Caterpillar punta al noleggio di energia elettrica mentre aumenta l'instabilità della rete

Verso mezzogiorno di lunedì 28 aprile, la rete elettrica nazionale spagnola ha subito un'interruzione improvvisa e diffusa, che ha causato guasti a cascata che hanno lasciato al buio vaste aree del Paese e parti del vicino Portogallo.

Le reti mobili e internet sono crollate, i semafori sono andati in tilt e gli ospedali sono stati costretti a rinviare interventi chirurgici non essenziali. I trasporti pubblici si sono bloccati, con circa 35.000 passeggeri evacuati da treni e metropolitana.

Blackout della penisola iberica

L'esperienza della Spagna è tutt'altro che unica. La mancanza di investimenti nelle infrastrutture di trasmissione, unita alla pressione derivante dalla crescente domanda e dagli input decentralizzati, ha portato a una maggiore fragilità delle reti elettriche globali. Recentemente, si sono verificati blackout su larga scala in Cile, Cuba, Venezuela, Pakistan e diversi stati degli Stati Uniti.

Per alcuni produttori, tuttavia, questa volatilità rappresenta un'apertura commerciale. Tra coloro che si stanno posizionando per trarne vantaggio c'è Caterpillar, il più grande produttore mondiale di macchine per l'edilizia.

Un tempo considerata principalmente un fornitore di energia di backup di emergenza per impianti industriali e data center, Caterpillar sta ora riformulando i suoi gruppi elettrogeni come componente fondamentale nelle strategie di energia distribuita. "Li consideriamo ponti verso la rete elettrica", ha affermato Brian George, vicepresidente dell'ingegneria e della gestione prodotti per il settore grandi centrali elettriche dell'azienda.

Gruppo elettrogeno a gas naturale Cat G3520K a 20 cilindri. Foto: Cat

Il gruppo ha individuato quella che George definisce un'“opportunità di supporto alla rete di servizi pubblici” fornendo risorse di generazione più vicine ai centri di domanda, un modello noto come generazione distribuita.

Caterpillar afferma di offrire una serie di funzionalità "integrate", dalla progettazione del sistema alla generazione di energia, allo stoccaggio, al controllo e alla commutazione, consentendo la fornitura di microreti sia temporanee che semipermanenti.

Gran parte di questo lavoro è coordinato dal Centro Dimostrativo e di Apprendimento di Malaga, situato sulle colline sopra la Costa del Sol spagnola. La divisione Energia Elettrica, parte del più ampio business Energia e Trasporti di Caterpillar, commercializza i suoi prodotti attraverso i marchi Cat, FG Wilson e MWM. Le applicazioni spaziano dall'industria mineraria e agricola all'assistenza sanitaria e ai soccorsi in caso di calamità.

"Vendiamo soluzioni, non solo gruppi elettrogeni", ha affermato Rich Osborne, vicepresidente e direttore generale per le grandi centrali elettriche.

Il sistema energetico spagnolo illustra sia le promesse che le insidie di una rapida espansione delle energie rinnovabili. Circa il 56% dell'energia elettrica della rete elettrica nazionale proviene attualmente da fonti eoliche e solari, e il governo mira a portare questa percentuale all'81% entro il 2030. Tuttavia, la rapida diffusione delle energie rinnovabili non è stata accompagnata da investimenti equivalenti nell'accumulo. Senza una capacità sufficiente a bilanciare l'offerta intermittente con la domanda, permangono rischi di affidabilità.

È in questo contesto che Caterpillar si presenta. I più recenti gruppi elettrogeni della serie G3500K, alimentati a gas naturale o biogas, sono progettati per l'impiego su larga scala e possono raggiungere il pieno carico con una velocità del 40% superiore rispetto ai modelli precedenti. L'azienda afferma che consentono un risparmio di carburante fino a 350.000 euro in dieci anni. Se configurati per la cogenerazione (CHP), l'efficienza complessiva può raggiungere quasi il 90%.

