La radiación solar puede ser aprovechada en forma de calor o de electricidad. El calor se aprovecha mediante paneles solares térmicos y la electricidad a través de paneles fotovoltaicos. Chile es un país privilegiado gracias a su ubicación geográfica, ya que tiene altos índices de radiación solar, la que puede ser aprovechada en un gran porcentaje de su superficie. Por otra parte, el país depende fuertemente de la importación de insumos energéticos cuyos precios presentan una fuerte tendencia al alza. Lo anterior hace que surjan atractivas diferentes alternativas de energías no convencionales, como lo es el caso de la energía solar. Dada la falta de información de este mercado en Chile es que el presente trabajo tiene por objetivo analizar y caracterizar el mercado de los paneles solares en el país para conocer las oportunidades de negocio y proyectar el mercado a mediano plazo. Para cumplir con este objetivo, se realiza un listado de las empresas chilenas vinculadas al rubro de los paneles solares, para luego, mediante encuestas, obtener información relevante para analizar este mercado. Posteriormente, se realiza un estudio de viabilidad económica para conocer la rentabilidad de la utilización de paneles solares en el sector residencial. Finalmente, se realiza una proyección de la demanda a través de métodos cuantitativos y cualitativos, como son regresiones matemáticas y el método Delphi, ajustando los valores obtenidos de acuerdo a conceptos del ciclo de vida del producto. El panel solar térmico ha alcanzado valores competitivos desde la XI región del país al norte, amortizándose en un período inferior a 5 años en la RM si se compara con la utilización de gas licuado, obteniendo un VAN de $1.000.000 en 20 años con una tasa de descuento del 12%. No así para el panel fotovoltaico, que tiene un retorno negativo en todas las regiones del país para el sector residencial. En cuanto a la oferta, se tiene que el 83% de las empresas son micro o pequeñas, en un mercado que se encuentra bastante concentrado. La mayor demanda existe en la zona central (63%) seguida del Norte Grande (23%) en el año 2007, año en el cual se instalaron 6.300 m² en Chile; un 60% de aumento en comparación al año 2006, sumando una superficie total de 11.100 m². Se espera un aumento de un 40% anual para los próximos 5 años, pronosticando que la demanda aumente a 70.000 m²/año en el 2020. Se puede concluir que el mercado de los paneles solares en Chile tiene un gran potencial de crecimiento y existen numerosos sectores de alta rentabilidad que aún no han sido explotados. Es necesario realizar mejores esfuerzos de marketing, tales que permitan aprovechar mejor el negocio de la energía solar en todas las zonas del país donde es rentable su utilización.

La preocupación por el cambio climático y el medio ambiente, el aumento del nivel de electrificación en las comunidades aisladas, permite aprovechar los recursos naturales de la zona para el suministro de energía con fuentes renovables. Asimismo, el desarrollo de las redes inteligentes, contribuyen a la gestión y operación de los sistemas de generación de energía. El objetivo de esta tesis es integrar a la comunidad con el sistema de suministro de energía eléctrica con el propósito de mejorar la sustentabilidad del proyecto. Para lograrlo se extraen las características sociales de la población: estructura organizacional, proceso de toma de decisiones, nivel socioeconómico, nivel cultural y mapa de sueños. De la misma forma, es necesario conocer las características técnicas del sistema eléctrico de generación y la factibilidad de instalar sistemas de comunicación para establecer un enlace entre la localidad y los equipos que suministran la energía. Una vez conocidas las características sociales y técnicas, se desarrolla un concepto innovador denominado “Social SCADA” (del inglés Supervisory Control and Data Acquisition), que se fundamenta en el nivel de sociabilidad existente entre los miembros de la comunidad. El Social SCADA es una herramienta de software modular expandible formada por: 1) optimizador, 2) herramienta para la toma de decisiones y 3) herramienta para la supervisión y mantenimiento. Este trabajo de tesis desarrolla en detalle el punto tres, proponiendo interfaces intuitivas de fácil manejo y entendimiento para los miembros de la comunidad. La aplicación cuenta con: interfaz para establecer un canal de comunicación entre la comunidad y la universidad, interfaz para monitorear las fuentes de generación del proyecto, indicadores de sustentabilidad y se indican las tareas de mantenimiento pendientes para que la población las ejecute. El sistema se encuentra implementado en la localidad de Huatacondo, en