Générateurs embarqués - pour répondre à la demande en énergie

Les générateurs embarqués fournissent l'électricité nécessaire aux outils et équipements utilisés par les opérateurs travaillant en hauteur, sans nécessiter de générateur portable séparé ni de câbles partant du sol.

Harrison Hydra-Gen est l'un des nombreux fournisseurs spécialisés au service des fabricants de PEMP, avec une expérience dans les applications d'incendie et de secours, de pétrole et de gaz et autres équipements mobiles remontant à 1969.

« Nous fournissons de l'énergie mobile sur les chantiers. C'est l'essentiel », déclare Jeff Brock, vice-président du développement commercial chez Harrison Hydra-Gen.

L'implication de l'entreprise dans le secteur de l'accès a débuté il y a une quinzaine d'années, lorsque Genie est devenu son premier client pour les nacelles élévatrices mobiles de personnes (AWP), en installant un générateur de 12 kW sur une nacelle S-60. Harrison Hydra-Gen a par la suite étendu ses relations avec des fabricants tels que Skyjack et MEC, entre autres.

Un générateur hydraulique de 7,5 kW de Harrison Hydra-Gen.

D'autres fournisseurs tels que Dynaset et Fabco Power proposent également des générateurs, tandis que les équipementiers ont aussi leurs propres solutions ; cependant, la différence avec Harrison Hydra-Gen réside dans le fait qu'elle se concentre exclusivement sur les équipements pour plateformes aériennes.

Deux approches établies

Traditionnellement, les générateurs embarqués étaient soit à entraînement hydraulique, soit à entraînement par courroie, bien que les systèmes à entraînement électrique et les onduleurs fassent également partie des équipements proposés aujourd'hui.

Les systèmes hydrauliques utilisent l'énergie du circuit hydraulique de la machine pour entraîner le générateur, tandis que les versions à courroie reçoivent l'énergie mécanique du moteur par l'intermédiaire d'une courroie. Aucun de ces systèmes ne nécessite un moteur distinct dédié à la production d'électricité.

Harrison Hydra-Gen propose les deux configurations, le choix dépendant notamment de l'espace disponible et de la puissance du moteur. Pour les fabricants, la décision prend également en compte la flexibilité d'installation, l'efficacité et l'interaction entre la production d'énergie et le fonctionnement de la flèche.

Gary Crook, vice-président de l'ingénierie chez MEC Aerial Work Platforms, explique : « Un générateur à courroie présente un avantage en termes d'efficacité, car la puissance est transmise mécaniquement depuis le moteur. Cependant, ces groupes électrogènes sont généralement volumineux et lourds, et ils sont montés directement sur le moteur, ce qui engendre des problèmes liés à la chaleur et aux vibrations. »

Les systèmes hydrauliques offrent différents avantages. « Les générateurs hydrauliques nous offrent une plus grande flexibilité. Nous pouvons les installer à distance, loin de la chaleur et des vibrations du moteur, à un emplacement qui s'intègre mieux à la conception globale de la machine », explique Crook.

« Cela peut avoir un impact mineur sur le rendement, car nous convertissons l'énergie mécanique en énergie hydraulique, puis de nouveau en énergie mécanique pour actionner le générateur. Mais le générateur n'a besoin de tourner que lorsque de l'énergie électrique est requise. »

Philip DeCorte, vice-président de l'ingénierie chez Harrison Hydra-Gen, explique que le niveau d'intégration peut également varier d'un fabricant à l'autre.

« Certains clients souhaitent simplement un générateur avec un moteur et nous fournissent le système hydraulique. D'autres veulent un système complet où nous fournissons le collecteur et tout le nécessaire pour faire fonctionner le générateur. »

L'installation électrique peut également être personnalisée, notamment en ce qui concerne la fourniture et l'emplacement des boîtes électriques.

« Nous voulons concevoir le générateur adapté à chaque application », déclare DeCorte.

Besoins en énergie

Les puissances de générateur les plus courantes mentionnées par les fabricants sont d'environ 3,5 kW, 7,5 kW et 12 kW, les unités plus petites étant destinées aux outils électriques généraux et les systèmes plus importants principalement aux applications de soudage.

Les générateurs de plus petite puissance alimentent les outils, l'éclairage et les chargeurs, tandis que les modèles de 7,5 kW et 12 kW sont choisis en fonction des besoins des équipements de soudage. La découpe plasma est une autre application nécessitant des systèmes plus puissants.

Un générateur embarqué sur une nacelle élévatrice MEC. (Image : MEC).

D'après DeConte, l'évolution des techniques de soudage explique l'augmentation de la puissance des générateurs. Les nouveaux équipements de soudage, comme ceux de Miller ou Lincoln, peuvent fournir des intensités plus élevées, et les clients demandent de plus en plus d'équipements plus puissants.

