Análisis de factibilidad técnica y económica de implementar planta de hidrógeno verde par recuperar los vertimientos de energía solar en la región de Antofagasta.

Abstract

En Chile, el desarrollo de las energías renovables, especialmente en proyectos de energía fotovoltaica y eólica, ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años. Sin embargo, esta expansión ha generado desafíos debido a la variabilidad inherente de estas fuentes, que se caracterizan por fluctuaciones diarias, mensuales, estacionales e incluso anuales durante su operación. Esto ha llevado a pérdidas eléctricas considerables, principalmente por desconexiones en la red causadas por la congestión en la distribución de energía. Como resultado, Chile se ha visto obligado a promover la implementación de nuevas tecnologías para abordar estas variaciones y reducir las pérdidas económicas y energéticas en la red de distribución. Entre estas, se destacan las tecnologías de almacenamiento, que buscan aprovechar los excedentes generados por el sistema eléctrico nacional.

Diversas fuentes coinciden en señalar que las tecnologías power-to-gas son consideradas como una de las opciones más prometedoras para proporcionar estabilidad, flexibilidad y un mayor control a los sistemas de energía. Un elemento fundamental en este proceso es el hidrógeno, que actúa como el principal intermediario entre la electricidad generada y diversas formas de energía durante su conversión. Estos sistemas se destacan por su versatilidad, capacidad de implementación a gran escala y su adaptabilidad a diferentes mercados. Esto ha llevado a Chile hacia el fuerte impulso de power-to-gas en el territorio.

La región de Antofagasta presenta condiciones realmente óptimas para el desarrollo de power-to-gas combinado con energía solar, esta última se ve favorecida al tener una de las radiaciones solar más potentes a nivel mundial, haciendo que haya un gran volumen de producción energética y a precios muy competitivos. Es por esto, que este estudio evalúa técnica y económicamente la opción de implementar una planta de producción de hidrógeno verde para poder aprovechar los vertimientos eléctricos de las plantas solares en la región, considerando criterios socioambientales.

Para determinar la viabilidad técnica de la implementación de planta de hidrógeno verde, se usó un modelo programado en Excel, bajo la cooperación del Instituto Técnico de Deggendorf en los laboratorios del Technologiezentrum Energie (TZE), para generar el dimensionamiento de los escenarios, estimar la producción, rendimiento y aprovechamiento de los sistemas implementados. Se utilizó la disponibilidad energética del Parque Fotovoltaico Finis Terrae para 2022 a escala horaria, obtenidas desde el Coordinador Eléctrico Nacional, el cual provee también de los vertimientos eléctricos reportados para ese mismo periodo. La evaluación económica consistió en valorizar cada escenario mediante flujos de caja que permitieron comparar cada alternativa a través de los indicadores de rentabilidad VAN, TIR y PRI (“pay back”).

La investigación abordó la evaluación de tres escenarios para la producción de Hidrógeno Verde, utilizando distintas fuentes: (a) energía solar disponible, (b) vertimientos energéticos, y (c) una combinación de vertimientos y energía solar disponible, solo en momentos sin desperdicios eléctricos. Se identificó que el escenario óptimo en términos económicos y de producción es aquel que emplea energía solar disponible sin vertimientos, aunque implica desconectar un 30% de capacidad en la red de distribución. Es importante resaltar que los escenarios que emplean energía solar y una combinación de vertimientos y energía solar muestran un tiempo de funcionamiento del electrolizador cercano al 100%, siendo el escenario mixto el de mayor rendimiento.

Para el escenario mixto, se llevó a cabo una evaluación del precio del hidrógeno en el mercado. Inicialmente, se estableció que el precio podría ser de 3.2 €/kg H2 sin afectar la rentabilidad, con un período de retorno de inversión de 7 años sin incentivos o subvenciones al CAPEX. No obstante, el precio de venta del hidrógeno en este proyecto podría reducirse significativamente, llegando a 1.8 €/kg, especialmente con el respaldo de subvenciones. Esta combinación de factores posiciona al escenario mixto como una solución integral que equilibra eficazmente los aspectos técnicos y económicos para la producción de hidrógeno verde en la región.

Asimismo, se identifican posibles áreas de investigación futuras relacionadas con la demanda energética, uso de agua para la producción de hidrógeno verde y aprovechamiento de calor y oxígeno como subproductos de la electrólisis de agua.

El presente estudio demostró que la implementación de proyectos de hidrógeno verde en la región de Antofagasta es una alternativa muy atractiva no solo para almacenar energía eléctrica en desperdicio, sino que también es una fuente de diversos combustibles limpios y tipos de energía de carácter renovable, representando una fuerte contribución a las metas de descarbonización la matriz energética chilena, ayudando a la seguridad y estabilidad de esta misma, y finalmente, contribuyendo a la Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde que tiene como principal objetivo posicionar a Chile como el país con el hidrógeno verde más barato a nivel mundial.