un proyecto de una Micro-red inteligente llevado a cabo por el grupo de investigación de la Universidad de Chile. Para su desarrollo se utiliza la plataforma LabVIEW y el servidor OPC de Matrikon. Al culminar este trabajo se logra una validación técnica y social, mejorando la percepción de los habitantes sobre el proyecto. La herramienta propuesta extiende el concepto de los sistemas SCADA tradicionales, ya que la comunidad gestiona, mantiene, controla y supervisa el sistema de generación de energía, lo que proyecta su permanencia en el tiempo. Como trabajo futuro se plantea el desarrollo de aplicaciones móviles, la herramienta de toma de decisiones y aumentar indicadores sociales que sean de interés para la comunidad.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo de memoria se centra en los beneficios económicos asociado al control topológico de la red de transmisión nacional. Para esto se propone un modelo de programación matemática que co-optimiza el despacho de generación con la topología del sistema (conocido en inglés como el problema de Transmission Switching) mediante una representación lineal entera mixto (MILP por su nombre en ingles de Mixed Integer Lineal Program). Además, se propone un algoritmo de solución mediante una técnica de descomposición que separa el sistema en una cantidad determinada de zonas, que se optimizan por separado y de forma iterativa. La metodología propuesta se aplica en el sistema eléctrico chileno proyectado para el año 2025. El objetivo es analizar las mejoras producidas por los cambios topológicos en la operación del sistema, en especial en términos de costos, vertimiento de generación renovable (solar y eólico) y emisión de CO2. Para esto se comparan soluciones de dos corridas: con y sin control topológico (donde el resto de los parámetros y restricciones se mantienen sin alterar). Los resultados de este trabajo demuestran que el control topológico presenta grandes ahorros en términos de costos (hasta un 7%) y en términos de vertimiento (hasta casi un 100%) para los ejemplos estudiados. Una conclusión de particular interés para operadores y reguladores es que varios tramos de transmisión local/subtransmisión (especialmente en la zona de la Región Metropolitana) podrían operar abiertos para algunas condiciones de operación con el fin de: (i) aumentar la transferencia de energía por el sistema nacional/troncal y (ii) permitir un despacho más económico de la generación hidráulica dentro de la Región Metropolitana.

Ingeniero Civil Mecánico / Dado que los combustibles son hoy los recursos energéticos más contaminantes y utilizados a nivel global, surge la necesidad de buscar nuevas fuentes renovables que sean limpias y amigables con el medioambiente. Al moverse hacia un sistema energético basado en energías renovables, aumentará la participación de la generación eléctrica intermitente y se promoverá el crecimiento de las infraestructuras de almacenamiento y generación de energía no contaminantes. Una de estas infraestructuras son las celdas de óxido sólido reversibles, dispositivos capaces de generar energía eléctrica y térmica mediante un proceso electroquímico, y además almacenar energía química mediante electrólisis. A pesar ser una alternativa viable de generación, existen algunas desventajas que les impiden sobresalir y competir contra el resto. Estas desventajas se deben a sus altas temperaturas de operación y a la relación entre los materiales a utilizar en cada uno de sus componentes. El objetivo general del tema de memoria es fabricar y caracterizar muestras de La2NiO4+δ (LNO) en base a polvos sintetizados mediante el método sonoquímico. Específicamente, se desarrollará una metodología teórico-experimental la cual se inicia con el proceso de síntesis y caracterización estructural de los nanopolvos para luego pasar a la fabricación de muestras para caracterización mecánica y eléctrica. Los alcances del trabajo contemplan el sintetizar nanopolvos de La2NiO4+δ variando las cantidades de reactivos y combinaciones de tiempo-temperatura, y el estudio de ciertas propiedades estructurales, mecánicas y eléctricas mediante análisis y ensayos a nanopolvos y muestras sinterizadas. Dentro de los resultados destacables se encuentra el módulo elástico E= 137,9 [GPa],el tamaño promedio de partícula de los polvos calcinados es 103[nm], el tamaño de grano promedio es de 4,2 [μm], la microdureza HV= 8,83 [GPa]y la tenacidad a la fractura KIC= 1,83 [MPam^0,5]. Finalmente, se logra obtener los parámetros de síntesis, obteniéndose un material nanocristalino y muestras fabricadas en base a los nanopolvos puramente de LNO con propiedades mecánicas y eléctricas comparables con la literatura.

