Estudio del uso de hidrógeno como energético para una red de estaciones de servicio de vehículos

Abstract

La creciente demanda energética en el país y el mundo entero representa un desafío para la ingeniería, desde lo tecnológico para hacer la producción y uso más eficiente y consciente con el medio ambiente, hasta la investigación de nuevos caminos. Es por esto que la exploración de nuevas fuentes de energía para su uso, se vuelve tan atractivo, como lo es el hidrógeno como vector energético. Actualmente, Chile se encuentra en fase inicial con respecto a la producción del H2, por parte del programa del Ministerio de Energía Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde, el cual plantea posicionarse como actor principal en la producción y exportación de hidrógeno al mundo, siendo un productor competitivo, gracias a las ventajas de tener un gran borde costero, zonas de altas radiaciones a nivel mundial y la creciente mejora y gama de tecnologías que permiten disminuir los costos por economías de escala. Impulsando así, a la producción local. Es por esto, que se tiene por objetivo diseñar una red local de producción, almacenamiento y distribución de hidrógeno verde, en conjunto de la planta de suministro energético, para ser usado como combustible en vehículos en Chile. Para lo cual, se realiza una búsqueda bibliográfica de las tecnologías disponibles, dimensionando una planta de generación de hidrógeno de 1,25 [MW] de capacidad, produciendo 300 [kgH2/día] para suplir a 168 vehículos de carga de una empresa de reparto en la Región Metropolitana. Dicha planta es abastecida por electricidad generada por una planta fotovoltaica al norte de Chile, en Antofagasta, que gracias a la Generación Distribuida (Net Billing) se puede consumir lo autogenerado de manera remota en otra zona del país. La planta FV abarca alrededor de 1,3 [ha] y es capaz de cubrir toda la demanda energética del proceso. Se debe almacenar el hidrógeno a medida que se va produciendo para dispensarlo cuando sea requerido, pero además, se desea almacenar la cantidad suficiente de combustible para suplir una semana a la flota, a modo de resguardo, en caso de imprevistos. Teniendo que dimensionar el sistema para lograr dicho almacenamiento, resultando ser un gran desafío, puesto que posee baja energía por unidad de volumen, siendo necesario el uso de compresores alternativos para comprimir a altas presiones y bajas temperaturas para su uso en estado gaseoso. Resultando 2 propuestas para esta problemática, dónde la primera opción consiste en comprimir en 3 etapas hasta 450 [bar] y almacenar en un estanque estacionario, para luego ser dispensado a 350 [bar] en una hidrogenera, o bien, la segunda opción, almacenarlo en tanques pequeños de 200 [bar], para luego ser acondicionados en presión y temperatura (350 [bar] y 15 [°C]) para ser dispensados en una hidrogenera. Finalmente, se estiman los costos de las plantas, obteniendo un CAPEX de 6,6 [MMusd/ año] y OPEX de 150.000 [usd/año]. Adicional, se estima el Costo Nivelado del Hidrógeno (LCOH) de 62 [usd/kg] al cabo de un año de funcionamiento.