Análisis de viabilidad de plantas de ciclo combinado utilizando una mezcla de hidrógeno verde y gas natural para la industria siderúrgica

Abstract

La energía eléctrica es un recurso esencial para la descarbonización de la industria siderúrgica. Sin embargo, las medidas actuales de uso de la electricidad en horario punta dificulta la transición hacia una siderurgia eléctrica limpia. Para enfrentar estos problemas, las empresas siderúrgicas están explorando el uso de hidrógeno verde en plantas de ciclo combinado. En este trabajo se realiza un análisis de viabilidad de la implementación de plantas de ciclo combinado accionadas con una mezcla de hidrógeno verde y gas natural para una empresa siderúrgica peruana. La evaluación técnica-ambiental mostró viabilidad en el uso de hidrógeno verde demostrando que su uso logra aumentar el rendimiento de la planta y reduce notablemente las emisiones de CO2. A su vez, la evaluación económica, mostró inviabilidad entre los años 2020 y 2040. Sin embargo, se vislumbra un contexto favorable a partir del año 2040, para el cual se estiman precios de compra de electricidad de 123.9 US$/MWh-e, gas natural de 47.7 US$/MWh-t e hidrógeno verde de 2.5 US$/kg. La mayor o menor rentabilidad de las alternativas para dichos periodos estará intrínsecamente vinculada al comportamiento real de los precios de compra de electricidad, gas natural e hidrógeno verde. La viabilidad de la propuesta se ve influenciada por las tendencias de precios en diferentes aspectos. Un aumento en el precio de compra de electricidad favorecerá la rentabilidad de del proyecto. Un aumento en el precio de compra de gas natural afectará negativamente la inversión para los casos donde este es utilizado como combustible. En cambio, la reducción del precio de compra de hidrógeno verde aumentará la rentabilidad de la propuesta. La presente tesis pretende motivar y fomentar, el uso del hidrógeno verde como fuente energética para accionar sistemas energéticos en plantas de ciclo combinado.

Electric power is an essential resource for the decarbonization of the steel industry. However, the current measures of electricity usage during peak hours make the transition to a clean electric steel industry difficult. To address these issues, steel companies are exploring the use of green hydrogen in combined cycle plants. This study conducts a feasibility analysis of implementing combined cycle plants powered by a mixture of green hydrogen and natural gas for a Peruvian steel company. The technical-environmental evaluation demonstrated the feasibility of green hydrogen usage, showing that it enhances plant performance and significantly reduces CO2 emissions. However, the economic assessment indicated infeasibility in the period between 2020 and 2040. Nonetheless, a favorable scenario is anticipated beyond 2040, with projected electricity purchase prices at 123.9 US$/MWh-e, natural gas at 47.7 US$/MWh-t, and green hydrogen at 2.5 US$/kg. The profitability of the alternatives during these periods will be intrinsically linked to the real behavior of electricity, natural gas, and green hydrogen purchase prices. The viability of the proposal is influenced by price trends in various aspects. An increase in electricity purchase prices will favor the project's profitability. An increase in natural gas purchase prices will negatively impact investment in cases where it is used as a fuel. Conversely, a reduction in green hydrogen purchase prices will enhance the proposal's profitability. This thesis aims to motivate and encourage the use of green hydrogen as an energy source for power energy systems in combined cycle plants.