MEC a connu une évolution similaire des spécifications de ses clients.

« Pendant longtemps, 7,5 kW représentait la limite supérieure des demandes des clients. Bien que cette puissance reste la plus couramment demandée aujourd'hui, il y a environ trois ans, nous avons commencé à constater une demande pour des générateurs de 12 kW sur nos plus grandes flèches », explique Crook.

« Cette évolution est largement liée à la demande du marché pour le montage de structures métalliques, comme la construction de centres de données par exemple. Des grues plus imposantes sont utilisées pour travailler sur des structures métalliques plus grandes, où des joints en acier plus épais nécessitent des électrodes de plus gros diamètre et des cordons de soudure plus épais. Ces applications requièrent une puissance accrue en hauteur. »

MEC propose des générateurs de 3,5 kW, 7,5 kW et 12 kW, la demande la plus forte portant sur le modèle 135-RJ pour le générateur de 12 kW, suivie par le modèle 85-J. Cette option est également disponible sur le modèle 66-RJ.

Dans la catégorie des outils plus petits, Crook cite les meuleuses, les disques à tronçonner et les marteaux perforateurs comme applications typiques.

« Le point commun aux trois tailles est la mobilité. Les opérateurs peuvent se déplacer sur le chantier et travailler en hauteur sans être reliés à une source d'alimentation électrique au sol. »

Intégration OEM

Genie propose des solutions de groupes électrogènes via son système Lift Power, avec différentes configurations selon la machine et le marché géographique.

Nick Tupper, chef de produit chez Genie (bombes), explique que les options actuelles de générateurs hydrauliques sont de 3 kW pour les marchés mondiaux, 7 kW pour l'Australie et 12 kW pour l'Amérique du Nord.

Ces systèmes sont équipés d'une pompe hydraulique dédiée, tandis que les nacelles hybrides S-85 XC FE et électriques S-85 XC E de Genie utilisent des générateurs entraînés par des moteurs électriques dédiés. Ces dernières peuvent également fournir 3 kW de puissance alternative grâce à un convertisseur CC/CA.

Le premier système de générateur de Genie était un dispositif de 3 kW entraîné par courroie et alimenté par la poulie du vilebrequin du moteur.

La puissance de levage est proposée en option d'usine sur certains bras articulés et télescopiques, notamment les Z-45 XC, Z-62, Z-80/60 et ZX-135/70, ainsi que sur une gamme de modèles télescopiques S et SX.

« À mesure que les chantiers deviennent plus grands, plus complexes et plus verticaux, les opérateurs passent de plus en plus de temps à travailler en hauteur », explique Tupper.

« La possibilité d'accéder à l'alimentation électrique depuis la plateforme permet de gagner du temps, car les opérateurs n'ont plus besoin de redescendre constamment au sol pour trouver une source d'alimentation pour leurs outils. »

Le système hydraulique de Genie est également doté d'une pompe dédiée, ce qui évite les délais de démarrage du générateur lorsque la flèche doit se déplacer.

MEC a abordé le même problème par le biais d'un mode de fonctionnement différent.

« Sur certains systèmes à entraînement hydraulique, les opérateurs doivent attendre que le générateur ralentisse avant de déplacer la flèche, puis attendre qu'il redémarre avant de reprendre le travail », explique Crook.

« Cela peut se traduire par un délai d'environ cinq secondes dans chaque direction, ou par une attente de 10 secondes à chaque petit ajustement de positionnement effectué par l'opérateur, ce qui peut être perturbateur. »

La solution de MEC permet des mouvements simultanés de la flèche à vitesse réduite pendant le fonctionnement du générateur.

« Pour un monteur d'acier qui passe d'un joint de soudure à l'autre, cela élimine les attentes répétées liées à l'arrêt et au redémarrage du générateur. Ces petites interruptions s'accumulent vraiment au cours d'une journée de travail. »

Marchés différents, spécifications différentes

Skyjack propose des systèmes de générateurs à courroie et hydrauliques d'une puissance allant de 3,5 kW à 12 kW pour ses nacelles élévatrices tout-terrain à moteur de grande taille, notamment les ciseaux, les flèches télescopiques et les flèches articulées.

En Amérique du Nord, certains ciseaux et bras articulés Skyjack peuvent être équipés du pack Welder Ready, fournissant une alimentation triphasée à la plateforme.

Selon Skyjack, environ une flèche sur deux qu'elle utilise en Amérique du Nord est équipée de l'option de générateur la plus puissante et du pack Welder Ready, particulièrement apprécié des monteurs de structures métalliques.

Le kit de soudage de Skyjack. (Image : Skyjack).

Les générateurs restent disponibles en option sur commande pour ses nacelles élévatrices à ciseaux et à flèche motorisées.

