Magíster en Ciencias de loa Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniera Civil / En Chile la coordinación hidrotérmica interfiere con el uso de agua para riego porque se tiene un desfase en las demandas, por lo que se genera un conflicto entre los usos. La operación óptima de embalses que son utilizados para hidroelectricidad y riego ha sido estudiada, pero no en el contexto de un sistema eléctrico donde se minimizan los costos de generación térmica. De aquí nace la pregunta de qué pasaría si se incorpora el riego en la coordinación hidrotérmica y la inquietud de conocer los tradeoffs entre ambos usos de agua. Se define un sistema de estudio inspirado en el Sistema Interconectado Central de Chile (SIC). A partir de este, se formula el problema de coordinación hidrotérmica de largo plazo. Sobre este modelo se incorpora el riego de dos formas: como un requerimiento de agua fijo en la temporada de riego; y cómo una función de costos por riego no satisfecho, que debe ser minimizada en la función objetivo junto con los costos de generación térmica. Esta función de costos de riego es ponderada junto a los costos de generación, convirtiendo el modelo en uno de optimización multi-objetivo. Estos modelos se resuelven con optimización dinámica dual estocástica (SDDP por sus siglas en inglés) y tienen como resultado la función esperada de costo futuro (FCF). De las cuales se concluye que a medida que aumentan los usos de agua, el recurso hídrico es más valioso para el sistema. Estas funciones se utilizan para simular cincuenta escenarios hidrológicos, obtenidos de las series de afluentes históricos, de donde se obtiene que la operación de los embalses se ve afectada la por incorporación de riego, ya que los niveles de volumen embalsado disminuyen hasta un 10% de la capacidad, manteniendo los ciclos de llenado y vaciado. Además, a medida que aumenta la ponderación de los costos de riego en el modelo de optimización la seguridad de riego aumenta proporcionalmente. Con respecto a los costos del sistema, se concluye que según la ponderación que tome el riego en la formulación, las ganancias o pérdidas de ambos sectores toman la misma magnitud en dólares, hasta 90[MUSD]. Sin embargo, un ahorro de 90 [MUSD] es mucho más significativo para el sector de riego ya que representa un ahorro del 98%, mientras que para el sector hidrotérmico corresponde al 2%. Por lo tanto, el sector de riego se puede ver altamente beneficiado al ser incluido en la formulación de la coordinación hidrotérmica.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Dado el potencial hidráulico que posee el país para generar energía mediante Centrales Hidroeléctricas, y que algunos de éstos proyectos se han visto afectados en los últimos años por problemas técnicos, el presente trabajo pretende contribuir con un estudio que ha permitido definir los factores técnicos relevantes que inciden en la materialización de dichas obras, considerando, además, que de acuerdo con la política pública definida por el Estado, el sistema de abastecimiento eléctrico requerirá del desarrollo de este tipo de fuente de energía en el futuro; para lo cual, entre otros aspectos, los proyectos deberán superar las dificultades técnicas que los han afectado. El objetivo del presente trabajo se encuentra enmarcado en el concepto de Constructabilidad, que: es la integración óptima del conocimiento y experiencia en construcción, en la planificación, diseño, logística y operaciones de obra para alcanzar todos los objetivos del proyecto (CII, 1986). A partir del análisis bibliográfico y entrevistas a profesionales expertos se buscó una descripción con respaldo cualitativo y cuantitativo de procesos que deben ser tratados con especial cuidado en el desarrollo de los proyectos hidroeléctricos. De este modo se espera que los resultados sean una base que permita emitir recomendaciones para estandarizar y mejorar la eficiencia en la ejecución o materialización de los proyectos hidroeléctricos en Chile. Los factores relevantes obtenidos del estudio, se agruparon en las diferentes etapas que componen el desarrollo de un proyecto hidroeléctrico. Así, se tiene que en la primera etapa, correspondiente a Estudios Técnicos, los más destacados fueron: estudios hidrológicos, que permiten obtener predicciones de crecidas y condiciones climáticas; estudios topográficos y geológicos-geotécnicos, que condicionan las metodologías constructivas. Para la siguiente etapa, correspondiente a Estudios Ambientales, el resultado del presente estudio indicó que el foco está en el relacionamiento comunitario. La fase de Diseño destacó por la completitud de la ingeniería de detalle, especificaciones técnicas de construcción y compatibilización de especialidades así como la presentación de un proyecto con ingeniería básica terminada para la obtención de la Resolución de Calificación Ambiental. En la etapa de Construcción resultó crítico el proceso de revisión de la ingeniería proveniente de la etapa de diseño y la identificación, control y seguimiento de riesgos, para prever desafíos, y detectar oportunidades de optimización de las obras o dificultades de materialización que deban ser enfrentadas mediante el rediseño de las mismas.