La demanda de electricidad proveniente de la inteligencia artificial (IA), los centros de datos, la electrificación industrial y más está impulsando la innovación en el sector eléctrico. La velocidad para llegar al poder es aún más importante. Porque diversas empresas buscan formas de satisfacer más rápidamente las necesidades energéticas. sin sacrificar el rendimiento y en algunos casos logrando objetivos de energía limpia.
Garantizar un suministro de energía estable y desplegable en plazos más ajustados Se han destacado los problemas con la cadena de suministro de equipos. Especialmente en el caso de las turbinas de gas. Muchos pedidos pendientes. Los plazos de entrega ya no se miden en meses. Pero se mide en años. Están entrando al mercado nuevos fabricantes de turbinas. Con tecnología diseñada para una disponibilidad más rápida y en configuraciones escalables para brindar flexibilidad.
Una de esas empresas es Arbor Energy, con sede en El Segundo. California Fundada en 2022, la empresa diseña plantas de energía modulares y escalables. Produce electricidad de carga básica con cero emisiones operativas. La empresa dice que sus principales productos son el “dióxido de carbono supercrítico”.2 Sistema avanzado de turbina impulsado por combustión de oxígeno”.
El grupo dice que su tecnología HALCYON está diseñada para ser flexible en el uso de combustible. Y operando con combustibles que van desde gas natural hasta gas de síntesis, las turbinas de 25 megavatios de Arbor están diseñadas para proporcionar energía estable durante un período de tiempo más corto que las unidades tradicionales de estructura grande. El diseño modular permite la implementación a escala de gigavatios en un solo sitio para cargas grandes, como centros de datos o pequeñas instalaciones para generación de energía industrial y estabilidad de la red.
El sistema de Arbor utiliza fabricación avanzada y un tren motriz inspirado en motores de cohetes compactos. Evite los cuellos de botella en la cadena de suministro de hélices e impulsores utilizados por los fabricantes tradicionales de equipos originales. Esto, dijo la compañía, está retrasando un retraso de más de cinco años para las turbinas tradicionales.
Brad Hartwig, director ejecutivo y cofundador de Arbor, es un ex ingeniero de SpaceX. Lideró la transición de la empresa del proyecto piloto al desarrollo comercial. Arbor recaudó recientemente $55 millones en fondos de Serie A para respaldar el despliegue. y dijo que los fondos se utilizarían para “una demostración completa de nuestra generación de energía de 1 megavatio. [MW] Piloto de tecnología ATLAS mientras desarrollamos el diseño HALCYON, nuestra solución comercial de CO₂ supercrítico de 25 MW. [sCO2] “Sistema de energía”, dice la compañía sobre su primera turbina HALCYON. “Se lanzará en 2028, y para 2030 nuestro objetivo es producir turbinas por valor de gigavatios para respaldar proyectos en todo el mundo”.
Hartwig acaba de proporcionar energía junto con detalles sobre el trabajo de Arbor y cómo los sistemas de turbinas de la compañía podrían impulsar futuros proyectos energéticos. Incluyendo cómo el proyecto apoya la IA y los centros de datos.
Energía: ¿Qué despertó su interés en desarrollar pequeñas turbinas para la generación de electricidad?
Hartwig: La electricidad barata, confiable y abundante desbloquea innovaciones que benefician a la humanidad y al planeta. Como ingenieros, esta es una de las herramientas más poderosas para mejorar las vidas de la creciente población mundial.
Las microturbinas son la forma en que satisfacemos las necesidades de los clientes en la era de la IA y la súper crisis del CO.2 (Escuela)2) Las turbinas funcionan a muy alta presión. Esto permite producir mucha más energía que una turbina de gas de tamaño similar. Elegimos intencionalmente una capacidad de etiquetas menor para permitir una implementación gradual. Redundancia a nivel de sistema y trabajo flexible Ya sea una carga de seguimiento o una carga base. Incluso antes de la gran crisis de las turbinas, las unidades más pequeñas también se adaptan mejor al modelo de startup con recursos limitados.
