Caterpillar nimmt Strommieten ins Visier, da die Netzinstabilität zunimmt

Am Montag, dem 28. April, kam es gegen Mittag zu einem großflächigen und plötzlichen Ausfall des spanischen Stromnetzes. Die Folge waren kaskadierende Störungen, die weite Teile des Landes – und Teile des benachbarten Portugal – im Dunkeln ließen.

Mobilfunk- und Internetnetze brachen zusammen, Ampeln fielen aus und Krankenhäuser mussten nicht unbedingt notwendige Operationen verschieben. Der öffentliche Nahverkehr kam zum Erliegen, rund 35.000 Fahrgäste mussten aus Zügen und U-Bahnen evakuiert werden.

Stromausfall auf der Iberischen Halbinsel

Spaniens Erfahrung ist kein Einzelfall. Mangelnde Investitionen in die Übertragungsinfrastruktur, verbunden mit der Belastung durch steigende Nachfrage und dezentrale Einspeisungen, haben die globalen Stromnetze anfälliger gemacht. Jüngste großflächige Stromausfälle wurden aus Chile, Kuba, Venezuela, Pakistan und mehreren US-Bundesstaaten gemeldet.

Für einige Hersteller stellt diese Volatilität allerdings eine Geschäftschance dar. Zu den Herstellern, die davon profitieren wollen, gehört Caterpillar, der weltgrößte Baumaschinenhersteller.

Caterpillar galt einst vor allem als Lieferant von Notstromaggregaten für Industrieanlagen und Rechenzentren. Nun entwickelt das Unternehmen seine Generatoren zu einem grundlegenden Bestandteil dezentraler Energiestrategien. „Wir sehen sie als Brücken zum Stromnetz“, sagte Brian George, Vizepräsident für Engineering und Produktmanagement im Bereich Großkraftwerke des Unternehmens.

Cats 20-Zylinder-Erdgasgenerator G3520K. Foto: Cat

Die Gruppe hat eine „Möglichkeit zur Unterstützung des öffentlichen Stromnetzes“ erkannt, wie George es nennt, indem sie Erzeugungsanlagen näher an die Bedarfszentren bringt – ein Modell, das als dezentrale Erzeugung bekannt ist.

Caterpillar behauptet, ein „integriertes“ Leistungspaket anzubieten, das von der Systemkonstruktion bis hin zur Stromerzeugung, -speicherung, -steuerung und -schaltanlage reicht und die Bereitstellung sowohl temporärer als auch semipermanenter Mikronetze ermöglicht.

Ein Großteil dieser Arbeit wird vom Demonstrations- und Lernzentrum Málaga aus koordiniert, das in den Hügeln oberhalb der spanischen Costa del Sol liegt. Der Geschäftsbereich Electric Power, Teil des Caterpillar-Geschäftsbereichs Energie & Transport, vertreibt seine Produkte unter den Marken Cat, FG Wilson und MWM. Die Anwendungsgebiete reichen von Bergbau und Landwirtschaft bis hin zu Gesundheitswesen und Katastrophenhilfe.

„Wir verkaufen Lösungen, nicht nur Generatoren“, sagte Rich Osborne, Vizepräsident und General Manager für Großkraftwerke.

Spaniens Energiesystem veranschaulicht sowohl die Chancen als auch die Fallstricke eines schnellen Ausbaus erneuerbarer Energien. Rund 56 Prozent des spanischen Netzstroms stammen derzeit aus Wind- und Solarenergie, und die Regierung will diesen Anteil bis 2030 auf 81 Prozent erhöhen. Der rasche Ausbau erneuerbarer Energien ging jedoch nicht mit entsprechenden Investitionen in die Speicherung einher. Ohne ausreichende Kapazitäten, um das schwankende Angebot mit der Nachfrage auszugleichen, bleiben Zuverlässigkeitsrisiken bestehen.

In diesem Kontext präsentiert Caterpillar sein Angebot. Die neuesten Generatoren der G3500K-Serie – betrieben mit Erdgas oder Biogas – sind für den Einsatz im Großanlagenbau konzipiert und erreichen ihre Volllast 40 Prozent schneller als Vorgängermodelle. Laut Angaben des Unternehmens ermöglichen sie Kraftstoffeinsparungen von bis zu 350.000 Euro über einen Zeitraum von zehn Jahren. Bei der Konfiguration für Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann der Gesamtwirkungsgrad bis zu 90 Prozent erreichen.

