Análisis Técnico Económico para proyectos de Hidrógeno Verde - Juan Pablo Zúñiga Director Ejecutivo H2 Chile

Análisis Técnico Económico para
 proyectos de Hidrógeno Verde

Juan Pablo Zúñiga
Director Ejecutivo H2 Chile

 05-04-2020

El hidrógeno producido por electrólisis representa solo un 3% de la
producción global

 Producción continua estable

 2.5 kWh 1 kg H2

 7 H2O
 9-11 kg CO2
 3.2-3.6 kg CH4

 Producción variabe

 50 kWh 1 kg H2

 9 kg H2O 8 kg O2

 Fuente: BNEF 2019
 3 Mt
 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 2

En la actualidad, el hidrógeno se utiliza mayormente en la industria
química y es por esa razón que se utiliza la unidad de masa

 USD/kg USD/MMBTU USD/MWh
 Materia Energía Energía
 Prima Gas Electricidad

 1 USD/kg 8.8 USD/MMBTU 30 USD/MWh
 USD2020/kg
 12
 10
 8
 6
 4
 2
 0
 Coal Natural gas Oil Electrolysis

 Fuente: BNEF 2019
 3 Mt
 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 3

Un kg de H2 contiene más energía que un kg de gasolina

 Hidrógeno requerido [kg] Aplicación
 5 kg Toyota Mirai FC
 25 kg Toyota Sora FC Bus

La razón 350 kg Capacidad promedio de 1 estación de recarga
 3.3 t Energía equivalente a la batería más grande del mundo (Hornsdale)
agua/hidrógeno 106 t La capacidad del tanque del shuttle espacial
es aprox 10:1 392 t La energía equivalente a la central de bombeo hidráulico más grande de Japón
 500 t Requerimiento promedio de una planta de amoníaco estándar (2,250 tNH3/d)
 10000 t Capacidad de almacenamiento de una caverna de sal grande
 100000 t Capacidad de almacenamiento de un pozo de gas natural grande
 36000000 t Capacidad de almacenamiento en las redes de gas natural de estados unidos

 Fuente: BloombergNEF, Toyota, Nasa, EIA

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 4

BNEF proyecta una disminución agresiva de los costos facilitada por
la manufactura China
 1,400
 Scale: 10-100 MW
 Optimista Conservador
 1,200
CAPEX (USD/kW)

 1,000
 800
 600 IEA
 400
 200
 BNEF
 0

 Year

 80%
 Scale: 10-100 MW

 75% BNEF
 Efficiency (% LHV)

 70% 15 USD/MWh
 65% IEA

 60%

 55% Optimista Conservador

 50%

 Year Fuente: BloombergNEF
 Fuente: H2 Chile

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 5

En Chile, para sistemas on-grid el costo de producción de H2 ronda
los 4–5 USD/kg. En sistemas off-grid: 2.5-4.0 USD/kg

 2020  800 $/kW 2025  500 $/kW 2030  250 $/kW

 On grid

 Fuente: H2 Chile

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 6

En el mediano plazo,
 el H2 será la
 alternativa cero
 emisiones para
diversas aplicaciones
 en Chile
 (< 2,5 USD/kg)

 7
 Fuente: Mckinsey, 2020

¿CÓMO EVALUAMOS TÉCNICA Y ECONÓMICAMENTE
 UN PROYECTO DE HIDRÓGENO VERDE?

