Hidrógeno como Vector Energético

I n g .

J u l i a n

G o n z a l e z 1 5

M a y o

M S c . 2 0 1 7

COPYRIGHT: HINICIO

SOBRE HINICIO

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Áreas de conocimiento ASESORIA ESTRATEGICA ESPECIALIZADA EN ENERGIAS Y TRANSPORTE SOSTENIBLES Activos en Europa y América Latina con oficinas en Bruselas, Paris y Caracas y Bogotá. Proyectos en: • Estrategia • Inversiones • Políticas publicas • Proyectos de innovación

ENERGÍA MARINA

ELECTROMOVILIDAD

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ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

EFICIENCIA ENERGÉTICA

América Latina

ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTO URBANO

HIDRÓGENO Y FUEL CELLS 3

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Estudios de factibilidad técnico-económica Innovación abierta Desarrollo y manejo de proyectos de innovación

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Nuestros Clientes SECTOR PRIVADO • • • •

Multinacionales Start-ups Inversionistas Asociaciones comerciales

SECTOR PÚBLICO • • • •

Organizaciones internacionales Instituciones europeas Gobiernos Entidades públicas

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ALMACENAMIENTO ENERGETICO

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Porqué invertir en almacenamiento energético: Varias aplicaciones pertinentes en el país

Aplicaciones en la red eléctrica

Integración de energías renovables intermitentes

Islas y ZNI 7

Almacenamiento de Renovables

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LA ECONOMÍA DEL HIDROGENO

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Lo Básico del Hidrógeno 1 kg H2 = 11,1 Nm³ H2 =

39,4 kWh (HHV) 33,3 kWh (LHV)

1kg H2 producido via electrólisis: • +/- 20l de agua demineralizada • +/- 45-60 kWh de electricidad 1kg H2 = +/- 100 km con un FCEV

2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

Contenido energético: • 1 Nm³ H2 (0,0899 kg) = 0,34 l gasolina • 1 kg H2 (11,1 Nm³) = 3,77 l gasolina 10

Cadena de Suministro del Hidrógeno Hydrogen production

Renewable hydrogen

Fossil fuels Natural gas

Oil

Steam reformin g

Partial oxidation

Hydrogen infrastructure

Energy carrier

Transport

Distribution

Electricity (grid)

Coal

Coal gasification

Renewable electricity

Electrolysis

Biomass and waste

Thermo-chemical processes

biochemical processes

By-product hydrogen

Gaseous hydrogen

Gas conditioning and storage (possibly liquefaction)

Trailer trucks

Pipelines

Hydrogen distribution stations

Fuel cell electric vehicles On-board hydrogen storage

PEM Fuel Cell

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Hidrógeno y Energía Eléctrica Almacenamiento

Electrolizador

Exceso de Generación

H2

e-

Arbitración

Tarifas de Red

Industria

Movilidad

H2

H2

Capacidad y Reserva

P2G

Re-electrificación

El Corazón del Sistema

H2

H20

e-

Funcionalidades: O2

✓ Regulación de frecuencia de red ✓ Peak-shaving ✓ Suplir carga base ✓ Mitigación de intermitencia ✓ Energía de respaldo ✓ Almacenamiento y reelectrificación (tarifas diferenciadas)

2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

Tipos 1. Alcalino (Electrolito Líquido): Cargas base, peak-shaving 2. PEM (Polymer Electrolyte Membrane): Intermitencia, Regulación de Frecuencia

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CASO DE REFERENCIA Key Takeaways

14

Pregunta de Investigación Fundación Francesa, fundada en 1992, cuya misión principal es la de desarrollar la cooperación internacional en la educación y la investigación en los campos de la energía y el desarrollo sostenible.

Marco Proyecto “The future of energy: leading the change” ¿Es la conversión de excedentes de electricidad a gas una opción tecnológica y económicamente viable para mitigar la intermitencia y proveer servicios adicionales a la economía de bajo carbono?

Servicios de Red

P2G

Almacenamiento Movilidad

http://www.fondation-tuck.fr/upload/docs/application/pdf/201602/fondation_tuck_pth2_study_hinicio_lbst.pdf

15

16

Modelo Semi-Centralizado With transport

W/o transport centralized

Semi-centralized

>X0 MW

X MW

On-site

X0 km

X00 km

Source: Hinicio 2015

Nation-wide HRS network Region-wide HRS network

X0 kW

Image: Hinicio

17

Componentes del Esquema Semi-Centralizado H2 production & conditioning Conditioning

Production 1 MW

kgH2 €/kgH2 Storage and transport

Distribution

Consolidated Business Case

CAPEX

M€

M€

X

M€

OPEX

k€/yr

k€/yr

X

k€/yr

H2 cost €/kg

€/kgH2

€/kgH2

X

€/kgH2

Revenues

-

X

k€/yr

-

Image: Hinicio

18

El Caso Alemán En 2014, en Alemania, el volumen de electricidad renovable (1,58 TWh) que tuvo que ser reducido casi se triplicó con respecto al año anterior (0,55 TWh) Una matriz altamente renovable pero con una necesidad de flexibilizarse

