Memoria para optar al título de Diseñadora Industrial

Ingeniero Civil Mecánico / Los altos costos económicos y ambientales de la energía generada a partir de combustibles fósiles han generado un panorama donde la aplicación y la investigación sobre las energías renovables se hace cada vez más urgente. En Chile existe un escenario adverso en esta materia, siendo un país altamente carbonizado en la generación de energía y con altos consumos de combustibles fósiles en la industria. La presente memoria tiene por objetivo realizar una evaluación técnico-económica de un campo de colectores solares térmicos para la producción de calor en procesos industriales en Chile, aplicando una herramienta para evaluar la operación de un sistema de energía solar térmica. Para lograr estos objetivos se analizaron las características del recurso solar y los requerimientos energéticos de distintos procesos industriales del país. Cruzando estos datos fue posible establecer los procesos industriales en los cuales sería posible la introducción de la energía solar térmica. De esta manera se seleccionó un proceso sobre el cual se realizaron simulaciones con el objetivo de evaluar el desempeño de un campo de colectores solares que complementara a los sistemas de generación de calor mediante combustibles fósiles. Se realizaron varios casos de simulación que se dividieron en tres escenarios diferentes: un escenario que varía el horario de despacho de agua caliente; un segundo escenario en el cual se varía la cantidad de energía ahorrada por el sistema solar; y un tercer escenario donde se varía la cantidad de energía que necesita el proceso seleccionado. Cada uno de estos escenarios se localizó en dos ciudades, Santiago en la Región metropolitana y Concepción en la Región del Biobío. Dentro de estos escenarios fue posible establecer las prestaciones y rendimientos técnicos y las rentabilidades económicas del sistema solar para un proyecto a 25 años. Los resultados demuestran que estos sistemas solares son capaces de ahorrar capital y energía. La energía ahorrada por el sistema solar puede alcanzar valores sobre el 80% de los requerimientos del proceso, con factibilidad económica y evitando hasta el 80% de las emisiones de gases de efecto invernadero de un sistema tradicional. Los ahorros económicos pueden alcanzar hasta el 46% del capital necesario sin el sistema solar y es posible encontrar proyectos rentables en la zona sur del país, incluso reemplazando sistemas que utilicen gas natural.

No description available.

Durante los últimos años el precio de la electricidad en Chile ha experimentado fuertes alzas, incidiendo directamente en los costos de producción de la industria minera nacional y afectando su competitividad en el mercado mundial. Este incremento en los costos de la electricidad, se debe principalmente a la implementación de políticas energéticas que no prosperaron dentro de las cuales se encuentra la crisis experimentada en la importación de gas natural en la última década, en donde se produjo un efecto combinado entre el reemplazo de gas natural por otros combustibles convencionales de mayor costo y el incremento generalizado del precio de éstos, particularmente en los años 2007 y 2008. Lo anterior representa un incentivo a estudiar y analizar el desarrollo de una potencial implementación de tecnologías que consideren el uso de energías renovables no convencionales, obteniendo así seguridad en el suministro a precios más competitivos. Este trabajo consiste en un estudio de factibilidad de la utilización de energía solar para la producción de energía eléctrica necesaria para las operaciones unitarias de las faenas mineras del Norte Grande, focalizando el análisis en identificar las posibles barreras que afectan a este tipo de proyectos: técnicas, de entrada, económicas, políticas, ambientales y socioculturales. La matriz energética del Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) se compone casi en su totalidad de centrales termoeléctricas, las que principalmente consumen carbón y sus derivados para generar electricidad a costos más bajos. El compromiso y la protección medioambiental mundial fomentan la necesidad de reducir las emisiones contaminantes a través de beneficios e incentivos económicos normados y reconocidos como la huella de carbón. Dentro de las tecnologías que generan energía a partir de energía solar, una de las que cuenta con mejor disponibilidad y desarrollo, es el Concentrador Cilindro Parabólico, el que pese a contar con ventajas comparativas, presenta altos costos que no permiten en el mediano plazo invertir en una implementación de este tipo. Finalmente se concluye que la ley sobre energías renovables no es suficiente para crear los incentivos necesarios para impulsar inversiones en tecnología limpia por parte de las grandes empresas mineras. Lo que sumado a altos costos de estas tecnologías relacionados directamente a su desarrollo incipiente y a su falta de desarrollo, no logra dar paso a inversiones de este tipo. Pero el escenario debe ser evaluado de forma más integral de acuerdo a las tendencias actuales, internalizando otros aspectos como los impactos negativos de seguir explotando sistemas de generación convencionales como las centrales termoeléctricas, referidos principalmente a efectos en la salud y medioambiente. Para ello, establecer mecanismos legales y normativos se muestran como la principal herramienta para poder atenuar o eliminar las barreras de entrada a tecnología solar-térmica de concentración. Con lo anterior se espera que las empresas mineras tengan reales incentivos a rediseñar sus políticas energéticas, invirtiendo en tecnologías de generación no convencionales que en mediano plazo resulten en una disminución de costos de la energía y la actividad sea más competitiva.

No autorizado por el autor, para ser públicada a texto completo / El objetivo principal de este trabajo es evaluar la factibilidad técnica y económica de instalar una planta termoeléctrica de ciclo combinado con una planta solar integrada en su ciclo de vapor, conocida como “planta híbrida de ciclo combinado-solar” ó “planta de ciclo combinado con integración solar” en el Norte Grande de Chile Para ello se estudiaron las tecnologías solares térmicas de concentración que pueden integrarse a una planta de ciclo combinado. De éstas se seleccionó la planta de colectores cilindro-parabólicos debido a su madurez tecnológica. El análisis técnico involucró la búsqueda de los lugares más aptos para el emplazamiento de la planta híbrida, considerando principalmente restricciones de altitud y pendiente del terreno, y requerimientos de cercanía a la red eléctrica, fuentes de agua y gas natural. Esta serie de restricciones llevó a considerar terrenos costeros para el emplazamiento de la central, incurriendo en una reducción de la energía solar máxima utilizable, debido al aumento de la nubosidad en tales sectores. También se analizaron las características principales de una planta termoeléctrica de ciclo combinado y se diseñó un modelo simple que permite dimensionar el tamaño máximo de una planta solar que puede integrarse a una planta de ciclo combinado de tamaño dado. Finalmente, los resultados de la evaluación económica indican que la instalación de una planta híbrida como la propuesta en el Sistema Interconectado Central es un proyecto rentable dadas las condiciones actuales de generación. Sin embargo, se requiere de un escenario más favorable en términos de costos de inversión o de tiempo de despacho promedio para que la planta solar integrada no disminuya la rentabilidad de la planta híbrida. Además, se realizó un análisis de sensibilidad del cual se dedujo que la planta híbrida es altamente sensible a la variación de precios de combustible y al costo marginal del sistema interconectado, mientras que la planta solar como proyecto independiente es particularmente sensible a la potencia a la cual la planta es despachada, al costo de inversión y a la potencia mínima de la turbina de vapor.