Ingeniero Civil Industrial / Las energías renovables no convencionales (ERNC) han adquirido renombre y relevancia en el medio nacional debido principalmente a la promesa de generación eléctrica con un menor impacto ambiental, en comparación a la generación mediante combustible fósil. Es en este contexto donde la instalación de plantas generadoras de energía eléctrica a partir de la radiación solar, aprovechada por los módulos fotovoltaicos, cobra importancia en un mercado incipiente y con grandes proyecciones de crecimiento, donde se estima que los 450 MW instalados en la actualidad puedan aumentar hasta en 20 veces su valor al año 2020. El objetivo general de la memoria es diseñar un plan de negocio para una empresa de servicios eléctricos dedicada a la instalación de plantas fotovoltaicas, con la idea de participar en un mercado en crecimiento, en el cual se estima un tamaño de mercado objetivo cercano a los US$ 300 millones anuales. El plan de negocios se desarrollará en función de la determinación de las cualidades propias y valiosas de la organización, donde el respaldo de la Ingeniería y componentes de la industria Alemana, podrán ser reconocidos y valorados por los potenciales clientes. Dichos clientes son los grandes desarrolladores solares, quienes buscan en la industria nacional, asociaciones del tipo Bussines to Bussines (B2B) con instaladores locales que conozcan el mercado chileno y sus características particulares. De esta forma la hipótesis de investigación consiste en que el aumento del número de proyectos fotovoltaicos que se instalan en Chile abrirá un espacio de mercado que los instaladores de plantas solares podrán aprovechar. Esta hipótesis se contrastará con el modus operandi de los potenciales clientes y la valoración que estos tengan de los atributos de la empresa. Luego de un estudio del mercado solar fotovoltaico en Chile, se presenta el plan de empresa, donde se detalla el modelo de negocios y propuesta de valor que el negocio seguirá, junto con la proyección de costos e ingresos que se generarán a partir del mismo. La evaluación financiera de este negocio entrega una VAN de $MM 358 y una TIR del 26% cumpliendo en ambos casos los criterios necesarios para afirmar que el negocio resulta rentable y atractivo económicamente. La recomendación es implementar el negocio, buscar alianzas estratégicas en terreno nacional que permita la disminución de costos y revisar de manera periódica las dinámicas condiciones de este mercado.

Ingeniero Civil Industrial / La realización de este trabajo es de desarrollar un plan de negocio que sustente idea emprendedora de empresa de servicios energético (ESCO), la cual se incorporara en el mercado de equipos fotovoltaicos domiciliario. Esta empresa ofrecerá más que el diseño e instalación del equipo, el cual es el servicio característico del mercado, el cual se encuentra en una etapa inicial, a espera de tener un gran desarrollo. Esta idea tomo fuerza al existir condiciones en el entorno que favorecen su incorporación, entre las que se encuentran: la entrada en vigencia de Ley de Generación Distributiva, que principalmente decreta el derecho que cualquier cliente regulado que disponga de un equipo de generación amigable con medio ambiente, puede inyectar energía a la red de distribución eléctrica, o que implica una disminución considerable en la inversión a realizar, ya que no será necesario la compra de artefactos como: controlador de carga y de baterías. Además, existe: una tendencia a la baja de los precios de artefactos fotovoltaicos, una sociedad cada vez con mayor conciencia ambiental, ser una de los países con mayor valor de suministro eléctrico en la región y que en la mayoría del territorio chileno tiene buenas condiciones de radiaciones. El modelo de negocio de ESCO se basa en diseñar, operar y mantener equipos fotovoltaicos que serán incorporados en oferta habitacional desarrolladas por compañías inmobiliarias, el trabajar con ellas tiene el objetivo de obtener economías de escala en diversos aspectos. La incorporación de esta tecnología en nuevas viviendas, traerá una mayor plusvalía y al incorporar un aspecto diferenciador y de buena recepción por futuros propietarios, da a entender que se tendría un aumento en la velocidad de venta de los inmuebles. Los ingresos de este modelo de negocio vendrán del contrato de suministro y venta de energía que se firmara con propietarios de viviendas. El desarrollo del presente trabajo académico; se inicia con una investigación del entorno que ESCO se incorporará, terminando esta etapa con la realización de herramientas de análisis PESTEL y las fuerzas de Porter. Luego se definirá modelo de negocio, para seguir profundizando este, a través de la descripción de planes funcionales necesarios para poner en marcha el emprendimiento. Si bien cada etapa de proyecto habitacional tiene características propias, para realizar la