"La revolución energética comienza de a poco": Norbert  Zösch, director ejecutivo de la empresa de servicios públicos Stadtwerk Haßfurt GmbH, resume en pocas palabras la filosofía de su empresa que abastece a aproximadamente 14 000 habitantes de la comunidad de Haßfurt, situada en la región de Baja Franconia en Baviera. “Think big“ ha sido, sin embargo, el lema de esta empresa en cuanto a su transformación de su estructura y servicios para un futuro basado en fuentes de energía renovables. Trabajando junto con Städtische Betriebe GmbH (servicios municipales responsables de la calefacción local y los servicios públicos de ocio), así como con el centro de datos Rechenzentrum Haßfurt GmbH, Stadtwerk Haßfurt GmbH es parte de la tríada responsable de operar los servicios públicos.

El enfoque en la adaptación a los desafíos de la revolución energética estuvo en las cuatro megatendencias: demografía, digitalización, descarbonización y, por último, pero no menos importante, descentralización. Stadtwerk Haßfurt reconoce que el proceso de descentralización, que se considera necesario para garantizar la compatibilidad futura, plantea sus propios desafíos importantes. En primer lugar, el hecho indiscutible es que un suministro eléctrico seguro y económicamente competitivo basado en energías renovables es alcanzable con tecnologías de cogeneración mediante el uso de unidades de almacenamiento. Sin embargo, el tema del suministro de calor no se ha pasado por alto porque una parte importante de las necesidades de calefacción para la calefacción local en el municipio es abastecida por fuentes regenerativas utilizando el calor residual de la planta de biogás (2,35 MW), los paneles solares y otras energías renovables. plantas.

Mezcla de tecnologías de generación con power to gas
El balance de electricidad de la empresa municipal de servicios públicos de Haßfurt de 2010 a 2017 registró un crecimiento exponencial en la generación de energía renovable. La cifra comenzó en un 29 por ciento, pero en 2015 había alcanzado el 100 por ciento y con aproximadamente 85 000 MWh generados en 2017, la cifra aumentó a 208 por ciento. Alrededor de 70.000 MWh del total fueron generados por energía solar y eólica. En términos de mantener un suministro seguro de energía, el salto cuántico en la energía generada por la energía eólica, que aumentó de 2400 MWh en 2010 a aproximadamente 61 000 MWh en 2017, significó que Stadtwerk Haßfurt enfrentó nuevos desafíos.

En octubre de 2016, Windgas Haßfurt GmbH & Co. KG, una empresa conjunta entre Stadtwerk Haßfurt y la asociación de ecoenergía Greenpeace Energy en Hamburgo, puso en marcha una nueva planta de conversión de energía a gas (PtG). En el corazón de esta planta hay un electrolizador PEM del tamaño de un contenedor, tipo Silyzer 200 de Siemens con una potencia máxima de 1,25 MW. La planta de vanguardia ubicada en Mainhafen convierte el exceso de energía del parque eólico comunitario cercano en Sailershäuser Wald, así como de otras plantas solares y de energía eólica, en hidrógeno renovable, también conocido como gas eólico. El electrolizador produce un millón de kilovatios hora de gas ecológico cada año que se alimenta a la red de gas para casi 20.000 clientes de gas proeólicos de Greenpeace Energy. Puede almacenarse allí durante un tiempo relativamente largo y volver a convertirse en electricidad más tarde.

En este sentido, las plantas eólicas de gas como la de Haßfurt son un elemento importante para asegurar una revolución energética exitosa: permiten el almacenamiento a largo plazo de enormes cantidades de energías renovables y aseguran un suministro seguro incluso con grandes volúmenes de energías renovables. Los electrolizadores basados ​​en tecnología PEM (PEM = membrana de electrolito de polímero) convierten el exceso de energía eólica y solar con una eficiencia de aproximadamente el 70 por ciento en hidrógeno y, por lo tanto, garantizan que se utilice cada kilovatio hora de electricidad verde y que las plantas renovables no tengan que cerrarse. apagado si la cantidad de energía excede la demanda o si la red no puede ahorrar la energía.

