"La révolution énergétique commence petit" - Norbert Zösch, PDG de la société de services publics Stadtwerk Haßfurt GmbH, résume en quelques mots la philosophie de son entreprise qui approvisionne environ 14 000 habitants de la commune de Haßfurt située dans la région de Basse-Franconie en Bavière. "Think  big" a cependant été la devise de cette entreprise en termes de transformation de sa structure et de ses services pour un avenir basé sur les sources d'énergie renouvelables. En collaboration avec la Städtische Betriebe GmbH (services municipaux responsables du chauffage local et des services de loisirs publics) ainsi que le centre de données Rechenzentrum Haßfurt GmbH, la Stadtwerk Haßfurt GmbH fait partie de la triade responsable de l'exploitation des services publics.

L'adaptation aux défis de la révolution énergétique s'est concentrée sur les quatre grandes tendances : la démographie, la numérisation, la décarbonisation et last but not least la décentralisation. Stadtwerk Haßfurt reconnaît que le processus de décentralisation, considéré comme nécessaire pour assurer la compatibilité future, pose ses propres défis majeurs. Premièrement, le fait indiscutable est qu'une alimentation électrique sûre et économiquement compétitive basée sur les énergies renouvelables est réalisable avec les technologies de cogénération en utilisant des unités de stockage. Cependant, la question de l'approvisionnement en chaleur n'a pas été négligée car une partie importante des besoins de chauffage pour le chauffage local de la municipalité est fournie par des sources régénératives en utilisant la chaleur résiduelle de l'usine de biogaz (2,35 MW), des panneaux solaires et d'autres énergies renouvelables. végétaux.

Mélange de technologies de production avec power to gas
Le bilan électrique de la société de services publics municipale de Haßfurt de 2010 à 2017 a enregistré une croissance exponentielle de la production d'énergie renouvelable. Le chiffre commençait à 29 %, mais en 2015, il avait atteint 100 % et avec environ 85 000 MWh générés en 2017, le chiffre était passé à 208 %. Environ 70 000 MWh du total ont été générés par l'énergie solaire et éolienne. En termes de maintien d'un approvisionnement sûr en électricité, le saut quantique de la puissance générée par l'énergie éolienne, qui est passée de 2 400 MWh en 2010 à environ 61 000 MWh en 2017, a amené Stadtwerk Haßfurt à relever de nouveaux défis.

En octobre 2016, Windgas Haßfurt GmbH & Co. KG - une joint-venture entre Stadtwerk Haßfurt et l'association éco-énergétique Greenpeace Energy à Hambourg - a mis en service une nouvelle centrale électrique en gaz (PtG). Au cœur de cette usine se trouve un électrolyseur PEM de la taille d'un conteneur, de type Silyzer 200 de Siemens avec une puissance de crête de 1,25 MW. L'usine de pointe située à Mainhafen convertit l'électricité excédentaire du parc éolien communautaire voisin de Sailershäuser Wald ainsi que d'autres centrales éoliennes et solaires en hydrogène renouvelable, autrement connu sous le nom de gaz éolien. L'électrolyseur produit chaque année un million de kilowattheures de gaz écologique qui est injecté dans le réseau de gaz pour près de 20 000 clients pro-éoliens de Greenpeace Energy. Elle peut y être stockée pendant une durée relativement longue et reconvertie ultérieurement en électricité.

À cet égard, les centrales éoliennes à gaz comme celle de Haßfurt sont un élément important pour assurer une révolution énergétique réussie : elles permettent le stockage à long terme d'énormes quantités d'énergies renouvelables et garantissent un approvisionnement sûr même avec de grands volumes d'énergies renouvelables. Les électrolyseurs basés sur la technologie PEM (PEM = membrane électrolytique polymère) convertissent l'énergie éolienne et solaire excédentaire avec une efficacité d'environ 70 % en hydrogène et garantissent ainsi que chaque kilowattheure d'électricité verte est utilisé et que les centrales renouvelables n'ont pas besoin d'être fermées s'éteint si la quantité d'énergie dépasse la demande ou si le réseau ne peut pas économiser l'énergie.