 06-04-2020 8

Con la producción de H2 verde la decisión sobre las tecnologías
resulta más compleja

 ●●● ●●● ●●● ●●● ●●● ●●● ●●●

 Electricity Production Conversion Storage T&D Re-conversion End use
 depending on H2 depending on H2 molecular depending on H2 molecular Prior to end use,
 molecular state state, storage size and cycling state, pressure, transport scale depending on H2
 and distance molecular state

Green Hydrogen Green Hydrogen • Compression (HP/LP) • Pressurized tank • Shipping liquified H2, • Regasification • H2 vehicles and H2
• Solar PV • Electrolyzer (Alkaline, • Liquefaction • Underground salt ammonia, LOHC • Ammonia cracking refuelling
 PEM) caverns • Pressurized truck or infrastructure
• Wind plant • Synthesiss de NH3 • Dehydrogenation
• Retail prices • Synthesis de LOHC • Tanques cryogenics trailers • H2 CCGT
 Azul: para LH2, ammonia • Trucks or trailers for • Fuel cells for
Blue Hydrogen
 • SMR+ CCS and/or LOHC liquified H2, ammonia, power.
• Biogas prices
 • Biogas + SMR LOHC • Boilers.
• Coal prices
 • Coal gasifier + CCS • Hydrogen pipeline • Etc.

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 9

Se presenta el desafío de escoger y dimensionar tecnologías

 2 ¿Cómo aseguramos
 Suministro de ¿Baterías?
 agua un suministro ¿Almacenamiento H2?
 continuo?
 Red
 eléctrica Agua

 Electricidad
 Planta H2 presurizado Reconversión Uso final
 ERV
 electrólisis

 H2 @ 30 Bar H2 @ 200 Bar H2 @ 5 Bar

 BESS

 1.0
 0.9
 0.8
 0.7

 kW/kWp
 0.6
 0.5
 0.4
 ¿Cómo aumentamos ¿Solar? 0.3
 ¿Eólico? 0.2
 el factor de carga del ¿Hidro? 0.1
 0.0
 electrolizador? ¿Red eléctrica? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
 Hours

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 10

¿CÓMO DIMENSIONAMOS LA CADENA DE VALOR Y
LOGRAMOS EL MENOR COSTO DE H2 VERDE PARA
 NUESTRO PROYECTO?

 05-04-2020 11

Mediante una optimización energética multifluido

 Parámetros Teco-
 Perfiles demanda Economicos
 Red
(electricidad, H2, Calor..) eléctrica (RE, almacenamiento,
 eficiencias,…)
 Consumo de
 Subestación electricidad,
 calor,
 hidrógeno y H2 pipeline
 oxígeno
 Planta solar

Mercado (Impuestos, Electroliza- Almacena-
 Fuel cell
 Parámetros financieros
 Compresor
 Precios Spot, Suministro dor miento (WACC, Inflación,
 subsidios,...) de agua Depreciación,...)

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 12

Se debe minimizar el LCOH considerando todas las variables que
tengan influencia durante la vida útil del proyecto
 Parámetros Teco-
 Perfiles demanda Economicos
(electricidad, H2, Calor..) (RE, almacenamiento,
 eficiencias,…)

 + + 
 =1 1+ 
 = =
 
 =1 1+ 
Mercado (Impuestos, Parámetros financieros
 Precios Spot, (WACC, Inflación,
 subsidios,...) Depreciación,...)

