Optimización de una Planta de H2V en Antofagasta, Chile

Introducción

En este post, analizamos un caso de prueba real utilizando la plataforma HyVe, una herramienta computacional que optimiza proyectos de hidrógeno verde (H2V). La plataforma fue utilizada para evaluar el diseño de una planta de H2V ubicada en la región de Antofagasta, Chile, una zona conocida por su alto potencial de generación de energía solar. HyVe identificó configuraciones óptimas que maximizan el valor presente neto (NPV) y minimizan el costo nivelado de producción de hidrógeno (LCOH).

La imagen adjunta detalla los inputs y outputs que HyVe utiliza y genera durante el proceso de análisis y optimización, proporcionando una visión clara de su funcionamiento y de los elementos críticos que afectan los resultados.

¿Qué se evaluó en este caso de prueba?

En este caso de prueba, se evaluó la viabilidad técnica y económica de una planta de H2V alimentada por energía solar fotovoltaica, ubicada en Antofagasta. HyVe se centró en la optimización del diseño de la planta para reducir el Costo Nivelado del Hidrógeno (LCOH) y aumentar el Valor Presente Neto (NPV), considerando múltiples variables y escenarios específicos de la zona.

Inputs del análisis

HyVe recibe varios inputs que son cruciales para el análisis de la planta, agrupados en diferentes categorías:

• Datos meteorológicos: Se utilizó información específica de Antofagasta, incluyendo la irradiancia solar promedio de 2500 kWh/m²/año y temperaturas que oscilan entre los 15°C y 25°C, fundamentales para modelar la generación de energía solar.
• Datos de rendimiento del sistema unitario: Información detallada sobre el rendimiento de los paneles fotovoltaicos, electrolizadores, y sistemas de almacenamiento de energía, que son componentes clave de la planta de H2V.
• Datos de costos unitarios: Incluyen los costos unitarios de los electrolizadores (700 USD/kW), los paneles fotovoltaicos (550 USD/kWp), y los sistemas de almacenamiento de energía (350 USD/kWh).
• Modelo numérico: HyVe emplea modelos cuantitativos avanzados para simular la operación de los componentes de la planta y un modelo tecnoeconómico para estimar el CAPEX (gasto de capital), OPEX (gastos operativos), y el LCOH.

Outputs del análisis

Los resultados (outputs) generados por HyVe incluyen:

• Optimización multiobjetivo: HyVe utiliza un algoritmo evolutivo NSGA-III para obtener una superficie de Pareto, lo que permite identificar configuraciones óptimas de la planta, maximizando los beneficios y minimizando los costos.
• Simulaciones: Se generan resultados de indicadores clave como el LCOH (Costo Nivelado del Hidrógeno), el APOH (Ahorros Proyectados de Operación de Hidrógeno), y el CFOE (Costo de Financiamiento de Operaciones Energéticas).
• Variables de diseño: Se optimizan variables como la capacidad de los paneles fotovoltaicos, los electrolizadores y el sistema de almacenamiento de energía.
• Enfoques de análisis: Además de la simulación, HyVe incluye un análisis de sensibilidad que evalúa cómo las incertidumbres en los datos de entrada (por ejemplo, los precios de la energía o las fluctuaciones climáticas) impactan en los resultados.

¿Qué resultados o métricas se obtuvieron?

El caso de prueba en Antofagasta arrojó resultados significativos que muestran la capacidad de HyVe para optimizar el diseño de la planta:

• LCOH (Costo Nivelado del Hidrógeno): HyVe logró reducir el LCOH a 2.50 USD/kg de hidrógeno, una reducción del 12% en comparación con los modelos convencionales, lo que representa una disminución considerable en el costo de producción del hidrógeno.
• NPV (Valor Presente Neto): Se obtuvo un incremento del 7% en el NPV del proyecto, alcanzando los 15 millones de USD en un horizonte de 20 años, lo que refleja una mayor rentabilidad.
• Optimización de componentes: HyVe identificó configuraciones óptimas para los paneles solares (capacidad óptima de 100 MWp), electrolizadores (capacidad de 40 MW), y el almacenamiento de energía (capacidad de 10 MWh), ajustando estas variables para mejorar tanto la eficiencia energética como los costos operativos.

¿Qué impacto tuvo la herramienta HyVe en el análisis del proyecto de hidrógeno verde?

HyVe tuvo un impacto positivo en varios aspectos críticos del proyecto:

1. Mejora en la rentabilidad: Gracias a la optimización avanzada, la herramienta mejoró el NPV y redujo el LCOH, lo que hace el proyecto más atractivo para los inversionistas, especialmente en una región clave como Antofagasta.
2. Toma de decisiones bajo incertidumbre: La capacidad de HyVe para gestionar y modelar la incertidumbre (como los precios de la energía o las fluctuaciones meteorológicas) ayudó a los usuarios a tomar decisiones robustas y a largo plazo.
3. Optimización integral: A diferencia de las herramientas tradicionales, HyVe incluye la participación en mercados eléctricos, lo que permitió una visión más completa y estratégica del proyecto.

Conclusión

La plataforma HyVe demostró su valor en este caso de prueba, optimizando el diseño de la planta de H2V y mejorando la viabilidad económica del proyecto. Los resultados muestran que HyVe es una herramienta poderosa para enfrentar los desafíos técnicos y económicos en el diseño de plantas de hidrógeno verde, permitiendo tomar decisiones más informadas y precisas.