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Eléctrica / Proyecciones del Banco Mundial y la Agencia Internacional de Energía estiman un aumento de la población, de la demanda de energía y del consumo de agua hacia el año 2040. El impacto del cambio climático modificará la disponibilidad de recursos hídricos en América Latina. Esto último repercute directamente en la hidroelectricidad, que representó el 56% de la producción total de energía de América Latina en el año 2015, y en la agricultura, la cual es una actividad económica clave en la región y un usuario intensivo de la tierra, agua y energía. La relevancia del nexo Agua-Energía es ampliamente reconocida, pero de los modelos y análisis disponibles no existe ninguno que optimice la operación y planificación del nexo e incluya a su vez todas las dimensiones de esta interdependencia. Tampoco se han considerado sistemas transfronterizos, siendo lo más extenso territorialmente la aplicación a nivel país. Por medio de una adaptación de la función objetivo y restricciones, e incorporación de nuevas restricciones al modelo de optimización, se estima e integra el costo de riego no suministrado, a un modelo de coordinación hidrotérmica, dada la importancia del uso del agua en la agricultura. A partir de la validación del modelo para un caso base, se presenta el estudio de América Latina continental a través de un sistema interconectado regional. Se analizan 13 escenarios con el fin de capturar las dinámicas y acoplamientos entre los sistemas eléctricos de potencia y el uso del recurso agua en el año 2040. Los escenarios considerados reflejan los impactos proyectados del cambio climático según las trayectorias de concentración representativas, el uso de sistemas de almacenamiento, la gestión de la demanda eléctrica y un mayor desarrollo de energía solar. Los escenarios de planificación al año 2040 son construídos con el apoyo de una herramienta de planificación centralizada. Así, los resultados obtenidos muestran que la consideración de una matriz con mayor penetración solar aumenta el costo de operación total del sistema, lo que no implica una disminución del riego abastecido, en un contexto sin rivalidad entre hidroelectricidad y riego. Bajo un escenario de rivalidad entre ambos usos y alta penetración de energía solar, se disminuye drásticamente el abastecimiento de riego, producto del uso del agua embalsada como sistema de flexibilidad a bajo costo, para gestionar la variabilidad del recurso solar. El modelo de co-optimización propuesto y el análisis del caso de estudio, proporcionan una herramienta de apoyo al momento de querer conocer el efecto que tendrían las decisiones tomadas hacia el año 2040 por los diferentes actores del sistema, tanto en el sistema eléctrico como en los recursos hídricos. Todo esto, bajo el supuesto de una operación centralizada e integrada a nivel continental, y en un contexto donde se afirma que operar y planificar de manera independiente no es coherente en el futuro que se proyecta. Se propone como trabajo futuro estudiar nuevos escenarios, complejizar el modelo en otros aspectos como restricciones de pre-despacho y/o alteración hidrológica, expandir esta herramienta a la planificación y que se implemente este modelo con diferentes combinaciones de ubicación de bocatomas de riego, dada la importancia que tiene en el cumplimiento de los requerimientos de riego. / CONICYT N°22170803

