Diseño óptimo de almacenamiento para la producción de hidrógeno verde y amoniaco: aplicación de BESS y sistemas de buffer

Abstract

El presente trabajo de título se enmarca en el desafío de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) del sector energético chileno, el cual fue responsable del 75 % de las emisiones totales del país en 2020. En respuesta a los compromisos internacionales asumidos por Chile, como su Contribución Determinada a Nivel Nacional (NDC), se ha trazado la meta de alcanzar la carbono neutralidad al año 2050. Dentro de las estrategias prioritarias para lograr este objetivo se encuentran el desarrollo del hidrógeno verde y sus derivados, y el aumento de la participación de energías renovables en la matriz eléctrica nacional. Ambas estrategias aportarían, en conjunto, cerca del 48 % de la reducción necesaria de emisiones. Este trabajo busca contribuir a dicha transición mediante el desarrollo de un modelo para el diseño óptimo de una planta Off-Grid de producción de hidrógeno verde y amoniaco, energizada exclusivamente por una planta solar ubicada en la Región de Antofagasta. En este contexto, se propuso como objetivo principal desarrollar una herramienta que permitiera dimensionar de forma precisa los sistemas de almacenamiento energético, tanto en baterías (BESS) como en estanques de hidrógeno y amoniaco, con el fin de minimizar el costo nivelado de amoniaco (LCOA). Para ello, se aplicó una metodología en cinco etapas: simulación del perfil de generación fotovoltaica, recopilación de parámetros técnicos y económicos, estimación del consumo energético, desarrollo del modelo en Excel y análisis de escenarios y sensibilidad. El modelo permitió identificar configuraciones óptimas y evaluar variables clave del sistema. Entre los principales resultados destacan un LCOA de 830,1 USD/ton NH3, un LCOH de 3,6 USD/kg H2 y un LCOE de 32,3 USD/MWh, valores que resultan competitivos frente a tecnologías tradicionales. Se concluyó que el 86 % del LCOA corresponde a costos de inversión (CAPEX), siendo los componentes más influyentes la planta fotovoltaica, la electrólisis PEM y el proceso Haber-Bosch. Adicionalmente, se demostró que una reducción del 50 % en el CAPEX de la planta solar disminuye en un 18 % el LCOA, lo que evidencia la necesidad de enfocarse en estrategias de optimización de estos elementos. El trabajo entrega una herramienta útil para el diseño de proyectos similares, en línea con los desafíos energéticos y medioambientales del país.