19

Electrólisis y P2G prestando Servicios de Red P2G como un Buffer Permite manejo de generación variable Re-electrificación no considerada (FC)

20

Optimización de la Cadena de Suministro

Base de Datos Tecnológica

Mercados Energéticos

H2BCase by

Dimensionamiento Óptimo

Operación del Sistema

Datos Locales

Configuraciones • Centralizado • Semi-centralizado • In-situ

Economía y Finanzas

Images: Hinicio H2BCase model

21

Escenario de Ejemplo 1 MW semi-central Power-to-H2 system - Revenues and Costs (CAPEX depreciated) 1.400

1.200

Log. annualized capex Prod annualized capex

Source: Hinicio 2016

1.000

k€/y

800

Injection fixed costs Market fixed costs Injection var.cost Market var. log. costs

600

Market var. prod.cost H2 GoO's

400

Grid services Injection sales

200

Market sales 0 2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

Year

Ingresos

Costos Variables

Costos Fijos 22 Figure: Hinicio, H2BCase Model

Resultados

Supuestos

Escenario 1 – Referencia (FR, 2015)

Table: Hinicio

1/3 capacidad año 1 100% Año 10 > Inyección si C.M < FIT Ingresos año 1-10 No hay recargo al kWh para inyección ni tributación adicional

 Inyección a red de gas permite evitar el “valle de la muerte” del desarrollo de FCEV  La contribución de este componente se reduce conforme el Mercado de la movilidad crece  Servicios de red es un componente de peso en el ingreso  Payback 10 años, con subsidio del 26% del CAPEX se reduce a 7 años 23

Escenario 2 - Francia 2030

2030 200/650

Supuestos

13

55.8 0.55

75%/ 10y

Table: Hinicio

Resultados

100% of wind el. cost France

Costos E-lizador y FIT proyectado a 2030 Demanda de H2 con incremento proyectado Impuesto al Carbono 90€/t

 La fuente principal del modelo se vuelve la venta a movilidad  Servicios de red menos relevantes económicamente, pero más relevantes para estabilidad del sistema  Payback 7 años sin subsidio PERO impuesto al carbono necesario para cierre financiero 24

Conclusiones: P2G es un Modelo de Negocio Viable •

Desde la perspectiva técnica, P2G es una opción prometedora para agregar al portafolio de transición energética, pues permite integrar más renovables y simultáneamente ayudar a decarbonizar el transporte

•

Desde la perspectiva económica, P2G es viable en el medio-largo plazo como suministro de H2 verde a nivel local siempre y cuando haya un Mercado eléctrico con tarifas marginales de bajo costo. El modelo sería funcional sin incentivos públicos siempre y cuando la tributación del carbono sea instaurada

•

P2G es un modelo impulsado por la demanda. Sólo será viable si la venta en bulk de la producción se puede asegurar contractualmente con consumidores locales (movildiad o almacenamiento)

•

Como fuente adicional de ingreso, la prestación de servicios de red es altamente atractiva. El esquema P2G incrementa la flexibilidad y capacidad de respuesta de la red, otorga capacidad de balanceo y respuesta rápida, facilita la incorporación de renovables y la inyección a la red de gas incrementa la capacidad de almacenamiento del sistema y refuerza el flujo de caja del modelo

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YOUR KNOWLEDGE PARTNERS FOR SUSTAINABLE ENERGY PROJECTS AND STRATEGIES YOUR KEY CONTACTS IN LATIN AMERICA: OFICINA BOGOTA: Cra 15 A Bis # 45-65 Of. 104 [email protected] Tel: +57 1 6942449 GSM: +57 3002934665 Louis Lammertyn [email protected] GSM: +57 305 369 4664 Julian Gonzalez, Consultant:

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Comparación de Tecnologías

Alcalino

PEM

Etapa de Desarrollo

Industrial desde 1920s

Comercialización temprana

Capacidad Máxima

Unidad : 3.8 MW/67,7 kg/h Planta : 100 MW/1900 kg/h (Zimbabwe)

6 MW/ 120 kg/h (3 x 2 MW)

Respuesta dinámica

1 – 10 min

1 sec – 5 min

Densidad de corriente

Hasta 0.4 A/cm2

Hasta 2 A/cm2 (R&D: 3.2 A cm-2 a 1.8 V a 90oC)

Respuesta Dinámica

0,2 - 20% / s

100% / s

Carga pico

100%

200% (30 min)

Apagado

1-10 minutos

5-30 Segundos

Presión Operativa Típica

Pocos bares

Décimas de bares

CAPEX

1.1 M€/MW*

1.9 M€/MW*

OPEX

5-7%

4%

*Incluye costos de instalación y BOP

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Slide 20 - Backup

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