Les installations PEM de la taille d'un conteneur réagissent extrêmement rapidement car l'électrolyseur est capable de changer automatiquement sa sortie en quelques millisecondes pour stabiliser la fréquence dans le réseau afin d'éviter, par exemple, les pannes causées par une surcharge du réseau. À Haßfurt, l'électrolyseur est capable de fournir cette énergie dans le cadre d'une "centrale électrique virtuelle" exploitée par le partenaire Next Kraftwerke où plusieurs centrales sont connectées entre elles. Ce « service d'équilibrage de puissance » permet aux électrolyseurs non seulement de produire de l'hydrogène, mais aussi de générer des revenus. L'usine, qui n'a reçu aucun financement, a coûté environ deux millions d'euros au total. "Le modèle commercial de Windgas Haßfurt GmbH est basé sur l'idée que les coûts d'investissement sont amortis en dix ans", Norbert Zösch, PDG de Stadtwerk Haßfurt GmbH, explique le principe économique derrière l'investissement.

L'électrolyse consiste à séparer l'eau en oxygène - qui est rejeté dans l'air ambiant - et en hydrogène avec un haut degré de pureté. Dans l'électrolyseur PEM à Haßfurt, ce processus est réalisé à une température comprise entre env. 30 et 70 °C à une pression de 35 bars. Le gaz est ensuite séché pour éliminer autant d'humidité que possible. Une usine de traitement de l'eau déminéralise l'eau avant qu'elle ne soit introduite dans les cheminées d'électrolyse où se déroule le processus d'électrolyse proprement dit.

Avènement d'une nouvelle ère technologique avec la mise en service de la toute première cogénération à hydrogène
La mise en service réussie d'une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité à hydrogène (H2 CHP) très innovante pour la reconversion de l'hydrogène régénératif en juin 2019 a permis à Stadtwerk Haßfurt d'étendre sa centrale électrique en gaz (PtG). Le projet a été financé par le ministère bavarois de l'économie, du développement régional et de l'énergie (StMWi). La cogénération installée est un agenitor 406 H2 de 2G d'une puissance électrique de 140 kW fonctionnant à l'hydrogène. Les partenaires du projet incluent Stadtwerk Haßfurt GmbH, 2G Energy AG basée à Heek et l'Institut de technologie énergétique (IfE) de l'Université des sciences appliquées d'Amberg-Weiden, en Bavière orientale.

Contrairement à la méthode précédente d'ajout d'hydrogène dans le réseau de gaz naturel avec une régénération utilisant des cogénérations conventionnelles, la nouvelle centrale de cogénération permet un fonctionnement avec de l'hydrogène pur sans ajout de combustibles fossiles. Pour la première fois, un réseau de stockage à base d'hydrogène et zéro CO2 a été créé pour l'électricité régénérative à usage collectif. Maintenant que l'usine est en opération depuis plus d'un an, il peut être confirmé que le système répond à toutes les attentes élevées en termes de disponibilité et de rentabilité.

La « chaîne » de stockage commence par la production d'électricité à partir de l'énergie éolienne, passe à la conversion en hydrogène par électrolyse et stockage dans des réservoirs sous pression et se termine par la régénération d'électricité à partir de la production combinée d'électricité et de chaleur. L'unité de stockage d'hydrogène permet un fonctionnement continu de la cogénération pendant env. 15 heures, ce qui augmente considérablement la flexibilité globale du système.

Réponse flexible à une alimentation excessive ou faible
Norbert Zösch évalue cet achèvement de la chaîne de stockage comme une contribution importante à l'équilibre entre la production d'électricité et la demande : "La centrale PtG et la cogénération H2 fournissent des résultats dynamiques, ce qui signifie que l'ensemble du système, électrolyseur - stockage - cogénération H2, peut compenser l'excédent et de faibles quantités d'énergie provenant de la production d'énergie renouvelable en équilibrant l'énergie localement ou, à un niveau supérieur, en équilibrant l'énergie dans le réseau de distribution.