Ingeniero Civil Eléctrico / Este trabajo examina la situación del mercado de residuos en países desarrollados para concluir que Chile enfrenta un desafío importante en el manejo de residuos toda vez que el costo de disposición final es sustancialmente menor que el promedio de los países desarrollados, al mismo tiempo que la tasa de generación de residuos sólidos municipales (RSM) es creciente. En particular, la región Metropolitana presenta la mayor generación de RSM del país con 7.690 [ton/día]. Al considerar que a mediano plazo se espera el cierre de dos rellenos sanitarios en la región, se vislumbra la necesidad de implementar nuevas formas de tratamiento y valorización de los residuos. En este sentido, la valorización térmica de residuos sólidos municipales con recuperación de energía se presenta como una opción de tratamiento interesante debido a sus ventajas frente a la disposición final. Estas tecnologías forman parte de las estrategias de manejo de residuos en los países desarrollados para disminuir el volumen de desechos eliminados y frenar el crecimiento de sitios de disposición final. Además, estas se alinean con una visión sustentable de tratamiento de residuos ya que generan energía renovable compensando las emisiones desde combustibles fósiles a la vez que aminoran la generación de gases de efecto invernadero en rellenos sanitarios. Una amplia revisión bibliográfica permite definir supuestos sobre los factores relevantes a considerar en el diseño y evaluación de plantas de valorización térmica. Se definen dos casos de estudio; el Caso 1 corresponde a una planta de gasificación por antorcha de plasma DC con arco no transferido de capacidad 200 [ton/día] y potencia firme 5,3 [MW] ubicada junto a la actual central Renca. El Caso 2 estudia una planta de incineración de lecho fluidizado con capacidad de 1100 [ton/día] y potencia firme 31,9 [MW] construida junto al relleno sanitario Santa Marta. En el capítulo cuatro se realiza una evaluación económica de los casos antes definidos, con una tasa de descuento de flujos privada de 10% anual y periodo de evaluación de 20 años. Se obtiene que la planta del Caso 1 posee un VAN privado negativo igual a -$23.064.243 [USD] mientras que el Caso 2 es rentable con un VAN de $90.878.309[USD]. Posteriormente, la evaluación social determina que tanto el Caso 1 como el Caso 2 son socialmente rentables para luego comentar sobre los beneficios y costos sociales de ambas tecnologías.

Este estudio reconoce una problemática que responde principalmente a una reconversión laboral y energética, a partir de la reutilización de un desecho industrial maderero, existente en la zona de emplazamiento del proyecto, siendo atingente, en distintas medidas, a nivel mundial, nacional, regional y local. Finalmente, este proyecto se propone como una alternativa, la cual promueve la generación de empleo a partir de responder a problemáticas que se presentan a distintas escalas de influencia. Por otro lado, potenciar la innovación mediante el uso de tecnologías, las cuales permiten aprovechar de mejor forma nuestros recursos naturales permitiendo reestablecer en laguna medida el equilibrio necesario que debemos restaurar como sociedad entre el medio construido y el natural.

En la presente memoria se estudian diferentes centrales geotérmicas, estableciendo algunos criterios a considerar para una posible incorporación de esta energía a la matriz energética chilena. La promulgación de Leyes como la de Geotermia (2000) y la ley de fomento de la ERNC (2008), el subsidio en los costos de perforación de pozos exploratorios, unido a factores como la vulnerabilidad de la energía hidroeléctrica a sequías periódicas, los costos ambientales asociados a la energía hidroeléctrica y combustibles fósiles, generan un ambiente propicio para aprovechar el recurso energético geotérmico en Chile. Como etapa inicial se describen diferentes tecnologías de centrales geotérmicas. A partir de ellas se realizó un análisis termohidráulico para maximizar su potencia neta de dos centrales de tecnologías flash: Simple y Doble Flash, y cuatro centrales con tecnología de ciclo binario: Básico, con Intercambiador de Calor Interno (IHE), regenerativo con IHE y Doble Presión. Para las centrales de ciclo binario se consideraron 4 tipos de fluidos de trabajo: isopentano, isobutano, n-pentano y R114. Los resultados muestran que las centrales doble flash generan un 17% más de potencia neta que las centrales de simple flash a igualdad de temperatura del fluido geotermal. A su vez para la tecnología de ciclo binario las centrales de doble presión fueron las que proporcionaron una mayor potencia. El isobutano resultó ser el fluido de trabajo que entregaba un mejor rendimiento de las centrales de ciclo binario básico, con IHE y regenerativo con IHE. En el caso de las centrales de doble presión el mejor fluido de trabajo fue el isopentano. Al