Brock identifie l'Amérique du Nord comme le principal marché pour les générateurs à haut rendement, estimant que le taux d'installation de générateurs sur les flèches est passé d'environ 50 % à environ 80 % au cours des 15 dernières années.

« Cela semble devenir la norme. Les sociétés de location ne semblent vouloir que les nacelles élévatrices équipées de générateurs », dit-il.

Il associe cette demande aux applications de soudage dans le secteur de la construction, notamment pour les centres de données, les ponts et les projets d'infrastructure.

Hors Amérique du Nord, Brock constate une demande accrue pour les petits groupes électrogènes utilisés pour alimenter les outils et recharger les équipements. Harrison Hydra-Gen fournit des systèmes 50 Hz et 60 Hz pour différents marchés, et Brock souligne également la croissance observée en Asie.

MEC signale un taux d'utilisation des générateurs particulièrement élevé sur ses plus grandes machines.

« Pour nos plus grandes grues, nous estimons qu’environ 90 % sont commandées avec un générateur, contre moins de 50 % pour les grues plus petites », explique Crook.

Les générateurs MEC sont optionnels et peuvent être installés ultérieurement, bien que Crook recommande une installation en usine.

« Lorsque près de neuf clients sur dix qui choisissent l'une de nos plus grandes grues à flèche spécifient également un générateur, cela nous indique à quel point l'alimentation électrique embarquée est devenue essentielle au travail effectué par ces machines. »

Pour Genie, la demande nord-américaine reflète également les exigences relatives aux câbles et équipements externes.

« Partout en Amérique du Nord, les chantiers mettent de plus en plus en œuvre des exigences en matière de prévention des chutes d'objets et de chutes de plateformes, ce qui accroît la demande de solutions d'alimentation intégrées, comme Lift Power, qui éliminent le besoin de câbles d'alimentation externes », explique Tupper.

Exigences de location

Pour les sociétés de location, la puissance du générateur et son effet sur le fonctionnement de la machine sont généralement plus importants que le système d'entraînement, selon MEC.

« Les sociétés de location nous contactent généralement avec un besoin précis en matière de puissance du générateur. Elles demandent une puissance en kW particulière, mais elles ne se soucient généralement pas de savoir si le générateur est entraîné par un moteur hydraulique ou mécanique », explique Crook.

« L’important, c’est que la machine fournisse la puissance dont leurs clients ont besoin et leur permette de travailler efficacement. »

Genie met également l'accent sur la disponibilité immédiate de l'énergie.

« Même si tous les chantiers n'exigent pas de PEMP avec alimentation électrique intégrée, lorsque c'est nécessaire, les sociétés de location et les opérateurs s'attendent à ce que les générateurs produisent de l'électricité d'un simple clic », explique Tupper.

L'alternative électrique

L'électrification influence également la manière dont les fabricants fournissent de l'énergie en hauteur, les moteurs électriques et les onduleurs dédiés offrant des alternatives aux systèmes conventionnels entraînés par moteur thermique.

DeCorte explique que Harrison Hydra-Gen peut actionner des générateurs grâce à des moteurs électriques alimentés par des batteries de machines. L'entreprise fournit également des systèmes pour équipements hybrides, notamment des générateurs servant à recharger les batteries.

Pour MEC, le défi consiste à fournir efficacement une puissance CA suffisante à partir du système électrique CC d'une machine électrique.

« Sur une machine électrique, l'objectif est de convertir l'énergie électrique continue de la batterie en énergie alternative utilisable avec le moins de pertes de conversion possible », explique Crook.

« La technologie des onduleurs à semi-conducteurs offre une voie potentielle, mais il reste des défis à relever, notamment aux niveaux de puissance plus élevés requis pour le soudage. »

Il identifie la génération de chaleur, les cycles de service des soudeurs et le coût comme des considérations particulières.

À des niveaux de puissance inférieurs, MEC constate également une demande dans certaines régions pour des onduleurs compacts fournissant environ 1 kW de puissance CA monophasée sur des PEMP d'intérieur alimentés par batterie, principalement pour la charge des batteries d'outils sans fil.

Skyjack propose une fonctionnalité d'alimentation de la plateforme sur ses ciseaux et bras articulés électriques à batterie, permettant de connecter une alimentation externe à la base de la machine.

Pour l'avenir, Crook prévoit que l'alimentation électrique embarquée deviendra de plus en plus importante dans les différentes configurations de PEMP.

« Chaque fois qu'un opérateur doit interrompre son travail, déplacer inutilement la machine ou redescendre au niveau du sol pour accéder à l'alimentation électrique, cela engendre une perte de productivité », explique-t-il.

« L’objectif global de MEC est de réduire ces interruptions dans les PEMP que nous proposons, ce qui profite à la fois aux opérateurs utilisant les machines et aux sociétés de location qui les fournissent. »