2G Energy AG a livré l'agenceur CHP 406 H2 en tant que solution de conteneur clé en main. Frank Grewe, CTO de 2G Energy AG, s'attend à une augmentation de la demande pour la cogénération H2 : "Après la première installation d'une cogénération H2 à l'aéroport BER de Berlin en 2012, nous avons franchi l'étape suivante à Haßfurt en installant une cogénération standard de la série agnitor qui peut être adaptée à faible coût pour l'utilisation soit d'hydrogène pur, soit d'un mélange hydrogène/gaz naturel, soit uniquement de gaz naturel. L'exploitation sûre et flexible dans le cadre d'une utilisation plus large des concepts PtG avec les CHP à l'avenir fait partie intégrante des travaux de développement de 2G. »

D'autres contrats comme la mise en service d'une cogénération H2 pour Siemens en 2019 pour un projet sur la péninsule arabique et pour le spécialiste de l'usine APEX basé à Rostock ainsi que pour le site de lotissement « Neue Weststadt Esslingen » en 2020 confirment tous cette attente avec en ce qui concerne le développement du marché.

La cogénération H2 à Haßfurt est équipée d'un deuxième raccordement au gaz pour un passage au fonctionnement au gaz naturel où la puissance électrique nominale est de 200 kW. Frank Grewe voit un potentiel de développement encore plus important pour les centrales de cogénération H2 par rapport au fonctionnement au gaz naturel : "L'un des objectifs de développement à court terme est d'augmenter considérablement la production nominale en fonctionnement à l'hydrogène jusqu'au même niveau que les moteurs fonctionnant au gaz naturel. Outre une disponibilité plus sûre des installations, le développement de 2G se concentre également sur la réduction supplémentaire des coûts de production et d'exploitation spécifiques des centrales de cogénération H2. »

En termes d'apport scientifique et technologique, le projet est supervisé par l'Institut de technologie énergétique de l'Université des sciences appliquées d'Amberg-Weiden, en Bavière orientale. Qu'est-ce que les chercheurs espèrent retirer de ce projet ? Eh bien, d'une part, des connaissances pratiques et une expérience à long terme sur le fonctionnement à l'hydrogène des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité, et d'autre part, le module est destiné à être utilisé comme plate-forme de recherche dans le consortium pour les développements ultérieurs de la technologie H2 CHP et a donc été équipé d'accès de mesure spécifiques.

Récompensé pour être pionnier dans l'industrie
Si, à l'échelle nationale, la révolution énergétique a perdu du terrain ou s'est heurtée à des obstacles dans de nombreux domaines, comme en ce qui concerne l'installation d'éoliennes ou l'extension des réseaux de distribution, un service public relativement petit comme comme à Haßfurt montre que la révolution énergétique est possible en adoptant une approche décentralisée. Ce concept a fait ses preuves car il implique non seulement les fournisseurs mais aussi les consommateurs via le réseau de chauffage public. Les soi-disant pannes peuvent être évitées efficacement en utilisant une batterie de stockage (8 MWh) et deux autres unités de stockage. Le déploiement à grande échelle de 10 000 compteurs intelligents entre 2008 et 2011 et l'intégration des réseaux domestiques dans le cadre de projets « prosommateurs » avec des « systèmes de chauffage générateurs d'électricité » ont contribué à accroître l'acceptation parmi les citoyens. Sans ce haut niveau d'acceptation parmi les clients, il n'aurait sûrement pas été possible d'être un pionnier de la révolution énergétique. Haßfurt a le droit d'être fier des nombreuses récompenses qu'il a reçues, dont le prix bavarois de l'énergie en 2018 ou d'avoir été nommé "Perle de la révolution énergétique" par la Fondation Heinrich Böll. La « cerise sur le gâteau » a été le prix « CHP de 2019 » décerné par le jury du B.KWK Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e. V. (Association nationale de cogénération) et le magazine spécialisé « Energie & Management » en reconnaissance de la décision d'investissement tournée vers l'avenir de Stadtwerk Haßfurt.