Las plantas PEM del tamaño de un contenedor reaccionan extremadamente rápido porque el electrolizador es capaz de cambiar automáticamente su salida en milisegundos para estabilizar la frecuencia en la red para evitar, por ejemplo, apagones causados ​​por una sobrecarga de la red. En Haßfurt, el electrolizador puede proporcionar esta energía como parte de una "planta de energía virtual" operada por el socio Next Kraftwerke donde varias plantas están conectadas entre sí. Este "servicio de energía de equilibrio" permite que los electrolizadores no solo produzcan hidrógeno, sino que también generen ingresos. La planta, que no recibió financiación, costó en total unos dos millones de euros. “El modelo de negocio de Windgas Haßfurt GmbH se basa en la idea de que los costes de inversión se amortizan en diez años”, Norbert Zösch, director ejecutivo de Stadtwerk Haßfurt GmbH, explica el principio económico detrás de la inversión.

La electrólisis consiste en separar el agua en oxígeno, que se descarga al aire ambiente, e hidrógeno con un alto grado de pureza. En el electrolizador PEM de Haßfurt, este proceso se lleva a cabo a una temperatura de entre aprox. 30 y 70 °C a una presión de 35 bar. Luego, el gas se seca para eliminar la mayor cantidad de humedad posible. Una planta de tratamiento de agua desmineraliza el agua antes de alimentarla a las pilas de electrólisis donde tiene lugar el proceso de electrólisis real.

Advenimiento de una nueva era de tecnología con la puesta en marcha del primer CHP de hidrógeno
La exitosa puesta en marcha de una planta de generación de calor y electricidad combinada de hidrógeno (H2 CHP) altamente innovadora para la reconversión de hidrógeno regenerativo en junio de 2019 permitió a Stadtwerk Haßfurt ampliar su planta de conversión de energía a gas (PtG). El proyecto fue financiado por el Ministerio de Economía, Desarrollo Regional y Energía del Estado de Baviera (StMWi). El CHP instalado es un agenitor 406 H2 de 2G con una potencia eléctrica de 140 kW que funciona con hidrógeno. Los socios del proyecto incluyen Stadtwerk Haßfurt GmbH, 2G Energy AG con sede en Heek y el Instituto de Tecnología Energética (IfE) de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Amberg-Weiden, Baviera Oriental.

En contraste con el método anterior de la adición de hidrógeno a la red de gas natural con una regeneración usando CHP convencionales, la nueva planta combinada de calor y electricidad permite operar con hidrógeno puro sin la adición de ningún combustible fósil. Por primera vez se ha creado una red de almacenamiento de energía eléctrica regenerativa para uso comunitario basada en hidrógeno y cero CO2. Ahora que la planta ha estado en funcionamiento durante más de un año, se puede confirmar que el sistema cumple con todas las altas expectativas en términos de disponibilidad y rentabilidad.

La 'cadena' de almacenamiento comienza con la generación de energía a partir de energía eólica, continúa con la conversión en hidrógeno por electrólisis y almacenamiento en tanques a presión y termina con la regeneración de energía a partir de la generación combinada de energía y calor. La unidad de almacenamiento de hidrógeno permite una operación continua del CHP durante aprox. 15 horas, lo que aumenta considerablemente la flexibilidad general del sistema.

Respuesta flexible al suministro de energía excesivo o bajo
Norbert Zösch evalúa esta finalización de la cadena de almacenamiento como una contribución importante para equilibrar la generación de energía con la demanda: “Tanto la planta PtG como la H2 CHP ofrecen resultados dinámicos, lo que significa que todo el sistema, electrolizador – almacenamiento – H2 CHP, puede compensar el excedente y cantidades bajas de energía a partir de la generación de energía renovable mediante la compensación de energía localmente o, en un nivel superior, con energía de compensación en la red de distribución”.