Dezentrale Energiesysteme

Dezentrale Energiesysteme erfordern jedoch mehr als nur Motoren. Caterpillar hat ein Ökosystem aus Hard- und Software entwickelt, um zunehmend komplexere Konfigurationen zu verwalten. Im Mittelpunkt steht dabei die ECS-Controller-Suite, die vom ECS 100 für kleine Standby-Systeme bis zum ECS 400 reicht, der vollwertige hybride Mikronetze orchestrieren kann.

Auf dem Testgelände des Unternehmens in Tucson steuert der ECS 400 nun ein Solar- und Batterie-Hybridsystem, das den Kraftstoffverbrauch um 33 Prozent und die Wartungskosten um 25 Prozent senken soll. Die Steuerungsplattform ist abwärtskompatibel. „Wir verlangen von unseren Kunden nicht, bei Null anzufangen“, sagte Vic Williams, kaufmännischer Leiter bei Caterpillar.

Mit HVO betriebene Einheiten von Petersen Power Systems, Foto: Caterpillar

Während die Hardware von Cat hergestellt wird, erfolgt die Stromversorgung über das Händlernetzwerk unter dem Namen Cat Rental Power Solutions.

In Nordkalifornien beispielsweise hat Peterson Power Systems – Caterpillars Stromhändler – seit 2022 mehr als 8 Millionen Gallonen hydriertes Pflanzenöl (HVO) erzeugt, um Versorgungsunternehmen bei Stromabschaltungen aus Gründen der öffentlichen Sicherheit und nach Waldbränden zu versorgen.

„Die Stromerzeugung durch Verbrennungsmotoren bleibt der Industriestandard, um die potenziell verheerenden Auswirkungen von Stromausfällen zu mildern und gleichzeitig eine solide Grundlage für die verstärkte Nutzung von Mikronetzen aus Solar- und Speicheranlagen zu schaffen“, sagte John Krummen, Executive Vice President bei Peterson Power Systems. „Wir fördern aktiv die Nutzung erneuerbarer Kraftstoffe wie HVO, um etablierte Stromerzeugungstechnologien in eine kohlenstoffärmere Zukunft zu überführen.“

Während der Waldbrandsaison 2019 belieferte Peterson Kunden mit HVO, die sich auf von den Versorgungsunternehmen veranlasste Stromabschaltungen vorbereiteten – Maßnahmen, die das Brandrisiko aufgrund der alternden Übertragungsinfrastruktur verringern sollen.

Obwohl die Erzeugung erneuerbarer Energien in Spanien deutlich zugenommen hat, hinkt die Energiespeicherung hinterher – was möglicherweise zu Netzungleichgewichten beiträgt. Obwohl der Mangel an ausreichender Speicherinfrastruktur nicht unbedingt die Hauptursache für den Stromausfall im April war, bleibt er eine strukturelle Schwäche.

Dieselben Prinzipien gelten auch für Mikronetze. Caterpillar hat eine Reihe von Batteriespeichersystemen (BESS) zur Ergänzung seiner Generatoren entwickelt. Diese dienen verschiedenen Zwecken – von der Speicherung erneuerbarer Energien für die spätere Nutzung über die Versorgung mit Strom bei Spitzenbedarf bis hin zum Laden elektrischer Geräte.

Mikronetzebene

Die Produktlinie reicht von kompakten Einheiten wie dem ETS, das für Telekommunikationstürme entwickelt wurde, über mobile XES-Systeme und mittelgroße ECE- und ETS-Modelle bis hin zu den PGS-Containersystemen (Power Grid Stabilisation).

Diese Anlagen sind darauf ausgelegt, verschiedene Netzstörungen wie Spannungseinbrüche, Frequenzschwankungen und Systemausfälle abzumildern. In Hybridkonfigurationen können BESS-Einheiten den Kraftstoffverbrauch des Generators senken und die Leistungseinbußen bei plötzlichen Stromausfällen abmildern – was zu potenziellen Einsparungen bei Betriebskosten und Emissionen führt.

„Das sind nicht mehr nur Notstromanlagen“, betonte George. „Wir sehen sie als Brücken zum Stromnetz.“

Michele Trebbi, Energiesystemingenieur bei Caterpillar, drückt es so aus: „Wir sehen das Netz nicht als Feind, sondern als Partner. Wir bieten Überbrückungslösungen an, damit das Netz weiterhin Strom an bestehende Kunden liefern kann.“