BESS）单元可多台连接以提供更大的电力容量，并带来另一项运行优势。当微电网不需要电力时，储存的电能可用于将沼气转化为生物甲烷或将水电解成氢气。这些燃料随后可用于相关发电机组，从而进一步减少总排放量——为了帮助减少整体碳足迹，新型G3500K系列燃气发电机组可使用沼气或天然气，并可混合高达25%的氢气作为燃料。
