Evaluación tecno-económica para producción conjunta de electricidad e hidrógeno verde con tecnologías híbridas de concentración solar de potencia (CSP) y fotovoltaicas (PV) acopladas a electrolizadores PEM.

Abstract

El hidrógeno verde emerge como un destacado vector energético para aportar a la descarbonización del planeta, y Chile se posiciona con el potencial de liderar su producción gracias a su abundante recurso solar. Sin embargo, el costo del hidrógeno producido mediante energía solar sigue siendo elevado debido a los altos costos de inversión, la limitada cantidad de horas de operación y el precio de la energía solar en sí. En ese contexto, en este trabajo se realiza un análisis técnico económico de la integración de la producción de hidrógeno a partir de energía solar en el norte de Chile, se selecciona una planta CSP de 19,9 [MW] y una planta PV de 20 [MW]. El enfoque metodológico es a partir del análisis de la producción mediante cuatro alternativas: empleando únicamente una planta PV, una planta CSP, un caso híbrido, y otro caso que combina ambas tecnologías al máximo de su capacidad. Para las primeras tres alternativas se integra una planta PEM de 18 [MW], mientras que para el último caso una de 35 [MW]. Con la elección de estas configuraciones se busca evaluar económicamente el potencial de producción de hidrógeno utilizando casos representativos de los factores que afectan el costo de producir el hidrógeno verde. Para este análisis, y a modo de obtener resultados acordes al estado actual de la tecnología se emplean modelos de plantas en estado operacional para la planta CSP y PV, para la planta de electrólisis PEM se realiza un modelo del stack de este mismo, esto con el fin de obtener una producción de hidrógeno acorde a lo establecido por los desarrolladores de estos equipos. Para la creación de los modelos de las plantas solares se utiliza el software SAM, mientras que para la planta de electrólisis PEM y la integración de los modelos el lenguaje de programación Python. La evaluación económica tiene como objetivo calcular el costo nivelado del hidrógeno (LCOH). Se consideran dos escenarios temporales: uno correspondiente al año 2024 y otro proyectado para el año 2030. De los resultados se obtiene un mínimo LCOH de 5,76 [USD/kg H2] y un máximo de 6,63 [USD/kg H2] para el escenario actual, mientras que para el escenario 2030 los valores rondan entre 2,86 y 4,26 [USD/kg H2]. Los resultados muestran una buena referencia para la toma de decisiones para políticas de producción de hidrógeno solar.