Ingeniero Civil Industrial / GNL Chile es la empresa chilena encargada de gestionar, administrar y organizar la logística necesaria para importar y proveer de Gas Natural a la zona centro-sur del país. Sus clientes son actualmente Endesa, Enap y Metrogas. El objetivo general de esta memoria es determinar los riesgos operativos y comerciales del proyecto de expansión del terminal de GNL Quintero, de manera de predecir si, las capacidades del nuevo terminal y las condiciones comerciales, permitirán un buen desempeño operativo de la planta. El trabajo consistió en la modelación e implementación de un modelo de simulación. En base a este modelo, se determinaron los riesgos plausibles del sistema con la nueva expansión en un horizonte de 15 años. Para el desarrollo de este modelo se utilizaron aproximaciones estocásticas a los procesos que ejecuta actualmente la empresa gestora. Se elaboraron también modelos de optimización lineal, análisis sobre el mercado eléctrico, uso de modelos para simular decisiones, análisis de los consumos de gas, análisis de perfiles de consumo y finalmente un análisis de mecanismos en una planta con capacidades compartidas. Las conclusiones de este trabajo apuntan a un resultado favorable del proyecto de expansión, la mayoría de los resultados, reflejan un mejor desempeño de la planta. Algunos mecanismos que actualmente son utilizados para distribuir las capacidades y costos tienen posibilidades de mejora. Este trabajo se aborda desde la Ingeniería Industrial, empleando herramientas de operaciones, simulación, programación estocástica, modelamiento matemático, optimización, teoría de juegos, entre otros. / 30/08/2021

Propone una mejora del mantenimiento del sistema de almacenamiento y despacho de gas natural licuado (GNL). La planta de licuefacción de gas natural cuenta con diferentes tipos de procesos diseñados específicamente para cumplir un servicio especializado, asimismo, uno de los principales procesos es el de almacenamiento y despacho de GNL hacia los buques metaneros, ya que dependiendo del despacho del producto terminado depende las ganancias de la empresa. La planta de licuefacción presenta retrasos en los despachos de los buques metaneros debido a las averías en los equipos, provocando pérdidas de despachos no realizados conforme a lo planificado, sobre costo por mantenimientos no planificados, y penalidades por demoras en el despacho. Todo ello genera pérdidas de dinero en la operación de la planta. El objetivo es el poder incrementar la vida útil de los equipos críticos del sistema, así como la confiabilidad y disponibilidad de cada equipo. Para lograrlo se analizó los datos de falla de cada equipo así como su comportamiento actual para determinar los equipos críticos en el sistema. Luego se analizó los modos y efectos de falla de cada componente para poder finalmente determinar cuáles son las mejores acciones y planes de mantenimiento a seguir para corregir la confiabilidad del equipo. Esta propuesta genera un ahorro considerable al incrementar la confiabilidad operacional del sistema mediante el mantenimiento basado en la confiabilidad, con el principio de priorizar, prevenir eventos indeseables y asegurar la disponibilidad apropiada de los equipos. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Importar gas natural licuado (GNL) a través de contratos Take-or-Pay (ToP) para la generación de electricidad en sistemas hidrotérmicos es una tarea compleja ya que la demanda de gas es altamente incierta dada la variabilidad de las condiciones hídricas. Esto es agravado por la dificultad de transar ex-post los excedentes/déficits de GNL en un mercado secundario (p. ej. cuando el GNL importado no basta para satisfacer la demanda en condiciones hídricas húmedas), el cual es, muchas veces, muy reducido. En este contexto, la presente tesis propone un modelo de optimización estocástica de minimización de costos y aversión al riesgo que permite determinar portafolios óptimos de contratos de suministro de GNL para el sistema eléctrico nacional (desde la perspectiva del planificador social). Este portafolio incluye contratos con varios grados de flexibilidad e interacciones con el mercado spot. A través de varios casos de estudio basados en el principal Sistema eléctrico Chileno (SIC) se conluyó lo siguiente: (i) es óptimo, desde una perspectiva neutral al riesgo, importar GNL para una condición hídrica promedio . Esto implica que el GNL contratado (a través de contratos ToP) no será suficiente en condiciones hídricas secas donde se necesitarán centrales más costosas (p. ej. unidades diésel) para suplir la demanda eléctrica, mientras que en condiciones húmedas las centrales a gas desplazarán generación menos costosa (p. ej. unidades a carbón). (ii) es óptimo, desde una perspectiva de aversión al riesgo, importar GNL para una condición hídrica seca . Esto implica que el planificador social aumentará las importaciones de GNL para proteger al sistema de sobrecostos operacionales en condiciones secas. Esta decisión sistémica es fundamentalmente diferente a la tomada por compañías de generación en un ambiente de mercado, quienes se protegen del riesgo disminuyendo las importaciones de GNL. (iii) contratos ToP con cláusulas flexibles pueden soportar un aumento en los volúmenes importados de GNL acompañado de una reducción de costos operacionales del sistema. (iv) los requerimientos óptimos