comparar las tecnologías flash y de ciclo binario, se obtuvo que la central de ciclo binario de doble presión (con una temperatura de condensación de 25 [°C]) y la central doble flash con una temperatura del fluido geotermal de 289 [°C] registraron la mayor eficiencia de utilización con un 45% y un 40% respectivamente. A partir de los resultados termohidráulicos se seleccionó una central simple flash de 28 [MW] y una central de ciclo binario con IHE de 5 [MW] para estudiar su factibilidad económica. Se consideraron cuatro escenarios de ingresos de las centrales: 1) Caso Base: venta de energía, venta de potencia, venta de bonos de carbono y el incentivo dado por la ley de ERNC, 2) Caso base sin considerar bonos de carbono, 3) Caso base sin considerar la ley de ERNC, 4) Caso base sin considerar bonos de carbono y la ley de ERNC. Los resultados del estudio económico muestran que la central simple flash es una buena alternativa de inversión en Chile para los 4 casos. En el caso base se obtuvo un VAN de US$ 38,6 millones de dólares y una TIR de 45,7 %. La central de ciclo binario resultó ser una buena alternativa de inversión sólo en los casos base y caso base sin bonos de carbono, obteniendo en el caso base un VAN de US$ 2,9 millones de dólares y una TIR de 24,9 %.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo resolvió el problema de planificación del sistema de transmisión para distintos escenarios futuros de inversión en generación. En cada uno de estos escenarios se definió un mix particular de tecnologías de generación, dándole una atención especial a las tecnologías solar, eólica e hidráulica, y considerando como año objetivo el 2025. Este ejercicio consideró además la instalación de equipos FACTS de compensación serie, que se co-optimiza con la instalación de infraestructura típica: líneas de transmisión y transformadores. En este trabajo, los equipos FACTS pueden sintonizarse en tiempo real y coordinadamente con el despacho económico de las unidades de generación para cada una de las condiciones de operación, permitiendo descongestionar cuellos de botella y utilizar corredores de transmisión con capacidad ociosa, haciendo un uso más eficiente del sistema en su conjunto. Considerando esto, uno de los objetivos de este trabajo es determinar el rol de los equipos flexibles de red a futuro y cuantificar en qué medida éstos pueden sustituir la necesidad por infraestructura típica (líneas, transformadores, etc.) en un contexto de mayor generación renovable y, por lo tanto, donde existe un patrón de flujos más variables en la red de transmisión. Se demostró a través de las simulaciones que en los escenarios con mayor incremento de generación renovable (particularmente solar), los equipos FACTS reducían hasta en un 58 % (20,8 [MUSS$]) el gasto en infraestructura tradicional, reduciendo el costo de la función objetivo en 27,8 [MMUS$]. También se demostró que en situaciones donde que se requiere rápidamente de nueva infraestructura de red para solucionar congestiones (i.e sin la necesidad de esperar por la entrada de grandes proyectos de transmisión), los equipos FACTS pueden reducir hasta en un 88 % (113,3 [GWh]) los vertimientos de generación renovable y así los costos totales del sistema.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En un trabajo previo se propuso un control de mitigación de efecto nube que permitía disminuir los efectos nocivos de la nubosidad parcial sobre parques fotovoltaicos en la frecuencia de sistemas eléctricos de potencia. Esto último sin la necesidad del uso de acumuladores de energía. La estrategia se basa en la operación sub-óptima de los parques (operación en deload) con tal de disponer de reservas de potencia. A pesar que la implementación del sistema nombrado mejoró la frecuencia del sistema de forma significativa en comparación al caso base (sin el sistema de control), la operación en deload de los parques implica una gran cantidad de energía que no se está aprovechando, lo que no se consideró en la metodología. Con tal de mejorar esto, el siguiente trabajo propone un control de mitigación de efecto nube en parques fotovoltaicos de gran escala basado en una herramienta de pronóstico de radiación. Esto último permite disminuir las pérdidas de energía junto con mitigar los efectos de la nubosidad parcial, mediante la determinación de un nivel de deload en los parques fotovoltaicos usando dicho pronóstico. En primer lugar, esta tesis presenta una revisión bibliográfica y discusión del estado del arte de las técnicas de pronóstico en parques fotovoltaicos. Se muestra que la selección de la técnica de pronóstico depende en la información disponible y la ventana de tiempo del pronóstico, es decir, dependerá del caso de estudio. Dicho esto, se propone el uso de una técnica de pronóstico basada en redes neuronales en el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) de Chile. El pronóstico sirve para determinar el nivel de deload en el parque fotovoltaico para los siguientes 10 minutos, en función de una rampa de radiación. Los resultados muestran que la implementación de la técnica de pronóstico no solo mejora la respuesta en frecuencia del sistema, sino que también disminuye las pérdidas energéticas de forma significativa. / Este trabajo fue parcialmente financiado por el Proyecto CONICYT/FONDAP/15110019 "Solar Energy Research Center" SERC-Chile y el Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería (ISCI)

