随着能源转型加速，燃气动力解决方案为企业在广泛的应用领域中减少温室气体排放提供了一种途径。这主要归功于其高能源效率以及使用多种低碳燃料的能力。
卡特彼勒近期为其燃气发电机组产品线推出了一系列新品。其中包括扩展后的产品组合，这些设备可使用天然气/氢气混合燃料；此外，快速响应天然气发电机组还新增了50赫兹版本；所有这些产品均配备了支持使用可再生燃料的新型控制系统。
斯文·比勒，卡特彼勒这些新型解决方案利用气态燃料帮助客户减少碳排放。其中包括超低氮氧化物（NOx）电力解决方案，例如能够使用不同甲烷/天然气比例燃料的发电机组，以及高效的热电联产（CHP）功能。
卡特彼勒燃气产品销售高级产品顾问斯文·比勒表示：“在整个欧洲，我们看到对可再生能源的持续推动，但性能是客户最为关注的因素。我们发现，整合多种电力技术（包括传统能源、可再生能源和燃气解决方案）的方案，能够全面满足可用性、可靠性和可持续性的要求。”
新的氢能能力
卡特彼勒公司推出了12缸和16缸版本的Cat CG260发动机，进一步拓展了其可使用天然气和氢气混合燃料的动力解决方案产品组合。此外，还有售后改装套件可以安装在现有机器上，以支持这种燃料组合。
凭借这些最新产品，卡特彼勒现可提供功率范围从 400 千瓦到 4.5 兆瓦的燃气发电机组，每款机组均可将天然气与高达 25%（体积比）的氢气混合。这些发电机组在硬件和控制系统方面进行了多项改进，以适应氢气的独特特性，例如低点火能量、低能量密度和较小的熄火距离。此外，还解决了材料不相容的问题。
“在整个欧洲，我们看到对可再生能源的持续推动，但性能是客户非常关注的关键因素。”
斯文·比勒，卡特彼勒
除了可使用混合燃料的机组外，卡特彼勒还推出了可使用100%氢气运行的Cat G3516燃气发电机组。该机组于2022年首次亮相，最大额定功率为1.5兆瓦，适用于50赫兹或60赫兹的连续应用。
“随着能源转型不断推进，我们那些有气候相关举措的客户渴望测试氢燃料发电机组，以便了解它们在哪些方面最有意义，”卡特彼勒氢基础设施和集成工程专家史蒂夫·帕伦特指出。
可再生能源领域
这些新型设备充分利用了卡特彼勒公司35年来在氢能领域的丰富经验，包括其在交通运输、石油天然气、工业发动机、涡轮机和燃料电池等领域的应用。例如，卡特彼勒公司正在牵头开展一个低碳燃料项目，旨在明尼苏达州圣保罗地区能源中心示范一套使用氢气和天然气的2.0兆瓦热电联产系统。
这项在城市公用事业公司进行的示范项目得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的部分支持，由卡特彼勒公司牵头，并与国家可再生能源实验室 (NREL) 合作开展。
目标是开发一套氢燃料电力输送和控制系统，以评估其温室气体排放情况，同时考察其可靠性、耐久性和推广应用障碍。为了在实际运行条件下全面评估氢能解决方案的各个方面，示范项目产生的电力和热能正被输送到公用事业公司现有的配电系统中。
该系统通过“蒸汽循环”向城市各处的建筑物输送热能和蒸汽，总能效可高达 90%。它既能让客户节省能源开支，又能提供自主供能并减少排放。
该示范项目还为氢燃料动力解决方案在日常运营中需要进行的变革提供了见解。
帕伦特指出：“生产、运输、储存成本以及其他诸多因素，目前阻碍了氢能与传统燃料实现成本持平。例如，我们的客户逐渐意识到，短期内，利用太阳能或风能进行现场生产对于经济高效地供应绿色氢气至关重要，因为绿色氢气能够最大程度地减少生命周期内的温室气体排放。”
发电机组支持可再生能源
随着可再生能源在电网供电中扮演越来越重要的角色，企业正在部署自己的长期发电能力，以应对电力供应和价格的波动。针对这些客户，卡特彼勒推出了一系列备用天然气发电机组，可为关键任务和负荷管理运行提供负荷接受能力和瞬态响应能力。
Cat G3520 快速响应燃气发电机组（图片：卡特彼勒）“快速响应的天然气发电机组正逐渐成为柴油发电机组在过渡供电方面的绝佳替代方案，”布勒解释说。“在电力供应不稳定的国家，这些发电机组能够比柴油发电机组更长时间地持续供电。”
今年8月，卡特彼勒推出了适用于50赫兹应用的Cat G3520快速响应天然气发电机组。该机组专为各种高功率应用而设计，包括医院、数据中心、零售综合体、学校、政府大楼和大学。
这款新型发电机组加入了卡特彼勒的 60 Hz 快速响应备用电源节点产品线，其输出功率范围从 750 kW 到 2.5 MW，并已获得美国环境保护署 (EPA) 的认证，可用于紧急和非紧急应用。
控制是关键
虽然发电机组是发电领域的明星设备，但控制设备对于最大限度地发挥结合多种能源和电网接口的复杂电力解决方案的性能同样至关重要。
Cat ECS100 电子控制系统（图片：卡特彼勒）全新的 Cat 能源控制系统 (ECS) 让客户能够管理他们的能源需求，无论是来自单个发电机组还是完整的微电网解决方案，从而优化弹性、排放和成本。
Cat ECS产品组合能够满足当前及未来的监管和电网要求，采用简单且可扩展的架构，允许客户根据能源需求的变化添加其他功能。此外，内置的即插即用功能简化了多个发电资产的安装、调试和管理。
本文由卡特彼勒电力系统高级产品顾问斯文·布勒为《国际电力发展》杂志撰写，最初发表于2024年第四季度刊。
