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Oportunidades para el desarrollo de una industria de hidrógeno solar en las regiones de Antofagasta y Atacama: Innovación para un sistema energético 100% renovable

Alcance y Objetivos

El presente estudio tiene como finalidad el desarrollo de una visión energética 100% renovable para las regiones de Antofagasta y Atacama con el fin de contribuir desde la energía solar hacia una minería de bajas emisiones. Durante el desarrollo de esta visión, se identificaron las actuales y futuras oportunidades de negocios relacionadas al desarrollo de la energía solar y la producción de hidrógeno. El enfoque especial otorgado a la energía solar se basa principalmente en el excelente recurso solar presente en estas regiones, las cuales cuentan con los mejores niveles de radiación del mundo.

A continuación, se presentan los objetivos específicos del estudio:

  • Establecer una visión de corto y largo plazo para lograr una matriz energética 100% renovable en las regiones de Antofagasta y Atacama para contribuir al desarrollo de a una minería de bajas emisiones;
  • Evaluar el desempeño de una matriz 100% renovable en las regiones de Antofagasta y Atacama.
  • Diseñar y proponer una estrategia de transición hacia la visión 100% renovable, incluyendo indicadores de desempeño relevantes para monitorear el progreso de esta transición energética.
  • Levantar información relevante relacionada a la producción de hidrógeno a partir de energías renovables, incluyendo los actores más relevantes a nivel mundial y nacional.
  • Identificar oportunidades para el desarrollo de una economía basada 100% en energías renovables, priorizando soluciones basadas en el uso de hidrógeno como vector energético.

Metodología

Este estudio se dividió metodológicamente en dos secciones;

  1. Creación de una visión 100% renovable, lo cual implica no solo la electricidad sino también los combustibles involucrados en los 4 principales sectores económicos: Minería, Industria, Transporte y Comercial-Público-Residencial (CPR). Para realizar esta visión se utilizó la siguiente metodología:

 

  1. Economía del hidrógeno e identificación de casos de negocios: Esta sección tiene como objetivos presentar el concepto de la economía del hidrógeno y evaluar los casos de negocio que podrían impulsar la transición energética de las regiones del norte hacia alcanzar una visión 100% renovable

 

Tanto la visión renovable como los casos de negocio identificados fueron formulados para un escenario de corto y largo plazo, definidos al 2023 y 2035 respectivamente.

 

Resultados

Tanto en Antofagasta como en Atacama, se analizó el estado actual del sistema energético al 2016. La demanda de energía para Antofagasta y Atacama está compuesta principalmente por electricidad y diésel con un total agregado de 90% y 78% respectivamente. Visto de otro modo, los combustibles fósiles representan un 62% y 64% para Antofagasta y Atacama respectivamente. En Antofagasta, más del 85% de la energía es consumida por la minería y el transporte. Solo el sector minero representa más del 85% del consumo de electricidad, ya que el sector del transporte utiliza principalmente combustibles fósiles. En Atacama, el sector minero y transporte consumen el 70% del total de energía, y hay una participación de un 25% del consumo de energía de la industria. La minería y la industria representan más del 90% del consumo de electricidad.

 

Para el escenario 100% renovable al 2035, los combustibles fósiles podrían ser sustituidos por hidrógeno renovable, electricidad renovable y energía solar térmica para calor, para todas las aplicaciones excepto en el sector marítimo y de aviación. Además, toda la electricidad puede ser renovable al 2035. Como resultado, la electricidad y el hidrógeno son los vectores de energía dominantes al 2035, con el hidrógeno suministrando más del 40% de las necesidades energéticas de Antofagasta y Atacama. Una fracción menor del calor a partir de energía solar térmica podría implementarse también para los procesos térmicos en el sector minero e industrial.

La generación de energía está dominada por PV y CSP para la visión energética 100% renovable al 2035. La solar fotovoltaica provee el menor costo de electricidad que es consumida durante las horas de sol (debido a que no se requiere almacenamiento). Adicionalmente, CSP provee el menor costo de energía despachable gracias a la capacidad de almacenamiento térmico para proveer electricidad en horas sin recurso solar. En Antofagasta, CSP proporcionará alrededor del 70% de la producción de electricidad, y PV representará alrededor del 30% de la producción de energía. En Atacama, PV proporcionará más del 90% de la producción de energía, y CSP representa menos del 10%. Además, en Atacama, alrededor del 10% de demanda de energía es abastecida mediante almacenamiento de baterías.