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / El estudio del recurso solar disponible en fachadas de edificios puede permitir el desarrollo de proyectos para su aprovechamiento, sin embargo, en Chile actualmente no se dispone de datos en forma de valores medidos por instrumentos para ello. Para subsanar esta deficiencia, se utilizan modelos que simulan los procesos físicos durante la trayectoria de la energía solar, considerando los efectos específicos asociados al entorno del lugar. Por esto, se propuso estimar la irradiancia solar global en las fachadas de un edificio estándar en la ciudad de Santiago, Región Metropolitana, mediante un modelo de simulación. Para lograr dicho objetivo, se modificó el modelo PINSOL para realizar estimaciones en entornos urbanos mediante la inclusión del factor de cielo visible (SVF), y se evaluó la exactitud del cálculo mediante una comparación con el modelo comercial Autodesk® Ecotect sobre las fachadas de la biblioteca Ruy Barbosa, de la facultad de Ciencias Agronómicas en el Campus Antumapu de la Universidad de Chile. De los resultados obtenidos, PINSOL tiene mejores ajustes en las envolventes Techo y Este; en la fachada Oeste es poco satisfactorio, y Norte no tiene ninguna relación con Ecotect, debido al comportamiento errático de la serie de datos. A pesar de esto, en ambas simulaciones se observa una dinámica inversa de ésta fachada respecto de las otras: aumenta la irradiancia en invierno y disminuye en verano, de tal forma que, en la época invernal, la captación sería más eficiente en un plano con exposición norte y alta pendiente, siendo éste un dato relevante al momento del uso del recurso solar. Pese a obtener resultados poco satisfactorios, las simulaciones representan a grandes rasgos las características del recurso solar en fachadas de edificios en la Región Metropolitana. Sin embargo, la falta de información adecuada como entrada para los modelos y la escasez de datos con los cuales comparar los resultados impide comprobar de forma completa la validez de la modelación. A pesar de esto, este estudio permite contar con una primera aproximación del recurso disponible en el entorno urbano de la región. Los modelos de simulación de energía solar utilizados se mostraron como herramientas útiles para su prospección, pero al igual que otros tipos de modelos, se ven limitados por la calidad de los datos de entrada. / The study of the available solar resource on building facades allows projects development for its use, however, currently there are no data as values measured by instruments for it. Instead, models that simulate physical processes in the path of solar energy are used, for which existing meteorological data is interpolated and adjusted to the specific effects associated with the local environment. Therefore, it was proposed to estimate the global solar irradiance on the facades of a standard building in the city of Santiago, Metropolitan Region, through a simulation model. PINSOL model was modified to estimate solar irradiance in urban environments by including the Sky View Factor (SVF), and the accuracy of the calculation was assessed by comparison with the Autodesk ® Ecotect comercial model, on the facades of the Ruy Barbosa library. PINSOL had better adjustments in the ceiling and East facade, in the West facade was unsatisfactory, and North had no relationship with Ecotect, due to the erratic behavior of the data series. Despite this, in both simulations, there is an inverse dynamics of this facade compared to the others: the irradiance increases in winter and decreases in summer, so that in the winter, collection would be more efficient in a plane with northern exposure and high slope, being this a relevant factor when the use of solar resources. Despite the unsatisfactory results, the simulations represent roughly solar resource characteristics on facades of buildings in the metropolitan area. However, the lack of adequate information as input for the models and the paucity of data with which to compare the results impossible to verify in full the validity of the modeling. Despite this, this study allows for an approximation of the resource available in the urban environment in the region. Simulation models are useful tools for solar energy prospecting, but like other types of models are constrained by the data, as explained above.