Análisis técnico económico de la generación de hidrógeno verde solar a partir de aguas residuales en Coquimbo.
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Date
2023
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción.
Abstract
Even though it has a high volume of wastewater discharged into rivers, estuaries or seas and increases levels of solar radiation, the Coquimbo region is one of the most affected by water scarcity. Thus, it is proposed to evaluate green hydrogen generation systems by electrolysis of treated wastewater and with an electric power supply by photovoltaic panels. Three green hydrogen generation systems are dimensioned with different sources of wastewater and their respective treatment to have the minimum quality required for electrolysis; the first one consists of using water from the Coquimbo submarine outfall, the second and third from a sewage treatment plant in Algarrobito and Peralillo. Moreover, a levelized cost of 3,42, 4,36 and 3.22 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑔𝐻2 is obtained for the 3 systems proposed which, according to the references studied, is considered a competitive hydrogen for this area. The optimization of the PV oversize in relation to the electrolysis plant results in 1.4, 1.3 and 1.2 for case 1, 2 and 3 respectively. In addition, the levelized cost of hydrogen can be reduced considerably if favourable economic projections of capital expenditures and operation expenditures of the PV/PEM plants are taken. On the other hand, the cost of treated wastewater presents a minimal contribution in the levelized cost of the hydrogen, thus confirming the feasibility of using this resource for electrolysis.
La región de Coquimbo es una de las más afectadas por la escasez hídrica, pero presenta un alto volumen de aguas residuales descargadas a ríos, esteros o mares y niveles alentadores de radiación solar. De esta manera, se propone evaluar sistemas de generación de hidrógeno verde mediante electrólisis de aguas residuales tratadas y con un suministro de energía eléctrica por paneles fotovoltaicos. Se analizan 3 casos de generación de hidrógeno verde con distintas fuentes de aguas residuales y su respectivo tratamiento para contar con la calidad mínima requerida para la electrólisis; el primero consiste en utilizar las aguas del emisario submarino Coquimbo, el segundo y el tercero de una planta de tratamiento de aguas servidas en Algarrobito y Peralillo. Así, se logra obtener un costo nivelado del hidrógeno de 3,42, 4,36 y 3,22 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑔𝐻2 para los 3 casos respectivos, lo que es considerado un hidrógeno competitivo para la región de estudio según otras referencias estudiadas. La optimización del factor de sobredimensionamiento de la planta fotovoltaica en relación con la de electrólisis resulta en 1,4, 1,3 y 1,2 para el caso 1, 2 y 3 respectivamente. Además, el costo nivelado del hidrógeno puede ser reducido si se toman otras proyecciones económicas más favorables de los costos de inversión y operación/mantenimiento de las plantas de electrólisis fotovoltaica. Por otro lado, el costo del agua residual tratada presenta un aporte mínimo en el costo nivelado del hidrógeno, por lo que se confirma la viabilidad de utilizar este recurso para la electrólisis.
La región de Coquimbo es una de las más afectadas por la escasez hídrica, pero presenta un alto volumen de aguas residuales descargadas a ríos, esteros o mares y niveles alentadores de radiación solar. De esta manera, se propone evaluar sistemas de generación de hidrógeno verde mediante electrólisis de aguas residuales tratadas y con un suministro de energía eléctrica por paneles fotovoltaicos. Se analizan 3 casos de generación de hidrógeno verde con distintas fuentes de aguas residuales y su respectivo tratamiento para contar con la calidad mínima requerida para la electrólisis; el primero consiste en utilizar las aguas del emisario submarino Coquimbo, el segundo y el tercero de una planta de tratamiento de aguas servidas en Algarrobito y Peralillo. Así, se logra obtener un costo nivelado del hidrógeno de 3,42, 4,36 y 3,22 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑔𝐻2 para los 3 casos respectivos, lo que es considerado un hidrógeno competitivo para la región de estudio según otras referencias estudiadas. La optimización del factor de sobredimensionamiento de la planta fotovoltaica en relación con la de electrólisis resulta en 1,4, 1,3 y 1,2 para el caso 1, 2 y 3 respectivamente. Además, el costo nivelado del hidrógeno puede ser reducido si se toman otras proyecciones económicas más favorables de los costos de inversión y operación/mantenimiento de las plantas de electrólisis fotovoltaica. Por otro lado, el costo del agua residual tratada presenta un aporte mínimo en el costo nivelado del hidrógeno, por lo que se confirma la viabilidad de utilizar este recurso para la electrólisis.
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Memoria de Título presentada para optar al título profesional de Ingeniero Civil Mecánico.