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil / El presente trabajo de título consta de una extensa recopilación y análisis de bibliografía relacionada con las cuencas hidrográficas de Chile y su potencial hidroeléctrico, junto con la realización de entrevistas a expertos profesionales en el área de sustentabilidad. Como base para este informe, se utilizó el Primer Estudio de Cuencas elaborado para el Gobierno de Chile, en el que se da a conocer información de doce cuencas hidrográficas de Chile, de las cuales se seleccionan dos cuencas utilizando un criterio ingenieril y económico, asociado a decisiones de inversión como lo son el potencial hidroeléctrico, la cercanía a los centros de consumo de electricidad y a líneas de transmisión, además de considerar los lugares en donde existen proyectos anteriores. Seleccionadas estas dos cuencas, fue posible conocer la ubicación de las potenciales centrales hidroeléctricas con las que sería posible generar el potencial hidroeléctrico disponible, de ser factible la construcción de estas. Se identificaron los elementos, acciones, actividades o atributos que se encuentran en estos territorios en particular, y que la sociedad considera valiosos, a los cuales se les identifica como Objetos de Valoración, pues para construir proyectos hidroeléctricos que sean aceptados por la sociedad se deben generar medidas de prevención o mitigación, de tal forma que estos Objetos de Valoración no se vean afectados, y si lo son, que se vean afectados de la menor manera posible. Para su tratamiento se obtuvieron sugerencias por parte de los expertos entrevistados para encontrar formas en que los Objetos de Valoración se vean mínimamente afectados. Estas sugerencias fueron complementadas con el contenido del Informe de Buenas Prácticas en hidroeléctricas chilenas. Finalmente, conociendo los Objetos de Valoración, el potencial hidroeléctrico y las características que existen en la sub-subcuencas seleccionadas y gracias a las buenas prácticas conocidas de centrales en funcionamiento además de la opinión de los expertos entrevistados, es posible entregar información relevante a titulares de proyectos hidroeléctricos y a las comunidades que existen en los territorios involucrados. A los titulares se les puede entregar la información de los Objetos de Valoración que se encuentren en la cuenca y en la cercanía del futuro proyecto, e indicar cuáles serían las buenas prácticas que deberían considerar en su trabajo, mientras que a las comunidades, desde ya, se les debería aconsejar que exijan educación energética a las autoridades locales y sectoriales, como Ministerio de Energía, de tal forma que entiendan los riesgos y beneficios que trae consigo los proyectos hidroeléctricos que podrían instalarse en sus territorios.

Ingeniero Civil / El hydropeaking, un esquema de operación fluctuante de las centrales de embalses, se ve acentuado en la medida en que aumenta la incorporación de ERNC fluctuantes en la matriz de sistemas eléctrico hidrotérmicos. Entre estos tipos de energías fluctuantes se encuentra la eólica y la solar, de las cuales esta última se encuentra en pleno desarrollo en Chile, acaparando interés internacional. Para comienzos de 2018 se proyecta que estará puesto en marcha el proyecto de interconexión del SIC y SING, los dos principales sistemas eléctricos del país. De este modo, centrales de embalse del SIC entrarán en directa relación con centrales del norte del país mediante el Coordinador Eléctrico Nacional. Esta interconexión, sumado al potencial que tiene la zona del Norte Grande para la instalación de energía solar y los antecedentes de ERNC fluctuantes en sistemas hidrotérmicos vuelve pertinente la pregunta de cuánto aumentará el hydropeaking al aumentar la instalación de energía solar en la matriz. Para responder a ello se realiza una modelación en Ameba, un modelo comercial que permite simular problemas de optimización que lleva a cabo el Coordinador Electrico Nacional (organismo que planifica el despacho de carga). Se configuran escenarios de distinta penetración masiva de energía solar y dos casos base: uno con y otro sin interconexión y se obtienen las series potencia horaria de las centrales de embalse para tres distintos escenarios hidrológicos. Estas series son llevadas a caudal y posteriormente analizadas mediante Indicadores de Alteración Hidrológica. Los principales resultados son que, en general, la interconexión de los dos sistemas, por si sola, no trae consigo grandes variaciones sobre el sistema y que la incorporación masiva de energía solar, dada la interconexión SIC-SING, lleva a las centrales de embalse a un esquema donde más capacidad solar se traduce en más tiempo sin generar, produciendo que, respecto del caso base, el hydropeaking aumenta en las centrales que actúan como base del sistema y disminuye en aquellas que en el caso base operan con un alto hydropeaking. Como trabajo futuro queda propuesto el desarrollar una metodología que permita obtener mejores indicadores para evaluar el hydropeaking, el estudio de restricciones operacionales y de un contra-embalse como medidas de mitigación al aumento del hydropeaking bajo escenarios de incorporación masiva de energía solar y establecer una relación cuantitativa entre la alteración de sistemas acuáticos y los indicadores de alteración hidrológica utilizados en el trabajo.