 06-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 13

Es fundamental conocer qué parámetros utilizar para cada
tecnología para obtener un buen resultado
 Básicos Específicos
 2016
 1/1/2016 0:00 0
 1/1/2016 1:00 0
 1/1/2016 2:00 0
 PARÁMETROS GENERALES MERCADO ALMACENAMIENTO Industria
 1/1/2016 3:00 0
 1/1/2016 4:00 0 Año de referencia 2020 Electricidad US/MWh CAPEX USD/kg H2 Amoníaco
 1/1/2016 5:00 0
 WACC % real PPA Verde US/MWh OPEX USD/kg H2/año
 1/1/2016 6:00 0 Metanol
 1/1/2016 7:00 108.46 Duración proyecto años Presión bar
 1/1/2016 8:00 366.85 Inflación %/año
 BATERÍA Peróxido de hidrógeno
 1/1/2016 9:00 629.82 CAPEX USD/kW Espesor mm Acero
 Impuestos
1/1/2016 10:00 853.71 CAPEX USD/kWh Vida útil años
1/1/2016 11:00 1017.96 FiT
 OPEX USD/kWh/año
1/1/2016 12:00 1108.93 Precio de agua USD/m3 CELDA DE COMBUSTIBLE
1/1/2016 13:00 1119.53 Eficiencia %
 CAPEX USD/kW_el Movilidad
1/1/2016 14:00 1048.75 PV SAT DoD % Compresores
1/1/2016 15:00 902.29 OPEX %
 CAPEX USD/kWp Degradación %/año
1/1/2016 16:00 692.08 Eficiencia eléctrica % Refrigeración
1/1/2016 17:00 436.87 OPEX USD/kWp/año Vida útil ciclos/años
 Eficiencia térmica % Estación de recarga
1/1/2016 18:00 166.14 Degradacion %/año
1/1/2016 19:00 11.21 ELECTROLIZADOR Overall efficiency %
 DC/AC - Dispensadores
1/1/2016 20:00 0
 CAPEX USD/kW_el Vida útil horas
1/1/2016 21:00 0 GCR Ha/MWp
1/1/2016 22:00 0 OPEX USD/kW_el/y Reemplazo Stack % CAPEX
 Vida útil años
1/1/2016 23:00 0 Reemplazo stack % CAPEX COMPRESORES Energía
 1/2/2016 0:00 0
 EÓLICO Vida útil stack horas CAPEX USD/(kg h2/h) Celda de combustible
 1/2/2016 1:00 0
 1/2/2016 2:00 0 CAPEX USD/kW Consumo de energía kWh/kg_H2 OPEX USD/(kgh2/h)/año
 1/2/2016 3:00 0 OPEX USD/kW/año Degradación %/año
 Turbina
 Consumo
 1/2/2016 4:00 0
 Footprint Ha/MW Consumo agua potable L/kg H2 eléctrico kg_H2 / kWh_el Motor
 1/2/2016 5:00 0
 1/2/2016 6:00 0 Vida útil años Vida útil BoP años Vida útil años LCOE/LCOHeat

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 14

El porcentaje óptimo de fuentes renovables es un resultado de la
optimización y determinará el dimensionamiento del sistema

 Contribución óptima de energía renovable Tratamiento de
 40 GWh/y agua
 350
 Electricidad 3 m3/h
 300 de la red
LCOH ($/Kg_H2)

 250
 Solar Planta Almacenamiento
 200 fotovoltaico electrolítica H2

 150 45 MW ≈ 20 MW 8 ton H2
 130 GWh/y ≈ 2,200 tonH2/y
 Batería
 100
 0 20 40 60 80 100
 2 MW
 RES (%) 8 MWh

 Fuente: H2 Chile

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 15

El análisis de series de tiempo es fundamental para entender como
operará el sistema
 MW

 1 25 49 73 97 121 145 169

 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Compressor consumption desalination electrolyzer consumption
 Hora Battery charge Curtailment Total renewable production
 Battery discharge
 Demanda (PV) Carga almacenamiento Curtailment Descarga almacenamiento PV

 Consumo mensual MWh
 MW

 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

 Hora Mes
 Demanda (PV) Carga almacenamiento Descarga almacenamiento PV Storage CH Demand by PV Curtailment PV

 05-04-2020 Autor: Juan Pablo Zúñiga 16

Se recomienda estudiar el diseño del proyecto en las etapas
tempranas para optimizar el sistema y disminuir los costos

 Learning by
 Alto Doing

 Diseño
 SB optimizado
 Grado

 ÁreaA < ÁreaB

 SA Go/No Go?
 Bajo

 Estrategia Pre-inversión Implementación Operación Decom.

 Fase del proyecto

 06-04-2020 17

Juan Pablo Zúñiga
 GRACIAS Director Ejecutivo H2 Chile
 juan.zuniga@h2chile.com

05-04-2020 18