2G Energy AG entregó el CHP agenitor 406 H2 como una solución de contenedor llave en mano. Frank Grewe, CTO de 2G Energy AG, espera un aumento en la demanda de H2 CHP: "Después de la primera instalación de H2 CHP en el aeropuerto BER de Berlín en 2012, dimos el siguiente paso en Haßfurt  de instalar un CHP estándar de la serie agenitor que se puede adaptar a bajo costo para el uso de hidrógeno puro, una mezcla de hidrógeno y gas natural o solo gas natural. La operación segura y flexible como parte de un uso más amplio de los conceptos PtG con CHP en el futuro es una parte integral del trabajo de desarrollo en 2G”.

Otros contratos, como la puesta en marcha de una CHP H2 para Siemens en 2019 para un proyecto en la península arábiga y para el especialista en plantas APEX con sede en Rostock, así como para el sitio de desarrollo de viviendas "Neue Weststadt Esslingen" en 2020, confirman esta expectativa con en cuanto al desarrollo del mercado.

El H2 CHP en Haßfurt está equipado con una segunda conexión de gas para un cambio a operación de gas natural donde la salida eléctrica nominal es de 200 kW. Frank Grewe ve un potencial de desarrollo aún mayor para los H2 CHP en comparación con la operación con gas natural: “Un objetivo de desarrollo a corto plazo es aumentar significativamente la producción nominal en la operación con hidrógeno hasta el mismo nivel que los motores que funcionan con gas natural. Además de una disponibilidad de planta más segura, el desarrollo en 2G también se enfoca en la reducción adicional de la producción específica y los costos operativos de los H2 CHP”.

En términos de aportación científica y tecnológica, el proyecto está supervisado por el Instituto de Tecnología Energética de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Amberg-Weiden, Baviera Oriental. ¿Qué esperan obtener los investigadores de este proyecto? Bueno, por un lado, el conocimiento práctico y la experiencia a largo plazo en la operación de hidrógeno de plantas combinadas de calor y electricidad, y por otro lado, el módulo está destinado a ser utilizado como una plataforma de investigación en el consorcio para futuros desarrollos en la tecnología H2 CHP. y, por lo tanto, estaba equipado con puntos de acceso de medición especiales.

Premiado por ser pionero en la industria
Aunque a escala nacional la revolución energética ha perdido terreno o ha tropezado con obstáculos en muy diversos ámbitos, como en el caso de la instalación de parques eólicos o la ampliación de las redes de distribución, un servicio público relativamente pequeño como como en Haßfurt muestra que la revolución energética es posible adoptando un enfoque descentralizado. Este concepto ha demostrado ser un éxito porque no solo involucra a los proveedores sino también a los consumidores a través de la red pública de calefacción. Los llamados apagones se pueden evitar de manera efectiva utilizando un acumulador de batería (8 MWh) y otras dos unidades de almacenamiento. El amplio despliegue de 10 000 contadores inteligentes entre 2008 y 2011 y la integración de redes domésticas como parte de proyectos de "prosumidores" con "sistemas de calefacción que generan electricidad" han ayudado a aumentar la aceptación entre los ciudadanos. Sin este alto nivel de aceptación entre los clientes, seguramente no habría sido posible ser pionero en la revolución energética. Haßfurt tiene derecho a estar orgullosa de los numerosos premios que ha recibido, incluido el Premio de Energía de Baviera en 2018 o ser nombrada como la "Perla de la Revolución Energética" por la Fundación Heinrich Böll. La "guinda del pastel" fue el premio "CHP de 2019" votado por el jurado de la B.KWK Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e. V. (Asociación Nacional de Cogeneración) y la revista comercial 'Energie & Management' en reconocimiento a la decisión de inversión orientada al futuro de Stadtwerk Haßfurt.