Evaluación técnico-económica de una planta solar híbrida PV+CSP para producción de hidrógeno verde

Abstract

El trabajo de título que se pretende realizar nace de la idea de desarrollar un proyecto de energías renovables y producción de hidrógeno verde que muestre la relación entre la urgente necesidad de ayudar a revertir la crisis climática, mediante la descarbonización del país, y el constante crecimiento de los requerimientos de electricidad y combustibles, tanto en el país como en nuestro planeta. En el trabajo se tiene como objetivo la selección de una configuración adecuada para la generación estable de hidrógeno verde a partir de una planta solar híbrida, con tecnología fotovoltaica y de concentración de torre, evaluando tanto los aspectos técnicos como económicos del proyecto. El cumplimiento de lo anterior requiere los siguientes objetivos específicos: (1) realizar una revisión bibliográfica de los principales conceptos, (2) definir una locación en la región de Antofagasta y obtener sus características climáticas y solares, (3) seleccionar la tecnología y parámetros de las plantas FV y CSP para alimentar un electrolizador de 100MW, (4) establecer el método de generación de hidrógeno, incluyendo su modelo teórico y computacional y (5) realizar de una evaluación económica del proceso de producción de H2. La metodología de trabajo se basa en selección de una localización para el estudio, obteniendo sus datos desde el Explorador Solar. En seguida se comienzan a definir los parámetros de diseño de los sistemas fotovoltaico y de concentración solar de torre. Luego se realiza la simulación de la planta fotovoltaica en el programa System Advisor Model (SAM), cuyos datos de generación son utilizados en Jupiter Notebook, generando una matriz de fracción de turbina que permite controlar el despacho de la tecnología CSP dentro del mismo programa SAM. Con lo anterior, se simulan diferentes configuraciones de la planta de concentración, variando el múltiplo solar entre 1.5 y 3 y las horas de almacenamiento térmico entre 8 y 20. Posteriormente, se realiza una preselección de las configuraciones más adecuada según parámetros económicos y técnicos, con las cuales se evalúa la producción de hidrógeno y se selecciona el diseño final. Finalmente se realiza una evaluación más detallada de la planta híbrida, tanto de la electricidad entregada al proceso de producción de hidrógeno verde como de la cantidad generada de este combustible, lo que lleva consigo una evaluación económica. Del trabajo se obtiene que opción más adecuada para una planta solar híbrida de 100 MW, que permita lograr una producción estable de hidrógeno, es una la planta fotovoltaica integrada con una planta de concentración de torre con múltiplo solar 2 y 12 horas de almacenamiento térmico. Esta configuración permite generar 820.0238 GWh al año aproximadamente, con un factor de planta del 93.6 % y un costo nivelado de energía de 51.74 USD/MWh, de esta forma logra generar 16,105 toneladas de hidrógeno verde al año, con un costo nivelado de hidrógeno de 4.91 USD/kg.