Thesis Almacenamiento de energía fotovoltaica para suministro controlado de electricidad a través de celdas de combustible
Date
2023-10
Authors
Molina Henríquez, José Rodrigo
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Abstract
En la actualidad, Chile produce el 20% de su energía mediante fuentes renovables y se espera
un aumento significativo de estos proyectos. Sin embargo, la gestión de un alto porcentaje
de energías renovables no convencionales implica una serie de desafíos técnicos y
económicos en la matriz energética. Estos desafíos se pueden solucionar al aumentar la
flexibilidad del Sistema Eléctrico Nacional, donde los sistemas de almacenamiento son
recursos esenciales para equilibrar la generación y demanda de manera segura y económica.
El objetivo de este estudio es determinar la factibilidad técnica y económica de un sistema
de almacenamiento de electricidad en base a la tecnología del hidrógeno. Al inicio se definen
los antecedentes, el estado del arte de los sistemas de almacenamiento y tecnologías de
hidrógeno. Luego se valoriza el mercado del almacenamiento a nivel nacional. A
continuación, se plantea un proceso para determinar su viabilidad técnica y económica. Por
último, se realiza un estudio comparativo entre distintas tecnologías de almacenamiento.
Los sistemas de almacenamiento pueden participar en múltiples mercados y los beneficios
se valorizan a partir de la venta de energía, capacidad, reservas o por costos evitados. El
mercado actual se estima en 378 [MMUSD], donde el arbitraje y capacidad representan el
25% del total, los servicios complementarios el 36%, el soporte red 21% y el suministro a
clientes finales 19%. El mercado para el año 2040 se estima en 7.461 [MMUSD].
Para demostrar la viabilidad técnica se propone la integración de la central fotovoltaica Luz
del Norte (141 MW) con el sistema de almacenamiento de H2, para satisfacer la demanda de
electricidad de la compañía minera Coemin (16,5 MW). Los balances de energía y masa
indican que para una demanda de 122 [GWh/año], se necesitan 283 [GWh/año] de la planta
fotovoltaica, donde 206 [GWh/año] se utilizan para producir H2 y 76 [GWh/año] para el
consumo directo de la empresa minera más servicios del sistema de almacenamiento. Las
celdas de combustible suministran 75 [GWh/año] a la empresa minera.
La viabilidad económica se estima mediante un análisis de escenarios, la cual define
escenarios de inversión optimista (97 MMUSD), probable (336 MMUSD) y pesimista (806
MMUSD). El valor actual neto para un escenario optimista financiado 80% con crédito es de
30 [MMUSD], para un escenario probable -192 [MMUSD] y un escenario pesimista -667
[MMUSD]. Por lo tanto, se recomienda invertir solo si se cumplen todas las condiciones de
inversión referidas al escenario optimista. Además, se plantea escenarios alternativos que
combinan múltiples servicios, los cuales resultan viables cuando se cumplen las condiciones
de inversión en el escenario optimista. En los demás escenarios no se recomienda invertir. El
sistema de almacenamiento propuesto mejora su rentabilidad si puede proveer de múltiples
servicios, reduce los costos de inversión, aumenta su eficiencia y comercializa subproductos.
Una mayor certeza jurídica que perfeccione el marco normativo y facilite la inversión es
esencial para el desarrollo de proyectos de almacenamiento de electricidad.
El resultado del análisis comparativo entre las diversas tecnologías de almacenamiento para
un mismo caso base de arbitraje de energía demuestra que el sistema de almacenamiento de
hidrógeno tiene los mayores costos en comparación con las demás tecnologías.
Description
Keywords
HIDROGENO , ALMACENAMIENTO DE ENERGIA , CELDAS DE COMBUSTIBLE , ENERGIA FOTOVOLTAICA
