Demand response business model for on-grid hydrogen projects in a centralized operation of the electrical system
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Date
2025
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Abstract
Esta tesis aborda el desarrollo de un modelo de negocio basado en la Respuesta de la Demanda (Demand Response, DR) para la producción de hidrógeno mediante energía eléctrica proveniente de la red dentro del contexto de la operación centralizada de los sistemas eléctricos de potencia. Se analiza la integración del hidrógeno a la red como una carga flexible que contribuye al equilibrio del sistema y a la incorporación de energías renovables, en línea con los objetivos globales de transición energética. El objetivo es evaluar cómo los electrolizadores de hidrógeno pueden participar activamente en los mercados eléctricos, respondiendo a señales del sistema, minimizando costos y permitiendo una mayor penetración de energías renovables. Además, los electrolizadores incorporados en la modelación deben cumplir con una meta diaria fija de producción de hidrógeno. Para ello, se aplica un modelo de predespacho de unidades de generación formulado como un problema de programación lineal entera mixta (MILP), que incorpora distintos tipos de electrolizadores (PEM, alcalinos, SOEC, AEM), sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS), generadores renovables y restricciones operacionales del sistema. La incorporación de diversas tecnologías de electrólisis permite representar proyectos de distintas escalas, con variaciones en la flexibilidad operativa, eficiencia energética y niveles de producción de hidrógeno. Estas diferencias repercuten en la forma en que cada electrolizador responde e interactúa con las señales del sistema eléctrico, afectando su desempeño operativo y económico. Así, se busca modelar de forma realista la coexistencia de distintas soluciones tecnológicas dentro de un sistema eléctrico que integra producción de hidrógeno a partir de la red. Asimismo, se realiza un análisis FODA para evaluar el potencial estratégico y las implicancias regulatorias. Los resultados indican que la integración del hidrógeno como una demanda flexible permite a los proyectos de hidrógeno reducir los costos de producción eléctrica y los cargos por conexión a la red, desplazando el consumo hacia períodos de menor precio. No obstante, este beneficio conlleva un aumento moderado en los costos de generación del sistema, impulsado por cambios en los patrones de despacho y en los compromisos de generación. El modelo propuesto captura eficazmente esta disyuntiva y cuantifica el impacto económico de la participación del hidrógeno en el mercado eléctrico. Este enfoque demuestra su aplicabilidad práctica en países como Chile, que buscan escalar la producción de hidrógeno verde. Además, entrega recomendaciones concretas para responsables de políticas públicas, operadores e inversionistas sobre el diseño de mecanismos de mercado que fomenten la adopción del hidrógeno, resguardando al mismo tiempo la confiabilidad del sistema y la eficiencia económica.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025
Keywords
Hydrogen demand response, Hydrogen flexibility, Electrolyzer technologies, Centralized demand response, Hydrogen unit commitment, Renewable curtailment, Business models