Un concepto energético autosuficiente para un campus

El desafío

Neuhof es una institución educativa en Birr, Suiza, que apoya a jóvenes a través de instalaciones de horticultura, jardinería, gastronomía, agricultura, pintura, trabajo en metal y carpintería, junto con espacios residenciales y de formación. Con nueve instalaciones educativas, oficinas, viviendas y terreno agrícola —18.000 m² de superficie construida sobre 172.000 m² de terreno— el campus tiene la variedad de un pequeño pueblo. Hoy su energía procede de la electricidad y el gas de la red. Neuhof se marcó el objetivo de convertirse en referente para otros: un sistema energético 100% renovable y completamente autosuficiente.

Ese objetivo exige el acoplamiento sectorial. La autosuficiencia total significa que cada vector de demanda —calefacción, electricidad y combustibles para vehículos, incluidos los tractores agrícolas— tiene que cubrirse con recursos renovables del propio emplazamiento o de su entorno inmediato. Una nueva instalación de formación y las renovaciones de edificios existentes cambian el perfil de demanda. Y un sistema autosuficiente necesita espacio físico para la producción y el almacenamiento descentralizados in situ, por lo que cualquier concepto debe ser espacialmente viable, no solo energéticamente óptimo.

Cómo se usó Sympheny

El equipo de Sympheny cuantificó primero los perfiles de demanda horarios de calefacción, agua caliente y electricidad para cada edificio del campus, más los perfiles de demanda energética de los vehículos y tractores, usando una combinación de mediciones y simulaciones energéticas. En el lado del suministro, se evaluaron y cuantificaron los recursos renovables in situ a partir de evaluaciones previas de potencial geotérmico, velocidades del viento y caudales de agua, cubriendo solar, geotérmico, eólico, hidráulico, residuos agrícolas, purines y residuos orgánicos del entorno. Se especificó un amplio conjunto de tecnologías de conversión y almacenamiento candidatas —Agri-PV, sondas geotérmicas, un biodigestor, baterías, almacenamiento de hielo, almacenamiento de agua caliente en fosa, almacenamiento de hidrógeno y metano, un electrolizador, una pila de combustible, un metanizador, un CHP de gas— y el algoritmo de Sympheny iteró entre posibles configuraciones del sistema para encontrar la ruta de menor coste y técnicamente factible hacia la autarquía total.

• Autosuficiencia en todos los vectores — Optimizó calor, electricidad y combustibles para vehículos conjuntamente, para que el algoritmo pudiera explotar el acoplamiento sectorial en lugar de tratar cada vector por separado.
• Integración de recursos agrícolas — Trató las superficies agrícolas, los purines y los residuos orgánicos como recursos energéticos de primer nivel, junto con la solar, la geotérmica, la eólica y la hidráulica.
• Lógica de almacenamiento estacional — Dimensionó el almacenamiento de metano e hidrógeno para que los excedentes de verano abastezcan el campus durante el invierno sin retiradas de la red.

El sistema energético de Neuhof configurado en Sympheny: subsistemas de solar-PV, biogás y metano, hidrógeno, y calor y electricidad, integrados en un único modelo autosuficiente.

Resultado

Tras múltiples iteraciones de optimización, Neuhof y Sympheny identificaron un concepto con un equilibrio especialmente atractivo entre baja complejidad del sistema y bajos costes de ciclo de vida: un gran sistema Agri-PV, un gran depósito de metano para almacenamiento estacional de energía, un CHP de gas, una bomba de calor de aire y varios sistemas de almacenamiento de menor tamaño para el almacenamiento a corto plazo. El calor, la electricidad y el metano para los vehículos agrícolas se suministran principalmente por la combinación de energía solar del sistema Agri-PV y residuos orgánicos de las operaciones agrícolas del campus y su entorno: los residuos orgánicos se procesan en un biodigestor y se mejoran a metano, con almacenamiento estacional de metano que garantiza un suministro suficiente durante los meses de invierno sin retiradas de la red eléctrica ni de gas.

El sistema Agri-PV también produce un excedente estival significativo, que en este concepto se convierte en hidrógeno, se almacena temporalmente in situ y se vende a terceros, convirtiendo el desequilibrio estacional en ingresos externos. El concepto aprovecha exactamente lo que hace distintivo a Neuhof: amplias superficies agrícolas y un flujo constante de residuos orgánicos. Eso lo hace directamente replicable en otros emplazamientos agrícolas y zonas rurales.

Operación anual del concepto óptimo: producción Agri-PV a lo largo del año, producción mensual de H₂ a partir del excedente de verano, electricidad de pila de combustible en los picos de invierno y el perfil de exportación de H₂ resultante.