Kohler Power: La feuille de route pour une alimentation électrique durable

Entreprises, établissements de santé, institutions de sûreté et de sécurité ; nous dépendons tous d'une alimentation électrique résiliente. Cependant, la menace du changement climatique a entraîné une demande urgente de technologies plus durables pour l'alimentation énergétique.

Le cercle des besoins humains et limites planétaires.

Si les groupes électrogènes diesel sont la solution d'alimentation de secours la plus couramment utilisée, ils génèrent du dioxyde de carbone et des émissions de particules telles que la suie, et leur impact environnemental est largement considéré comme indésirable.

Pour trouver un équilibre entre développement durable et demande d'énergie de secours, nous pouvons utiliser le modèle du « doughnut economics model ».. Publié pour la première fois en 2021 dans un rapport d'Oxfam, ce modèle vise à équilibrer les besoins de la population avec les ressources disponibles sur notre planète. La réduction des émissions des systèmes d'alimentation électrique de secours est un excellent exemple de la façon dont l'industrie cherche à atteindre cet équilibre.

Crédit : Kate Raworth et Christian Guthier. CC-BY-SA 4.0. Citation : Raworth, K. (2017), Doughnut Economics : seven ways to think like a 21st-century economist. Londres : Penguin Random House.

Pourquoi le diesel ?
Lorsqu'une panne de courant survient, les groupes électrogènes diesel se déclenchent rapidement pour fournir de l'électricité et permettre la continuité des opérations. Les groupes électrogènes sont une option éprouvée et fiable, le marché total estimé des groupes électrogènes industriels (diesel, gaz, marine) devrait atteindre 23,6 milliards de dollars d'ici 2025, nombre de ces produits étant utilisés pour des applications de secours.Dans certaines situations, les groupes électrogènes diesel sont la seule option, en particulier dans les régions éloignées où le réseau n'est pas fiable et où il n'y a pas d'infrastructure énergétique présente.

Pourquoi les groupes électrogènes diesel sont-ils souvent la meilleure option ? Tout d'abord, ils offrent une sortie électrique flexible sur une large gamme de nœuds de puissance et peuvent être dimensionnés avec précision dans pour un faible encombrement. Le diesel est un carburant efficace et facilement disponible qui peut être stocké en toute sécurité sur site et qui fonctionne efficacement dans la plupart des climats. De plus, la plupart des fournisseurs de groupes électrogènes ont un service de maintenance et de pièces détachées bien établis, ce qui permet aux utilisateurs d’avoir une tranquillité d'esprit sur le long terme.

Les coupures de courant sont rares dans de nombreux pays, de sorte que les groupes électrogènes diesel de secours ne sont utilisés qu'occasionnellement et pour de courtes périodes - les émissions sont donc relativement faibles. Néanmoins, il existe une demande réelle et croissante pour des énergies plus durables, tant de la part des OEM (Original Equipment Manufacturer) que des utilisateurs finaux.

Optimisation et efficacité
Les fabricants de groupes électrogènes ont beaucoup investi dans la recherche de technologies plus respectueuses de l'environnement. Ces efforts se sont concentrés sur le moteur, avec les normes environnementales telles que la norme EPA Tier 4 aux États-Unis et la norme Stage V en Europe, poussant les ingénieurs à repenser l'architecture des moteurs afin de réduire les niveaux d'oxydes d'azote (NOx) et de particules.

Les technologies de réduction des émissions ont été mises en place, de l’injection du carburant dans les cylindres au post-traitement, —afin de limiter la pollution avant qu’elle ne se diffuse dans l’environnement. Les ingénieurs ont également déployé des outils informatiques avancés de simulation de dynamique des fluides pour prévoir les performances et optimiser la conception des moteurs.

Les systèmes d'injection haute pression à rampe commune augmentent, par exemple, la pression d'injection du diesel, ce qui permet une pulvérisationplus fine, un meilleur mélange de l'air et un meilleur contrôle du moment de l'injection. Par ailleurs, l'injection électronique de carburant permet de programmer le moteur pour qu'il injecte le carburant au moment idéal du cycle de combustion - avec des injections multiples effectuées en quelques millisecondes. En utilisant des commandes de régulation en boucle fermée, les moteurs peuvent également ajuster les injections de carburant pour tenir compte des événements transitoires, du fonctionnement en régime permanent ou des conditions environnementales.

La recirculation des gaz d'échappement (EGR) est couramment utilisée pour réduire les NOx. Les gaz d'échappement sont recyclés dans la chambre de combustion et mélangés à l'air d'admission pour réduire la teneur en oxygène et donc la température de combustion.

Des progrès significatifs ont été réalisés dans les technologies de post-traitement. Les catalyseurs d'oxydation diesel, constitués d'une structure en nid d'abeille recouverte de métal précieux dans un boîtier en acier inoxydable, provoquent une réaction dans les flux d'échappement diesel chauds lors de leur passage, décomposant les polluants en composants moins nocifs. D'autres technologies, telles que les filtres à particules diesel et la réduction catalytique sélective, peuvent également réduire l’émission de polluants.

