Diseño de una red de cadena de suministro de hidrógeno para el Norte de Chile

Abstract

En esta memoria de título se propone un modelo que permite diseñar la cadena de suministro de hidrógeno a partir de una proyección de la demanda futura de energía y tomando en cuenta las condiciones específicas de la Región de Tarapacá. Se presenta un resumen exhaustivo de los antecedentes teóricos y técnicos sobre el desarrollo y uso del hidrógeno. A partir de la experiencia internacional se identifican opciones de diseño de una cadena de suministro de hidrógeno, las que junto a extensiones en la modelación, son integradas a una herramienta de planificación existente denominada LEELO. Corresponde a un modelo de optimización que determina el número, ubicación, tipo y capacidad de las plantas de producción e instalaciones de almacenamiento de hidrógeno, la tasa de producción total de hidrógeno en cada red, el inventario promedio total en cada red y el tamaño y tipo de flujo de transporte, minimizando los costos de capital y operativos del sistema. Las extensiones incorporadas incluyen la demanda por agua desalada, nuevas opciones de demanda de hidrógeno y derivados, opciones de generación renovable a nivel distribuido, una librería con 7 opciones tecnológicas adicionales de almacenamiento de hidrógeno, 10 nuevos modos de transporte de hidrógeno y derivados, como asimismo 17 nuevas tecnologías de conversión. El modelo extendido resultante se valida con casos acotados de uno y dos nodos, verificando el resultado de la optimización con el solver CPLEX-IBM. A partir de la modelación del sistema energético de Tarapacá (nodos, rutas, modos de transporte, demandas, almacenamiento y tecnologías de conversión) y 110 escenarios posibles de desarrollo del hidrógeno, se optimiza las redes de suministro de hidrógeno. Debido a restricciones computacionales y de modelación, los estudios realizados se restringen a una semana de análisis, haciendo que los resultados no sean concluyentes. Sin embargo, destacan los escenarios de producción autárquica de hidrógeno vs la opción competitiva de importación tanto de electricidad como hidrógeno. Mientras que en el primer caso se prefiere el almacenamiento gaseoso, en el caso competitivo se privilegia el estado líquido. En ambos casos se opta por el modo de transporte en camión y electrolizadores PEM, diferenciándose en las capacidades instaladas. El escenario autárquico resulta en una capacidad local que duplica la situación competitiva. Si bien el documento no presenta un análisis que cubra todos los objetivos planteados, se dispone de anexos en una plataforma compartida. De esta forma se busca facilitar el uso del material creado en estudios futuros.