El suministro de distrito del futuro es climáticamente neutral y de bajo costo. Aunque esto puede parecer visionario, actualmente se está convirtiendo en realidad en el distrito "Neue Weststadt" (también conocido como LOK.West) en Esslingen en el río Neckar, Alemania. Allí, los urbanistas y los expertos en energía están implementando un concepto que actúa como modelo para un suministro de distrito urbano ecológico y económico. La electricidad y el calor para el distrito provienen de energía verde y almacenamiento local, lo que brinda un alto grado de independencia y flexibilidad.

Más de 500 apartamentos, algunas tiendas, un bloque de oficinas de gran altura con doce pisos y un campus para alrededor de 1.800 estudiantes se ubicarán en el sitio en el Neckar después de la finalización. Los primeros edificios de oficinas en el sur del sitio ya se construyeron y ocuparon, el resto se completará para 2022.

Protección climática asequible
Las cosas que hacen que el concepto energético del distrito de Neue Weststadt sea tan especial son:

• el enfoque en el suministro sostenible y de bajo costo,
• la planificación simultánea de plantas de generación y consumo,
• la consideración holística de los sectores de electricidad y calor, incorporando la movilidad.

La atención se centra en reducir significativamente el consumo de energía y cubrir los requisitos restantes de una manera neutral para el clima. Por lo tanto, no se trata de aprovechar todas las oportunidades de ahorro de energía, lo que hace que la protección del clima sea asequible. El uso de energías renovables para cubrir los requisitos restantes asegura el enfoque de neutralidad climática y representa una mejor relación calidad-precio a largo plazo que la reducción del consumo a través de costosas medidas de ahorro de energía.

Para la implementación se requiere una combinación de fuentes o plantas de energía y depósitos de energía. La electricidad proviene de plantas fotovoltaicas (PV) locales montadas en el techo o se compra como electricidad verde. El calor se produce con gas ecológico o, indirectamente, como se describe con más detalle a continuación, también a partir de electricidad verde.

Las baterías almacenan el excedente de electricidad y los campos de electricidad y calor están conectados. Pero, mientras otros conceptos logran este vínculo a través de Power-to-Heat con barras eléctricas de calefacción o bombas de calor, los sectores se fusionan de manera diferente con la planta de energía para el bloque residencial D con 167 viviendas, el bloque de oficinas y el edificio universitario.

Acoplamiento del sector local con hidrógeno verde
La nueva planta de energía produce hidrógeno verde a partir de electricidad renovable con un electrolizador instalado bajo tierra. Esto forma un "almacén de gas", que desacopla la generación de energía y el consumo de energía, ya que el gas puede "retroalimentarse" a una planta combinada de calor y electricidad (CHP) con un retraso de tiempo. El calor generado durante el funcionamiento de la cogeneración fluye hacia la red de calefacción urbana. El electrolizador es otra fuente de calor. Produce tanto calor residual a aprox. 55 °C que puede cubrir las necesidades básicas de calefacción y preparación de agua caliente.

Electricidad, calor, movilidad: todo se convierte en uno
La conversión de energía “Power-to-Greengas-to-Power&Heat” es más compleja que el uso de energía eléctrica para bombas de calor o elementos de calefacción, pero el concepto es probablemente también más versátil y prometedor. Hay una razón por la que el proyecto del distrito de Neue Weststadt está financiado por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía (BMWi) y el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) como parte de la prioridad de financiación "Edificio solar/ciudad energéticamente eficiente".

El hidrógeno ofrece ventajas para el sistema energético
Prof. Dr.-Ing. Manfred Norbert Fisch de Steinbeis-Innovationszentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik (EGS) destacó el potencial del acoplamiento del sector con el hidrógeno verde en un comunicado de prensa de la ciudad de Esslingen. El objetivo es “demostrar la función y la idoneidad para el uso diario de la producción de hidrógeno con todas sus ventajas para el sistema energético, incluso a nivel de distrito”.