También vemos una oportunidad de aplicar las lecciones de SpaceX mediante la construcción de turbinas más pequeñas y más rápidas. Para llenar la creciente brecha de oferta de tamaño mediano
Esto es cada vez más importante. A medida que el crecimiento de la carga comienza a superar la producción tradicional de turbinas, esto revela la inflexibilidad estructural de la cadena de suministro. La demanda de centros de datos dedicados se está expandiendo a un ritmo notable. Y las turbinas de estructura grande están efectivamente agotadas hasta principios de la década de 2030.
La mayor parte de la producción de la industria se concentra en máquinas de 300 a 500 megavatios diseñadas para plantas centralizadas. Pero la mayor parte del crecimiento energético actual, alrededor de 100 megavatios, se está produciendo a través de proyectos graduales. Un campus de centro de datos de 1 GW podría comenzar con unos pocos cientos de megavatios de potencia y expandirse con el tiempo. Y muchas plantas industriales no necesitan 500 megavatios de electricidad.
Power: ¿Cómo ha afectado su experiencia con SpaceX al mercado de turbinas de gas?
Hartwig: En SpaceX, nuestro equipo trabaja en turbomaquinaria de alta presión y alta temperatura.2 Las turbinas que estamos desarrollando en Arbor tienen más en común con las turbobombas de motores de cohetes que con las turbinas tradicionales. Debido a la presión involucrada, estamos aprovechando la combustión de oxitocina para proporcionar operaciones de cero emisiones. Es similar a la forma en que el motor de un cohete quema combustible. Los componentes del motor deben funcionar juntos. Esto requiere una estrecha integración de los sistemas de instrumentación y control. Gama de bombas y turbinas El equipo de combustión, la carcasa y los controles se superponen significativamente con el diseño de la turbina de potencia. Condiciones ambientales extremas La ingeniería y la ciencia de los materiales son materias implacables. Y el fracaso suele ser desastroso. Las turbinas de gas no son diferentes.
Además de la tecnología, estamos llevando métodos de fabricación aeroespacial al sector energético para mejorar la eficiencia y la productividad. La fabricación aditiva ha avanzado significativamente en la última década. Y lo hemos utilizado ampliamente para superar los límites del diseño y mejorar el rendimiento. confiabilidad y capacidad de producción Aprendiendo del programa de desarrollo de motores Raptor, estamos reduciendo la complejidad. Simplifica la interfaz y está diseñada para facilitar la producción desde el primer día. No solo construimos máquinas que sean más eficientes. También diseñamos para producción en masa.
Energía: Los problemas de la cadena de suministro de turbinas alimentadas por gas son bien conocidos. Los principales fabricantes tienen pedidos pendientes. Su empresa dice que el suministro de energía es una carrera contra el tiempo. ¿Cómo puede Arbor resolver este problema?
Hartwig: Hay algunos componentes personalizados que provocan estos retrasos. Las piezas fundidas, las palas y los impulsores de la industria pesada, por ejemplo las palas de las turbinas, deben ser increíblemente resistentes. al mismo tiempo que ofrece el más alto nivel de resistencia a la temperatura, la corrosión y la fluencia. La única manera de lograr esto para las turbinas tradicionales es a través de un proceso de fabricación largo y complejo que produzca estructuras metálicas monocristalinas con núcleo. Se trata de un proceso muy complejo y artesanal. Altas tasas de desgaste y baja flexibilidad de producción Sólo hay un puñado de talleres en el mundo que pueden fabricar estas palas para los principales fabricantes de equipos originales de turbinas. La expansión de la capacidad lleva años para mantenerse. Y llevará más tiempo capacitar a los trabajadores altamente calificados que se necesitan.