evaluación económica se determina un caso base, el cual es una etapa construida en el sector sur poniente de la región metropolitana. En trabajo se describen dos escenarios de adquisición de clientes, la realista (cada año se instala los equipos en una nueva etapa, 40 casas aproximadamente) y la optimista (incorpora 3 etapas nuevas anualmente). Los resultados obtenidos al 2035 y con una tasa de descuento de 15% fuero un VAN negativo cercano a los $1.000 millones, la inexistencia de TIR en escenario realista y una de 3,3% para el escenario optimista. Resalta para optimista, se consiguieron tener flujos positivos al tener una cartera mayor a los 1.000 cliente. Además, al realizar una disminución del costo de inversión y ofrecer un porcentaje menor de ahorro a residente es posible obtener una TIR de 9,9%, que para inversionista del sector eléctrico es un número a tener en cuenta.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo muestra una metodología para la optimización del diseño y operación de un sistema de energía híbrido que alimenta un sistema de riego multiestanque. Se propone la introducción de energía solar fotovoltaica a una red que inicialmente funciona con generación en base a combustible diésel en conjunto con la red eléctrica. El sistema de riego, al contar con almacenamiento de agua, permite utilizarlo para aprovechar al máximo la energía solar, con el fin de consumir menos energía desde el grupo electrógeno o desde la red. La introducción de energía solar a la red eléctrica que energiza el sistema de riego, tiene el potencial de reducir los costos y las emisiones de gases de efecto invernadero producto del uso de fuentes contaminantes de energía. Para optimizar el diseño del sistema híbrido se utiliza un criterio de minimización del costo actual a lo largo de la vida útil del proyecto. Dado que la demanda del sistema de riego posee una componente flexible, se obtiene de manera conjunta las capacidades instaladas y la operación óptima del sistema de riego a través de un problema de optimización. Se propone un controlador basado en reglas el cual simula la operación óptima del sistema de riego. Este permite una implementación simple y una reducción de costos un 5,6% menor que el caso óptimo. En conclusión, una operación óptima del sistema de riego con almacenamiento de agua es aquella que es capaz de aprovechar al máximo la generación solar, es decir, el agua se debe almacenar en lo posible durante las horas de sol. Este tipo de soluciones rebajan en más de un 20% los costos en sistemas con alta penetración de generación diésel, además de reducir en más de un 60% las emisiones de dióxido de carbono (CO2). / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Engie Factory S.P.A.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En los últimos años a nivel mundial existe un gran interés en promover el desarrollo y penetración de energías renovables variables (ERV), tales como la energía eólica y solar fotovoltaica. El incremento de las ERV en los sistemas eléctricos de potencia (SEP) genera grandes desafíos y cambios en los paradigmas de cómo planificar la operación e inversión en los SEP debido a la variabilidad e incertidumbre de estos recursos. Para modelar la variabilidad e incertidumbre de las ERV en los problemas de planificación de la operación y expansión de SEP se necesitan mediciones de las ERV de una longitud igual o mayor al horizonte de evaluación o una muestra, tal que permita caracterizar adecuadamente su comportamiento. En la práctica no siempre es posible tener acceso a dicha información. Debido a ello se han desarrollado diferentes metodologías y modelos para generar series sintéticas de ERV. Dichas series deben ser capaces de caracterizar la función de densidad de probabilidad, dependencia temporal y espacial de las mediciones reales. Entre los modelos más utilizados se encuentran las cadenas de Markov, procesos ARMA (del inglés AutoRegressive Moving Average) y VAR (del inglés Vector AutoRegressive). En esta tesis se realiza una revisión bibliográfica de las metodologías y modelos desarrollados en la literatura para generar series sintéticas por tipo de recurso y tipo de dependencia que consideran en su formulación. En este contexto, el objetivo general de este trabajo es conocer y sistematizar las diferentes propuestas en la literatura para la generación de series sintéticas de velocidad de viento, potencia eólica y radiación. Además, definir y proponer criterios para la adecuada selección de modelos a ser utilizados en operación y planificación de sistemas eléctricos de potencia. Para ello se realiza una propuesta metodológica que consta de seis etapas, en donde se describe detalladamente los pasos a seguir así como los análisis estadísticos necesarios para elegir adecuadamente un modelo para generar series sintéticas. La metodología es aplicada a problemas de planificación de operación