Evaluación tecno-económica de un sistema de multi generación para producir electricidad, agua desalinizada e hidrógeno en Chile

Abstract

La creciente preocupación por el cambio climático y la escasez de recursos naturales ha impulsado la búsqueda de soluciones sostenibles y eficientes. En Chile, la meta de alcanzar la carbono neutralidad para el 2050, la crisis hídrica en diversas regiones y la promesa del hidrógeno como vector energético son desafíos que demandan innovaciones tecnológicas. Este trabajo de titulación se enfoca en la evaluación tecno-económica de un sistema de multi generación para producir electricidad, agua desalinizada e hidrógeno, ofreciendo una solución integrada a estos problemas. El objetivo general es optimizar una configuración integrada de tecnologías de desalinización, electrólisis y generación de energía para producir agua fresca, electricidad e hidrógeno. Los objetivos específicos incluyen caracterizar la demanda de electricidad y agua en diversas localidades, desarrollar y validar modelos de producción de electricidad, agua e hidrógeno, analizar el modelo de despacho para diferentes demandas, y evaluar los costos nivelados de cada producto realizando un análisis de sensibilidad. La metodología se divide en cinco etapas principales. Establecer comunas de interés en base a sus necesidades, luego se desarrollan modelos para la producción de cada producto. Después se desarrolla un modelo de despacho que relaciona las interacciones entre la red y los equipos modelados. Finalmente se calculan costos nivelados base para cada producto y se finaliza realizando una optimización en base a la sensibilización de parámetros clave. Los resultados muestran que el sistema integrado es capaz de obtener costos nivelados competitivos en las tres áreas de producción. Los costos nivelados más bajos obtenidos fueron de 12,1 [USD/MWh] para la electricidad (LCOE), 0,682 [USD/m³] para el agua desalada (LCOW) y 2,53 [USD/kg] para el hidrógeno (LCOH). Estas cifras se alcanzaron utilizando una configuración optimizada del ciclo Brayton con regeneración, complementado por ósmosis inversa para la desalinización y un electrolizador PEM para la producción de hidrógeno gris.