El sistema eléctrico de Arbor evita por completo este cuello de botella. Nuestra OCE2 Las turbinas son más compactas y funcionan a presiones más altas. Pero la temperatura de cocción es más baja. Es una arquitectura fundamentalmente diferente. Esto nos permite imprimir en 3D turbinas con sistemas de refrigeración integrados. Esto nos brinda una cadena de suministro significativamente más flexible y democratizada. En la práctica, significa que Arbor puede ofrecer capacidad de producción muchos años más rápido que lo que actualmente esperan las turbinas tradicionales.
POTENCIA: ¿Puedes hablarnos un poco sobre el proceso de fabricación de tus turbinas?
Hartwig: Diseñamos turbinas basándonos en la capacidad de fabricación desde el primer día. Las piezas principales se ensamblan e inspeccionan de forma independiente antes de la integración final. Este enfoque modular mantiene el control de calidad y reduce el riesgo de integración.
Para algunos componentes de alta temperatura utilizamos fabricación aditiva en Los Ángeles. Esto nos permite combinar múltiples piezas fundidas y mecanizadas en un solo componente con refrigeración integrada. Menos piezas significa menos pasos de ensamblaje y menos acumulación de tolerancias. Esto mejora la uniformidad de las unidades.
Cuando escalamos El énfasis está en la repetibilidad. Limitamos la personalización y estandarizamos la interfaz para que cada unidad pueda avanzar a través de una secuencia de producción definida con resultados predecibles.
POTENCIA: ¿Cuáles son los componentes clave del sistema HALCYON? ¿Qué importancia tiene que el equipo proporcione una combustión altamente eficiente con CO supercrítico?₂ ¿Ciclo energético?
Hartwig: HALCYON es un nivel intermedio de CO2 supercrítico.₂ Turbina. Cada unidad modular proporciona 25 MW de potencia; Estos se pueden conectar entre sí para producir una producción continua confiable de 100 megavatios a más de 1 gigavatio.2 Los circuitos que hemos desarrollado desbloquean importantes reducciones de escala y costos manteniendo al mismo tiempo un rendimiento competitivo.
La flexibilidad del combustible también es un requisito de diseño clave. Los hiperescaladores necesitan energía estable que pueda igualar los objetivos de reducción de emisiones en evolución. Las empresas de servicios públicos necesitan activos que se adapten a las limitaciones regionales de combustible. No queremos que las inversiones energéticas actuales limiten a los operadores a un único camino de combustible durante la vida útil de ese activo. Por lo tanto, estamos diseñando el sistema para admitir una amplia gama de combustibles.
Con un único diseño arquitectónico que integra sCO2 Sistema de circuito cerrado con intercambiador de calor de turbomaquinaria y nuestro exclusivo equipo de combustión. Entregaremos turbinas que funcionan con gas natural canalizado y combustibles de menor BTU, como gas de síntesis de biomasa o flujos de desechos.
El objetivo es sencillo: ofrecer a los clientes hoy una capacidad de producción estable y de bajo coste. con flexibilidad para adaptarse debido al ahorro de combustible y marcos de políticas desarrollados
Energía: ¿Ha hablado con alguna empresa de tecnología/hiperescalador sobre la implementación de unidades Arbor para alimentar sus instalaciones?
Hartwig: Hemos tenido conversaciones serias con hiperescaladores. Desarrollador de centros de datos y utilidades que soportan esas cargas Un tema constante es el tiempo: los proyectos avanzan rápidamente. y el largo ciclo de adquisición de turbinas limita su uso.
También hay un interés considerable en la capacidad gradual. Los módulos de 25 MW podrían ofrecer redundancia dedicada para la carga. y permite la entrega gradual de gigavatios que aumentará con el tiempo. Esto se alinea con cómo financiar y construir mejor los campus.
Nuestro plan es escalar rápidamente la producción a más de 1 GW por año para 2030, y eso es solo el comienzo. La demanda sostenida y creciente que estamos viendo emerger en este segmento. Esto significa que no vemos que la demanda de energía disminuya en el corto plazo. Continuaremos aumentando la producción para satisfacer la demanda mundial y mejorar la abundancia energética.
—David Proctor es editor senior en POWER