de mediano y muy corto plazo. Se observa que los modelos VAR son capaces de caracterizar los estadísticos totales, mensuales y estructuras de dependencia de las ERV cuando se utilizan procesamientos y transformaciones adecuadas. Además, se compara con otros modelos tales como CARMA (del inglés Contemporaneous AutoRegressive Moving Average), PCA (del inglés Principal Component Analysis) + ARMA, VAR con distintos procesamientos y teoría de Cópula, usando la familia de cópulas gaussianas para esta última. Se concluye que la metodología propuesta es capaz de sistematizar el proceso de selección de modelos temporales y espacio-temporales en función del problema de SEP y las características estadísticas de las series de tiempo asociadas a las ERV. Asimismo, en función del estado del arte se sistematiza el proceso para definir transformaciones, estimar el orden y ajustar adecuadamente los modelos VAR. Finalmente, se observa la relevancia de verificar el comportamiento estadístico de las series de tiempo. Si no se realiza un análisis adecuado y se aplican los modelos desarrollados en la literatura sin verificar sus supuestos y condiciones de aplicación, se podrían utilizar modelos que no caractericen adecuadamente ni las contribuciones energéticas estacionales ni las estructuras de dependencias. Como principal trabajo futuro se plantea desarrollar una herramienta computacional basada en un sistema experto que permite automatizar la toma de decisión para personas que son expertas en SEP, pero no en modelos para generar series sintéticas, ayudando a mejorar las prácticas actuales referentes a la caracterización de la variabilidad e incertidumbre de las ERV a través de las series sintéticas.

Ingeniero Civil Eléctrico / Diferentes países alrededor del mundo se han planteado ambiciosos objetivos para alcanzar altos niveles de producción de energía en base a energías renovables en los próximos años. Esta situación, sumada a condiciones favorables desde el punto de vista de costos de inversión tanto para los proyectos de generación fotovoltaica como eólica, lleva a que se espere que ambas tecnologías tengan un rol importante en los sistemas de potencia del futuro. Sin embargo, una alta penetración de energías renovables no convencionales puede afectar el control y estabilidad de un sistema de potencia, especialmente desde el punto de vista de la frecuencia. Esto, ya que la generación variable desplaza generación síncrona convencional. Lo anterior provoca problemas, entre otras cosas, con la inercia del sistema debido a dos factores: 1) las plantas fotovoltaicas no poseen partes rotatorias, por lo tanto no pueden proveer de respuesta inercial durante desbalances de carga-generación y 2) la generación eólica al ser conectada mediante conversor, pierde la respuesta inercial natural asociada a sus partes giratorias. Como consecuencia, mientras más plantas eólicas y solares fotovoltaicas se integren al sistema, más reducida será la inercia del mismo y con esto su capacidad de hacer frente a las desviaciones de frecuencia ante grandes perturbaciones, lo que afecta fuertemente la estabilidad en frecuencia. Es por esto que con el fin de permitir altos niveles de energía renovable no convencional (ERNC) manteniendo la seguridad del sistema, se requiere incluir en el Unit Commitment restricciones adicionales. Los efectos mencionados son relevantes en sistemas de potencia aislados y pequeños. En el caso chileno el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) tiene proyectada una alta penetración de proyectos fotovoltaicos sin inercia. Por lo anterior, este trabajo se enfoca en estudiar la estabilidad de frecuencia del SING proyectado para el año 2017. El objetivo es encontrar funciones que caractericen la respuesta de la frecuencia del sistema frente a desbalances de carga-generación. Para ello, se realizan simulaciones dinámicas frente distintas contingencias en base a un modelo proyectado del SING. Los resultados del estudio indican que a medida que aumenta la generación variable, el sistema ve deteriorada su capacidad de control de frecuencia. Además se concluye una alta correlación entre el porcentaje de generación ERNC y la inercia del sistema y a su vez una estrecha correlación entre el rate of change of frecuency (Rocof) y la inercia del sistema. Esto último permite representar de forma matemática la relación entre el Rocof y la inercia del sistema. Finalmente el trabajo entrega una función por tramos que caracteriza la pendiente de caída de la frecuencia (Rocof), en función del desbalance, para diferentes valores de inercia del sistema. Se prueba la validez de la función obtenida con fallas históricas reales ocurridas en el SING para validar la propuesta. De esta forma se podría incorporar una restricción adicional al Unit Commitment para caracterizar la influencia de una alta penetración de ERNC en la frecuencia del sistema.