Ingeniera Civil / Sequías de uno o dos años son eventos normales en el territorio chileno, generalmente gatillados por sucesos naturales como el Fenómeno de la Niña o la Oscilación Decadal. Sin embargo, entre los años 2010 y 2015, se registró una sequía particularmente intensa y prolongada sin precedentes en los registros la que, además, tuvo una extensión territorial sumamente inusual, afectando desde la Región de Coquimbo hasta Los Lagos, debido a todo esto se le denominó megasequía y sus efectos fueron considerables en agricultura, pesca, medio ambiente, energía y otros. Se prevé que estos tendrán mayor frecuencia y magnitud. La considerable disminución de caudales producto de este fenómeno afectó directamente el abastecimiento energético del país, pues las centrales hidroeléctricas componen alrededor del 40% del aporte al sistema eléctrico nacional. Mediante el análisis de las condiciones climáticas observadas en los últimos años (precipitaciones, aumento en las temperaturas, disponibilidad hídrica, etc.), y considerando que la megasequía tenderá a mantenerse por períodos cada vez más prolongados, se realizó una simulación de los caudales afluentes a cada una de las centrales hidroeléctricas (de embalse y de pasada) asociadas al Sistema Interconectado Central y del Norte Grande (SIC-SING), esto en una ventana de tiempo de 15 años desde el 2018. Para ello se generó una metodología tal, que permitiera que dichas series tuvieran una correlación temporal y espacial apropiada. La metodología combinó y adaptó los procedimientos asociados a cadenas de Markov y al método Fractional Gaussian Noise, lo que permitió generar series aleatorias probables, pero en las que se induce un estado más seco que el que se genera al considerar la media histórica como una buena representación de un estado normal para el futuro. Las series sintéticas se utilizan para modelar el sistema eléctrico en el software Ameba, que tiene inserto en su programación la interconexión SIC-SING desde el año 2018, así como la implementación de nuevas centrales y el crecimiento en la demanda. Las series generadas son de distinta naturaleza, pero todas sequías más intensas que el período 2010-2015, en general, se puede observar que los costos marginales aumentan hacia el final de la etapa evaluada y asimismo disminuye la generación de energía hidroeléctrica. En un escenario normal, en 15 años, el aporte debiese ser del orden del 30%, mientras que en los casos modelados dicho valor alcanza hasta un 17%, esta diferencia se cubre prácticamente en su totalidad por energías convencionales, las que son más costosas y contaminantes.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Eventos como la megasequía ocurrida en el último tiempo en Chile se explican, en parte, por el cambio climático antrópico, por lo que se estima que acontecimientos de esa magnitud continúen ocurriendo en el futuro. La generación hidroeléctrica es una de las actividades perjudicadas por este suceso, debido a la disminución de los caudales afluentes a las centrales. Es por ello que el presente trabajo busca incorporar eventos como la megasequía ocurrida en el país, en la planificación del Sistema Eléctrico Nacional. Actualmente el Sistema Eléctrico Nacional define la operación de mediado plazo de los embalses del sistema considerando un conjunto de escenarios obtenidos a partir de la hidrología histórica, y por ende no consideran efectos del cambio climático antrópico que tienden a hacer más recurrentes eventos extremos como la megasequía ocurrida en el país. Es por ello que se define una nueva regla para la planificación del agua embalsada del sistema, (mediante la función de costo futuro, FCF) obtenida a partir del software AMEBA, la cual considera, dentro del cálculo de la FCF, escenarios hidrológicos sintéticos que poseen tendencias más conservadoras con respecto a la disponibilidad de agua. Luego de planificar el sistema, tanto con la metodología actual (caudales históricos) como con esta nueva FCF (caudales sintéticos), la operación futura es simulada bajo diferentes eventos de megasequía. Además, se simulan posibles escenarios hidrológicos futuros de diferentes características, para determinar el comportamiento de la nueva regla de operación. Todo esto se realiza utilizando dos metodologías de utilización de la FCF, una que toma los promedios de los escenarios (Average) y otra que utiliza el máximo de éstos (Max). Los resultados obtenidos se presentan en función de los indicadores de volumen embalsado, generación hidroeléctrica, costo marginal y costo total de generación, en donde se comparan tanto las metodologías de FCF, como la diferencia entre la regla de operación histórica y la sintética generada. En particular, con metodología Average, se observa que la FCF sintética se comporta mejor en los escenarios de megasequía. Existe un ahorro de 33 MMUSD en el horizonte de evaluación con respecto a la FCF histórica, si se simula la megasequía histórica con registro entre 2010-2014, además se evitan periodos con generación hidroeléctrica baja, que son suplidas con energía térmica más costosa y contaminante.