Sistemi energetici distribuiti

I sistemi energetici distribuiti, tuttavia, richiedono molto più dei soli motori. Caterpillar ha sviluppato un ecosistema di hardware e software per gestire configurazioni sempre più complesse. Fondamentale in questo senso è la sua suite di controller ECS, che spazia dall'ECS 100, progettato per sistemi di riserva su piccola scala, all'ECS 400, in grado di orchestrare microreti ibride completamente integrate.

Presso il Tucson Proving Ground dell'azienda, l'ECS 400 ora supervisiona un sistema ibrido a energia solare e batteria, che a quanto pare garantisce una riduzione del 33% del consumo di carburante e una riduzione del 25% dei costi di manutenzione. La piattaforma di controllo è stata progettata per la retrocompatibilità. "Non chiediamo ai clienti di partire da zero", ha affermato Vic Williams, responsabile commerciale di Caterpillar.

Unità Petersen Power Systems alimentate ad HVO, Foto: Caterpillar

Sebbene l'hardware sia prodotto da Cat, l'approvvigionamento energetico è gestito tramite la rete di concessionari sotto il marchio Cat Rental Power Solutions.

Nella California settentrionale, ad esempio, Peterson Power Systems, il rivenditore di energia elettrica di Caterpillar, ha prodotto oltre 8 milioni di galloni di olio vegetale idrotrattato (HVO) dal 2022 per rifornire i servizi di pubblica utilità durante le interruzioni di corrente per motivi di sicurezza pubblica e le interruzioni della rete elettrica in seguito agli incendi boschivi.

"La generazione di energia da motori a combustione interna rimane lo standard del settore per mitigare gli effetti potenzialmente disastrosi delle interruzioni di corrente, fornendo al contempo una solida base per consentire un maggiore utilizzo di microreti composte da energia solare e accumulo", ha affermato John Krummen, vicepresidente esecutivo di Peterson Power Systems. "Stiamo attivamente promuovendo l'uso di combustibili rinnovabili come l'HVO per la transizione delle tecnologie di generazione di energia consolidate verso un futuro a basse emissioni di carbonio".

Durante la stagione degli incendi boschivi del 2019, Peterson ha inoltre fornito HVO ai clienti che si preparavano alle interruzioni di corrente imposte dalle aziende di servizi pubblici, misure volte a ridurre il rischio di incendi causato dall'invecchiamento delle infrastrutture di trasmissione.

Tuttavia, nonostante la produzione di energia da fonti rinnovabili sia cresciuta significativamente in Spagna, l'accumulo di energia è in ritardo, contribuendo potenzialmente agli squilibri della rete. Pur non essendo necessariamente la causa principale del blackout di aprile, la mancanza di infrastrutture di accumulo adeguate rimane una debolezza strutturale.

Gli stessi principi si applicano a livello di microrete. Caterpillar ha sviluppato una gamma di sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) per integrare i suoi gruppi elettrogeni. Questi servono a vari scopi: dall'immagazzinare energia rinnovabile per un utilizzo successivo, alla fornitura di elettricità per i picchi di domanda o alla ricarica di apparecchiature elettriche.

Livello di microrete

La linea di prodotti spazia da unità compatte come l'ETS, progettato per le torri delle telecomunicazioni, ai sistemi mobili XES, ai modelli ECE ed ETS di medie dimensioni e ai sistemi container PGS (Power Grid Stabilisation).

Questi asset sono progettati per mitigare una serie di interruzioni della rete, tra cui cali di tensione, fluttuazioni di frequenza e veri e propri guasti del sistema. Nelle configurazioni ibride, le unità BESS possono ridurre il consumo di carburante del generatore e mitigare l'impatto sulle prestazioni di improvvisi prelievi di energia, con potenziali risparmi sia in termini di costi operativi che di emissioni.

"Non si tratta più solo di risorse di emergenza", ha sottolineato George. "Le consideriamo ponti verso la rete elettrica."

Come ha affermato Michele Trebbi, ingegnere dei sistemi energetici di Caterpillar: "Non consideriamo la rete come un nemico, ma come un partner. Offriamo soluzioni ponte affinché la rete possa continuare a fornire energia ai clienti esistenti".