Análisis tecnoeconómico de un sistema Power-to-X (PtX) para la producción de amoníaco verde a partir de energía eólica costa afuera en Colombia

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This study presents a techno-economic analysis of a Power-to-X (PtX) system for the production of green ammonia in Colombia, using offshore wind energy as the main source. This research arises from the need to advance toward a mandatory energy transition to meet the commitments of the Paris Agreement, in response to the continuous increase in global temperatures due to CO₂ emissions. Additionally, it aims to provide alternatives that eliminate the country's strong dependence on ammonia imports for fertilizer production, a situation that worsened with the onset of the conflict between Russia and Ukraine, which led to a sharp increase in import prices of this compound and directly affected the national economy by significantly raising fertilizer costs. The analysis focuses on three zones of the Colombian coast (eastern, central, and western), where the wind farm and the ammonia generation system share the same characteristics but differ in generation capacity and energy input for each zone. To develop the design of the wind farm and the ammonia generation system, an exhaustive investigation of the main technologies involved was conducted, considering factors such as technological maturity, market availability, economic impact, and efficiency, among others. The selection of technologies was based on a comprehensive analysis of research studies, projects, government reports, and operational catalogs. Once the technologies that make up the wind farm and the ammonia plant were established, a study of the wind potential of the three zones was carried out to determine the average amount of annual energy that could be generated in each one. Based on this data, mass and energy balances were developed to calculate the final ammonia production in each zone. Finally, with the system's investment and operational costs, energy input, ammonia production, and levelized cost of energy, the levelized cost of ammonia (LCOA) was estimated for each zone to determine which one offers the greatest economic viability.

Descripción

Este estudio presenta un análisis tecno económico de un sistema Power-to-X (PtX) para la producción de amoníaco verde en Colombia, utilizando energía eólica costa afuera como fuente principal de energía. Esta investigación surge de la necesidad de avanzar hacia una transición energética obligatoria para cumplir con los compromisos del Acuerdo de París, en respuesta al continuo aumento de la temperatura global debido a las emisiones de CO₂. Además, busca brindar alternativas que eliminen la fuerte dependencia nacional de las importaciones de amoníaco para la producción de fertilizantes, una situación que se agravó con el inicio del conflicto entre Rusia y Ucrania, lo que disparó los precios de importación de este compuesto y afectó directamente la economía nacional al aumentar de manera significativa el costo de los fertilizantes. El análisis se enfoca en tres zonas de la costa colombiana, oriental, central y occidental, donde el parque eólico y el sistema generador de amoníaco comparten las mismas características, pero difieren en la capacidad de generación y entrada de energía en cada zona. Para desarrollar el diseño del parque eólico y del sistema de generación de amoníaco, se llevó a cabo una investigación exhaustiva de las principales tecnologías involucradas, considerando factores como la madurez tecnológica, la disponibilidad en el mercado, el impacto económico, la eficiencia, entre otros. La selección de tecnologías se basó en un análisis amplio de investigaciones, proyectos, informes gubernamentales y catálogos operativos. Una vez establecidas las tecnologías que conforman el parque eólico y la planta de amoníaco, se realizó un estudio del potencial eólico de las tres zonas para determinar la cantidad promedio de energía anual que podría generarse en cada una. A partir de estos datos, se elaboraron balances de masa y energía para calcular la producción final de amoníaco en cada zona. Finalmente, con los costos de inversión y operación del sistema, la entrada de energía, la producción de amoníaco y el costo nivelado de energía, se estimó el costo nivelado de amoníaco para cada zona, con el fin de determinar cuál ofrece la mayor viabilidad económica y a su vez determinar cuáles son los aspectos de mayor impacto económico del sistema.

Palabras clave

Amoníaco verde, Energía eólica, Power-to-X, Capex, Opex

Materias

Ingeniería Mecánica -- Tesis y disertaciones académicas

Citación