El almacenamiento de hidrógeno puede desvincular la producción local de electricidad del consumo de energía, y puede servir a la red, por ejemplo, compensando el exceso o la falta de suministro de electricidad, o trabajando con baterías para reducir la cantidad de electricidad fotovoltaica alimentada a la red cuando hay un amenaza de sobrecarga de la red.

Comercialización efectiva de hidrógeno verde
“No podemos montar un gran depósito estacional de hidrógeno por motivos de espacio”, explica Manuel Thielmann, experto en suministro de energía descentralizado de Polarstern GmbH en Múnich. Su equipo creó el innovador concepto de energía para el distrito de Neue Weststadt. "Por lo tanto, el hidrógeno excedente se alimenta a la red de gas natural o se vende a la industria". En el futuro, una parte también se utilizará para el transporte. Ya está prevista una estación de combustible de hidrógeno.

CHP es más económico que una pila de combustible
El objetivo principal, sin embargo, es usar hidrógeno en el sitio. Para garantizar que la reconversión se lleve a cabo a precios asequibles, los responsables prefirieron la cogeneración de hidrógeno motorizada. Thielmann explica por qué: “Aunque una celda de combustible convierte una mayor proporción de la energía contenida en el gas en electricidad, los costos por kilovatio instalado son mucho más altos que con un CHP motorizado. Y no pudimos comprar una pila de combustible de esta clase de rendimiento en Europa”.

El calor CHP se puede utilizar bien en el sitio, lo que significa que se puede lograr una mayor eficiencia total, dice Thielmann. “No solo nos fijamos en la eficiencia del suministro de energía, sino que también optimizamos el sistema energético en su conjunto”.

El frío del calor aumenta la eficiencia anual
El uso eficiente del calor también se logra mediante el hecho de que el frío para el aire acondicionado en el edificio de la universidad y el bloque de oficinas también se produce usando calor: un enfriador de absorción convertirá efectivamente el calor residual del sistema CHP, que se genera a un alto nivel de temperatura, en energía de enfriamiento y completará la planta de generación de energía inversa para crear un atractivo sistema combinado de calor, energía y enfriamiento.

CHP de 2G funciona con 100% hidrógeno
Una vez que se tomó la decisión a favor de la planta combinada de calor y electricidad sobre la celda de combustible, la elección del proveedor fue fácil. “Solo hay un fabricante en Europa que ofrece CHP con las potencias adecuadas y que pueden funcionar con 100 % de hidrógeno”, informa Thielmann, refiriéndose a 2G Energy. Los CHP también podrían funcionar con una mezcla de hidrógeno-eco gas o eco gas puro, por lo que el funcionamiento también es posible si falla el electrolizador. “Otro argumento a favor de 2G es que el fabricante ya puede demostrar experiencia operativa con hidrógeno puro, por ejemplo en un proyecto en Haßfurt”, continúa el experto en energía.

Puesta en marcha del CHP en la primavera de 2021
El CHP de 2G, un agenitor 406, se pondrá en marcha en el distrito de Neue Weststadt en la primavera de 2021. Una cápsula de aislamiento acústico significará que el ruido de funcionamiento del motor no se escuchará en las propiedades residenciales vecinas. Con hidrógeno como combustible, el CHP suministra alrededor de 150 kWel y 172 kWth de potencia; en modo eco, es de 200 kWel y 206 kWth. Solo durante el invierno o durante los trabajos de mantenimiento en la cogeneración, por ejemplo, tendrá que funcionar la caldera de gas de carga máxima instalada en la planta de energía (1.200 kW).

La cogeneración 2G se convierte así en un componente clave en el abastecimiento del distrito, que demostrará su valor en los próximos años. Por lo tanto, los expertos en energía supervisarán la operación de las plantas. “Polarstern, Steinbeis-Innovationszentrum y la ciudad de Esslingen fundaron la empresa operativa Green Hydrogen GmbH, que es responsable de la planta de energía”, explica Thielmann, quien también es gerente de la nueva empresa. "Estudiaremos la interacción entre los componentes y las opciones de compensación local con precisión".