de GNL para el SIC son cercanos a 6 TWh por año, lo cual es casi el doble de los 3.47 TWh que se importan actualmente. Este monto (6 TWh) puede aumentarse si (i) el planificador social fuera averso al riesgo, protegiendo a los consumidores de sobrecostos producidos por sequías, y/o (ii) se modelaran contratos más flexibles. (v) aumentar los volúmenes importados de GNL a 6 TWh por año (desde los 3.47 TWh actuales) disminuirá los costos esperados del sistema en un 4.1% y reducirá los pagos de la demanda en un 32.1%. Esta reducción desproporcionada en los pagos de la demanda es debido a que parte del excedente del productor es transferido al consumidor gracias a una disminución de los costos marginales del sistema. (vi) es posible diseñar un mecanismo de pago (i.e. price uplifts) donde la demanda cubra parcialmente los costos fijos de los generadores (cuando los precios spot no cubran los costos de GNL) de manera de compartir eficientemente entre el riesgo generadores y demanda. Esto sería beneficioso para ambos ya que estarían en una mejor posición económica que la actual. A pesar que los casos de estudio están enfocados en el mercado chileno, creemos que esto es de interés para otros sistemas hidrotérmicos de América Latina y África, que enfrentan (o lo harán en el futuro cercano) problemas similares asociados al suministro de GNL. Por lo tanto esta investigación puede ser crítica para entender los costos y beneficios de las decisiones relacionadas con la importación de GNL y, de esta manera, sostener un desarrollo y una operación de sistemas eléctricos más eficiente y segura. Este trabajo es, a su vez, oportuno y puede servir para aprovechar los bajos precios en el mercado internacional del GNL que se observan actualmente. / Importing liquefied natural gas (LNG) through take-or-pay (ToP) contracts for electricity generation is significantly challenging in hydrothermal systems since gas demand from the electricity sector is highly uncertain due to the historical volatile behavior associated with hydro conditions. This is compounded by the difficulties to undertake ex-post trading of surpluses/shortfalls of LNG in a secondary market (e.g. when LNG imported does not suffice during dryer hydro conditions), which is –in many cases– significantly limited. In this context, this thesis proposes a cost-minimization, risk-averse stochastic optimization model that allows us to find optimum portfolios of LNG supply contracts for the national power system (from the social planner’s perspective). This portfolio includes contracts with various degrees of flexibility and interactions with the spot market. Through several case studies based on the Chilean power system, we found that: (i) it is optimal, from a risk-neutral, cost-minimization perspective, to import natural gas for an “average” hydro condition. This implies that contracted natural gas (through ToP contracts) will not suffice under dryer conditions where more costly plants (e.g. diesel units) will be needed to supply electricity demand and that gas plants will displace less costly plants (e.g. coal units) during wetter hydro conditions. (ii) it is optimal, from a risk-averse, cost-minimization perspective, to import natural gas for a “dryer” hydro condition. This implies that a social planner will increase LNG imports in order to hedge the system against operational cost spikes during dry conditions. This system-wide decision is fundamentally different to that taken in a market environment where generation companies (e.g. gas plant owners) tend to hedge risk exposure by under-importing LNG. (iii) flexible clauses in ToP contracts can support increased LNG import volumes and a reduction in system operating costs. (iv) optimal LNG system requirements for the Chilean main electricity system are circa 6 TWh per year which is almost twice the amount of 3.47 TWh that is currently being imported. This amount (6 TWh per year) can be increased if (i) the social planner were risk averse to protect consumers against higher costs driven by droughts, and/or (ii) more flexible contracts are modelled. (v) increasing the import volumes to 6 TWh per year (from current 3.47 TWh) will decrease expected system costs by 4.1% and reduce demand payments by 32.1%. This disproportional reduction in demand payments is observed since part of producer’s surplus is transferred to the consumer’s surplus as system marginal costs decrease. (vi) it is possible to design a payment mechanism (i.e. price uplifts) where demand can partially cover gas generators’ fixed costs (when spot prices cannot cover LNG costs) so as to efficiently share risks between gas generators and demand, and this will be beneficial for both since they will be in a better economical position compared to current situation. Although the case studies in this thesis are focused on the Chilean market, we believe that this is of interest to further hydrothermal systems in Latin America and Africa, which face (or will face in the near future) similar problems associated with LNG supply. Hence this research can be critical to understand the costs and benefits of various decisions associated with LNG imports and thus support a more efficient and risk-free operation and development of future electricity systems. This framework is also timely and can serve to take advantage of the present lower prices in the international LNG market.