Conclusiones

El desarrollo hacia un escenario 100% renovable en las regiones del norte de Chile estará dominado por CSP y PV

Las mayores inversiones en activos de generación de electricidad son en tecnología PV y CSP. La solar fotovoltaica provee el menor costo de electricidad que es consumida durante las horas de sol (no se requiere almacenamiento de baterías). Adicionalmente, CSP provee el menor costo de energía despachable gracias a la capacidad de almacenamiento térmico para proveer electricidad en horas sin recurso solar.

Dado los excelentes niveles de radiación en las regiones del norte la combinación del PV y CSP resulta en el LCOE más bajo de todas las tecnologías renovables. La demanda eléctrica que puede ser suministrada directamente con energía PV es la opción de menor costo, para demanda en horas donde no hay recurso solar, CSP es la solución más barata.

La producción de hidrógeno se realiza a partir de generación PV

Los resultados del modelo de expansión de capacidad de largo plazo indican que el hidrogeno es producido mediante electrolizadores solo durante las horas de sol con electricidad producida por parques PV. Esta operación intermitente es más costo optima que tener electrolizadores produciendo hidrogeno de base (24/7) con energía renovable de un mix PV y CSP.

Esto implica que la infraestructura para la producción de hidrogeno puede ser desarrollada independientemente de la infraestructura eléctrica debido a que los electrolizadores pueden ser alimentados con una planta PV dedicada. De este modo cualquier cambio en la demanda de hidrogeno no va a impactar en el desarrollo de la infraestructura de generación de electricidad renovable y viceversa.

El potencial renovable de las regiones del norte excede las necesidades locales

El área del desierto de Atacama necesaria para contar con una matriz energética 100% renovable en las regiones del norte y para entregar más de un tercio de la demanda eléctrica del resto de Chile es menos de 1%. Esto significa que existe un alto potencial para una mayor incorporación de PV y/o CSP. Como resultado, el modelo de expansión de capacidad de largo plazo indica la secuencial instalación de CSP y PV para proveer energía renovable al resto de Chile. La combinación de CSP y PV produce excedentes de electricidad durante el día y la noche, maximizando la cantidad de energía que puede ser usada por el resto de Chile.

Las principales oportunidades de corto plazo están relacionadas a la movilidad

La combinación (o blending) de diésel/hidrógeno para camiones de alto tonelaje ofrece una gran oportunidad para reemplazar una fracción importante de la demanda de diésel en el corto plazo mediante la reconversión de motores de combustión interna. Para vehículos de pasajero, la incorporación de vehículos eléctricos y baterías pueden reemplazar motores de combustión interna en el corto plazo, además existe una amplia oferta de estos vehículos ya disponibles comercialmente.

Las mayores oportunidades de largo plazo están dominadas por la movilidad y la producción de electricidad 100% renovable.

Los vehículos con celda de combustible ofrecen la oportunidad de reemplazar todos los combustibles fósiles en camiones de alto tonelaje, dependiendo de la disponibilidad comercial de este tipo de vehículos. Para aplicaciones de movilidad con bajo consumo energético, vehículos eléctricos con batería son una mejor opción.

La transición a un sistema 100% renovable, el cual es principalmente basado en la combinación de PV y CSP es una opción costo efectiva en el largo plazo (debido a la gran cantidad de inversiones en infraestructura se requieren varios años para ser llevada a cabo). De todas formas, estas deben comenzar en el corto plazo para alcanzar el objetivo final.

La producción de amoniaco verde y aplicaciones de energía solar térmica de alta temperatura representan potenciales oportunidades en el largo plazo con especial interés en Antofagasta y Atacama.

Bajo ciertos escenarios los casos de negocio para producción de amoniaco verde y aplicaciones de energía solar térmica de alta temperatura proveen un margen operacional positivo. Como ambas aplicaciones están altamente relacionadas con la industria minera, éstas representan una gran oportunidad a ser considerada en ambas regiones.

 

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Executive summary (english version)