Dans la pratique, les groupes électrogènes de secours sont souvent utilisés moins de 12 heures par an et à faible charge, ils sont utilisés principalement lors des exercices mensuels. Cette utilisation limitée signifie que les moteurs ne peuvent pas maintenir des températures de fonctionnement optimales nécessaires pour brûler complètement le carburant. Cela peut provoquer une accumulation de carburant non brûlé dans le système d'échappement et ainsi entraîner une diminution des performances du moteur et une augmentation des émissions.

Dans le passé, la solution contre cette accumulation consistait à faire fonctionner les groupes électrogènes une fois par mois à 30 % de leur capacité nominale pour brûler le carburant non utilisé. Cependant, les progrès technologiques réduisent la nécessité de cette procédure. Les groupes électrogènes de pointe, comme ceux de la série KOHLER^® KD, peuvent fonctionner à 30 % de leur capacité nominale une fois par an uniquement pour maintenir une performance optimale et respecter les directives en matière d'émissions. La révision des programmes d'entretien et le passage d'un test de charge mensuel à un test de charge annuel permet de réduire les émissions polluantes totales de 82 %.

Introduction des carburants renouvelables
Une autre avancée en matière de durabilité est le développement de carburants renouvelables. Le HVO, (Hydrotreated Vegetable Oil) est un carburant liquide synthétisé à partir d'huiles végétales usagées ou de graisses animales grâce à un procédé spécial d'hydrotraitement. Contrairement au biodiesel de première génération, le HVO n'a pas d'incidence sur les ressources végétales et se traduit par une réduction des émissions de gaz à effet de serre pouvant aller jusqu'à 90 % sur l'ensemble de son cycle de vie. Il résiste au froid, est fiable dans les climats chauds et peut être stocké durant plusieurs années.

La qualité du HVO est similaire à celle du diesel traditionnel et peut donc être utilisée sans modification.

Le HVO est aussi entièrement compatible avec les carburants diesel dérivés du pétrole et peut donc être mélangé avec le diesel classique. La possibilité de mélanger le HVO et les carburants classiques offre une certaine souplesse à l'utilisateur final, qui peut introduire le HVO comme carburant renouvelable, puis revenir au diesel en cas de besoin.

Si le HVO est disponible dès à présent, les équipes techniques de Kohler évaluent également de nouvelles technologies pour l'alimentation de secours, telles que les batteries et les piles à combustible, qui pourraient être déployées à moyen terme.
Les performances des batteries ont rapidement évolué ces dernières années, et la technologie est déjà disponible avec un rendement proche de 90 %. Kohler a déjà travaillé avec plusieurs partenaires industriels pour développer des groupes électrogènes alimentés par batterie.

Toutefois, la mise à l'échelle des batteries est difficile. Les applications de secours nécessiteraient un nombre important de blocs de batteries, ce qui pose des problèmes de coût et d'encombrement. En outre, les batteries contiennent des niveaux élevés de métaux rares, qui sont de plus en plus difficiles et coûteux à acquérir.

Les piles à combustible attirent également l'attention. Elles sont moins encombrantes que les batteries et offrent la possibilité d'un ravitaillement rapide en hydrogène pressurisé ou liquide. Cela signifie que les piles à combustible pourraient être adaptées à des applications de secours et à des périodes de stockage plus longues.

Toutefois, les piles à combustible peuvent vraiment être considérées comme "vertes" que si l'hydrogène utilisé pour les alimenter provient de sources durables telles que les énergies renouvelables, le nucléaire ou la biomasse. Il faudra encore de nombreuses années avant que cette technologie soit disponible à grande échelle. De plus, l’hydrogène produit est difficile à stocker en masse sans un investissement important dans des infrastructures dédiés.

Tout est une question de choix
Le passage à une énergie plus propre ne se fera pas du jour au lendemain. Il n'existe pas de solution unique, et les spécificités selon les pays du monde et les secteurs sont à prendre en compte.

Dans certaines circonstances, le diesel représentera toujours la meilleure technologie et restera la source d'énergie de choix. Les réductions des émissions des groupes électrogènes diesel en feront également une option plus durable. Mais pour certaines utilisations, les carburants renouvelables tels que le HVO offriront des alternatives plus flexibles sans compromettre les performances. À l'avenir, les piles à combustible et les batteries pourraient représenter un changement radical en matière de durabilité, avec peu ou pas de rejets d'émissions.

Grâce aux investissements de certaines entreprises telles que Kohler, les utilisateurs finaux seront en mesure de réduire leurs émissions, grâce à une gamme diversifiée de solutions technologiques. Ensemble, ces différentes options permettront à l'alimentation de secours de rester efficace et fiable, tout en devenant nettement plus respectueuse de l'environnement.

www.kohlerpower.com

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