El presente trabajo tiene como objeto analizar la existencia de un eventual problema respecto a la sostenibilidad de las concesiones de distribución de gas natural por ductos en el interior del país – como es el caso de las concesiones norte y suroeste – derivada de la concurrencia de la actividad de comercialización de gas natural comprimido (GNC) y gas natural licuefactado (GNL) en el segmento industrial en las áreas concesionadas. Al respecto, la política energética del país tiene como uno de sus objetivos principales lograr la masificación del gas natural en los distintos sectores de consumo y principalmente en el sector residencial, lo cual solo puede darse mediante el desarrollo de infraestructura de redes de transporte y distribución, ya que si bien la comercialización de GNC o GNL permite suplir el acceso al gas natural de consumidores que se encuentran alejados de las redes de distribución, el acceso a esta clase de suministro no resulta viable para los consumidores residenciales. En ese sentido, del análisis de las condiciones bajo las cuales se desenvuelve la concurrencia entre ambas actividades, se desprende que las concesiones de distribución del norte y suroeste, enfrentarían una estructura de costos mayor a la de los comercializadores, debido a que no se encuentran integradas a una red de transporte; lo que, aunado a determinadas restricciones regulatorias de carácter comercial establecidas a la actividad de distribución por su calidad de monopolio natural, impediría que los concesionarios puedan competir de manera efectiva con los comercializadores en el mercado disputado. Bajo este contexto, la concurrencia entre estas actividades en el interior del país bajo las condiciones indicadas podría afectar la sostenibilidad de las concesiones de distribución, ya que estas dependen en gran medida de la demanda industrial disputada por los comercializadores; lo cual en última instancia podría perjudicar el desarrollo de las redes de distribución para el acceso al suministro de este recurso en el área de la concesión, afectando con mayor impacto a los consumidores residenciales. En ese sentido, se analizaron medidas de política regulatoria que permitan limitar los eventuales efectos negativos de dicha concurrencia, concluyéndose en primer lugar que para cualquier efecto se requiere un análisis de competitividad del precio final del gas natural suministrado por el distribuidor respecto al GNC y GNL. En segundo lugar, en el caso de las concesiones del norte y suroeste, los concesionarios asumieron todos los riesgos derivados de la concurrencia de los comercializadores, por lo que la adopción de medidas restrictivas a dicha concurrencia no resulta viable en términos de eficiencia, así como por razones legales derivadas del régimen contractual. No obstante, sí se considera viable que luego de concluido el primer periodo tarifario contractual – siempre y cuando el análisis de competitividad resulte negativo – el Estado pueda otorgar subsidios a la inversión en infraestructura requerida, a fin de evitar que el concesionario limite los planes de inversión para ampliar la cobertura de la red. Finalmente, en el caso de los nuevos contratos de concesión que se celebren para la distribución de gas natural en el interior del país, dependiendo del resultado del análisis de competitividad del precio final, el Estado puede optar por establecer mecanismos contractuales de garantía de demanda mínima u otorgar subsidios directos a la inversión; como se viene haciendo, en este último caso, en el diseño del proyecto Siete Regiones. / Tesis