Rolls-Royce a lansat primele motoare V12 ce pot opera cu combustie de hidrogen într-un sistem energetic complex dintr-un port din Germania

Producătorul Rolls Royce, cel care fabrică motoare de avioane, reactoare nucleare şi multe alte componente sofisticate, a lansat primele motoare V12, ce pot opera direct cu combustie de hidrogen, generând electricitate şi căldură într-un sistem energetic complex din portul Duisburg din Germania. Noile motoare V12 Rolls-Royce au peste 1.300 CP, însă întreaga lor forţă e folosită pentru generarea de electricitate şi căldură, utilizată în acest port. Iar întregul sistem e un exemplu elocvent că uneori mai multe tehnologii care se completează reciproc pot face un sistem cu randament şi mai mare în final.

Noul motor V12 de Rolls-Royce a fost dezvoltat de divizia sa germană MTU, iar la bază s-a luat un motor V12 cu combustie, pe care Rolls-Royce îl are în gama sa actuală cu rol de generator. Asemenea generatoare sunt folosite adeseori fie în spitale sau alte obiective importante, fie chiar în centrale electrice de echilibrare. Iar Rolls-Royce a făcut acum ceea ce Toyota zice de câţiva ani — că şi combustia directă de hidrogen poate fi o soluţie viabilă, nu doar folosirea hidrogenului pentru a genera electricitate. În ultimii ani asemenea exemple de motoare folosite direct în combustie au existat şi de la producătorul de camioane MAN, şi de la producătorul de utilaje de construcţie şi minerit Liebherr.

Însă inginerii Rolls-Royce au mers mult mai departe în adaptarea motorului. Dacă inginerii Toyota spun că un motor cu combustie de hidrogen are nevoie preponderent de un sistem de injecţie nouă, similar cu un sistem de gaz natural, atunci cei de la Rolls-Royce îi contrazic şi spun că e nevoie de mult mai multe modificări, pentru ca un asemenea motor să poată funcţiona ireproşabil timp îndelungat.

Inginerii Rolls-Royce au dezvoltat turbosuflante noi, deoarece combustia de hidrogen are nevoie de mai mult aer. Hidrogenul e mai inflamabil decât combustibilii obişnuiţi sau decât gazul natural, iar pentru a echilibra şi eficientiza această combustie, e nevoie de mai mult aer aici.

De asemenea, e nevoie de un raport de compresie diferit, mai mic, spun inginerii Rolls-Royce, din acelaşi motiv al caracteristicii hidrogenului de a fi mult mai inflamabil. Pe lângă asta, hidrogenul e injectat în exact înainte de cilindru, nu în galeria de admisie, cum se întâmplă la combustia cu gaz. Injectarea hidrogenului în admisie dă un risc mare de combustie spontană, care ar fi distructivă pentru motor, mai spun inginerii. Desigur, pe lângă asta şi tot managementul electronic al motorului e diferit, cu noi senzori şi cu alţi algoritmi.

Totuşi, cei de la Rolls-Royce au reuşit să creeze la final un motor V12 cu combustie fiabilă de hidrogen, care poate livra aproape 1 MW de putere electrică şi chiar mai multă putere termică, furnizată drept încălzire în sistemul portului.

Marele scop al acestui proiect a fost să se asigure funcţionarea autonomă cu zero CO2 a unui întreg port. Respectiv, un singur motor nou V12 Rolls-Royce generează 931 kW de putere electrică furnizată în reţeaua portului, iar pe lângă asta şi 1,1 MW de putere termică, din energia captă de la căldura din urma combustiei. Astfel, aceste motoare livrează căldură în sistemul termic al portului, încălzind apa de acolo la 95-105 grade Celsius, şi primind-o înapoi pe circuit la 70 grade Celsius. Graţie captării căldurii, randamentul total al acestui motor nou V12 Rolls-Royce depăşeşte 85% şi se apropie de 90%, ceea ce e un randament chiar mai mare decât în unităţile cu pile de combustie, chiar dacă şi la pilele de combustie s-ar capta căldura! Cele două motoare Rolls-Royce pot funcţiona împreună, dublând aceste cifre menţionate de putere electrică şi termică.

Ei bine, dar spuneam că aceste motoare V12 sunt parte dintr-un sistem complex al portului. Acest sistem mai conţine 10.000 de metri pătraţi de panouri fotovoltaice, adică 1 hectar, cu o putere instalată de 1,3 MWp. La nivelul unui întreg an, ele vor produce circa 1.123 MWh de electricitate.

Atunci când ele produc mai mult decât solicitarea curentă a portului, surplusul de energie e stocat într-un container de baterii de reţea, cu 1,5 MW putere şi 1,6 MWh capacitate de stocare. Dacă bateriile sunt pline şi electricitatea e în continuare produsă în surplus, ea va e exportată acum în sistem, dar ulterior se va integra şi o unitate de producţie a hidrogenului din ea, după ce se încarcă bateriile.

În sistem există şi două instalaţii cu pile de combustie, care pot genera electricitate, într-o manieră similară cum o face Toyota Mirai. Puterea electrică a fiecărei instalaţii e de 600 kW, iar împreună ele pot livra 1,2 MW, aceste instalaţii având şi baterii interne pentru a-şi echilibra puterea electrică livrată. Teoretic, instalaţii cu pile de combustie pot avea recuperare de căldură, şi atunci pot ajunge şi ele la un randament de 70-75%, însă de cele mai dese ori ele nu au, şi rămân la o eficienţă de 55% în convertirea energiei conţinută în hidrogen în electricitate. Aşa se întâmplă şi în acest sistem al portului din Germania.

Aşa că, atunci când e nevoie de electricitate pe care panourile fotovoltaice nu o pot asigura, iar bateriile s-au epuizat, intră în acţiune şi pilele de combustie, care furnizează doar electricitate. Dacă oricând e nevoie de mai multă putere electrică momentană sau se operează în perioadele reci ale anului, când e nevoie şi de căldură în edificiile portului, sunt pornite şi motoarele V12 Rolls-Royce, care furnizează şi electricitate, şi căldură. Desigur, dacă iarna solicitarea electrică e mai mică, şi nevoie de căldură, pilele de combustie pot să nu funcţioneze, şi pot funcţiona doar motoarele Rolls-Royce, fie împreună, fie separat.

Întregul sistem e dirijat inteligent de algoritmi concepuţi să scoată randamentul maxim din întregul concept. Necesităţile de consum ale portului sunt dictate de 6 macarale portuare electrice, dintre care acum sunt instalate doar 3, 4 terminale portuare de încărcare a navelor sau de alimentare a lor pe procesul descărcării şi încărcării, câteva edificii ce au nevoie de electricitate şi căldură, precum şi câteva staţii pentru maşini electrice. Consumul anual e estimat la 3.500 MWh de electricitate, cam câte 9,6 MWh pe zi, şi cam 77 MWh de căldură.

Acum, hidrogenul livrat în port pentru acest proiect vine în cisterne de camioane şi nu e produs din energie regenerabilă. Însă din 2027 vor exista şi unităţile de producţie locală a hidrogenului şi atunci întregul sistem va fi unul cu zero emisii de CO2.