Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Existe una creciente preocupación por la sostenibilidad, producto del ritmo de consumo de recursos naturales de la actividad económica humana y en un contexto de cambio climático a escala global. En este sentido, la descarbonización de la oferta de energía de los sistemas eléctricos constituye un elemento clave. De hecho, se ha logrado incrementar sostenidamente la penetración de fuentes renovables a nivel mundial. Estas fuentes (eólica y solar), en su mayoría, tienen la desventaja de presentar una alta variabilidad y baja predictibilidad. Lo anterior se debe compensar agregando soluciones que aporten flexibilidad a los sistemas eléctricos. Las tendencias de costos observadas permiten suponer que las tecnologías de almacenamiento energético jugarán un rol relevante en la provisión de flexibilidad, debido a las características técnicas que éstas poseen. Si bien se han realizado importantes esfuerzos para determinar el dimensionamiento óptimo de estas tecnologías, se identifica una falencia de metodologías simplificadas y suficientemente precisas que faciliten el entendimiento de los conceptos básicos asociados. Por otra parte, también es deseable que estas metodologías puedan, además, ser utilizadas en la toma de decisiones en el sector. El objetivo de esta tesis es desarrollar una metodología gráfica-analítica que permita determinar la combinación mix óptima de tecnologías de generación y almacenamiento en un sistema eléctrico de potencia. Una metodología clásica utilizada para planificar parques de generadores es la denominada screening curves , en la cual los consumos se representan a través de una curva de duración. La metodología propuesta consiste en integrar de manera sistemática las tecnologías de almacenamiento, lográndose desarrollar un procedimiento secuencial que permite realizar una planificación centralizada a mínimo costo de tecnologías de generación y almacenamiento. Las energías renovables de carácter variable son integradas a través de distintos escenarios de penetración y su generación es descontada en forma cronológica de la estimación de consumo horario en el año de análisis. Junto con entregar un respaldo teórico a la metodología propuesta, ésta se valida con dos casos de estudio: uno teórico que permite detallar la aplicación del algoritmo, y un sistema basado en la proyección del sistema eléctrico chileno al año 2050. Ambos casos son contrastados con los resultados obtenidos con una metodología de planificación convencional de simulación numérica. Asimismo, se presenta un estudio adicional del sistema eléctrico alemán al año 2050. Los resultados obtenidos permiten validar el algoritmo propuesto. Se constata que la metodología converge al óptimo cuando el mismo problema es resuelto con métodos numéricos. Además, se observan bajos porcentajes de error al comparar con el resultado obtenido al resolver la planificación utilizando la curva de duración de carga sin su aproximación por bloques. Por otro lado, las diferencias son mayores cuando se compara con un modelamiento cronológico, lo que demanda una calibración exógena de parámetros del modelo, tales como el número de ciclos esperados del sistema de almacenamiento. Se presenta un análisis de conceptos técnico-económicos claves que determinan la integración y mix de tecnologías de almacenamiento a un sistema eléctrico. Estos constituyen el aporte de la tesis a potenciar la toma de decisiones respecto de la integración de sistemas de almacenamiento en un sistema eléctrico de potencia. Asimismo, estos conceptos buscan ser un aporte a la docencia y formación en el área. Como trabajo futuro se propone optimizar la selección del número de bloques de la curva de carga y la estimación del número de ciclos esperados de los Sistemas de Almacenamiento de Energía. / Este trabajo ha sido financiado por CONICYT

Memoria para optar al Título Profesional de: Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / En este trabajo se presenta la primera estimación del potencial eólico offshore de Chile a partir de información de viento proveniente del producto ―QuikSCAT (V04) wind vectors” y datos de velocidad del viento del reanalysis ERA-interim para el periodo 1999-2009 y 1979-2012 respectivamente. Ambos conjuntos de datos fueron ajustados a las distribuciones de Weibull y Rayleigh para encontrar la probabilidad de ocurrencia y las medias, mínimas y máximas de cada serie de tiempo ajustada por pixel. Para toda la escena se estimaron los valores de generación eléctrica y factor de planta usando tres turbinas aerogeneradores de 3,6, 5,0 y 8,0 MW. Las imágenes resultantes fueron agrupadas en tres diferentes zonas de potencial a lo largo de Chile, denominadas (A) en el extremo norte, (B) en el centro y (C) en el centro-sur. Los factores de planta promedio para las 3 zonas superan el 20%, siendo un 36% para las zonas B y C. Esto demuestra el alto potencial para la generación de energía eléctrica frente a las costas de nuestro país. / This work presents Chile‘s first offshore wind potential estimation using long term data series from ―QuikSCAT (V04) wind vectors” and ERA-interim‘s wind product between 1999-2009 and 1979-2012 respectively. Weibull and Rayleigh‘s distribution were used to adjust the data series from the study period to find the probability density function, mean wind speed, maximum and minimum from each data series adjusted per pixel. Power generation and a capacity factor were estimated for the whole scene using three wind turbine models corresponding to 3.6, 5.0 and 8.0 MW. The images obtained from the processing were grouped into three different wind power zone named (A) located up north, (B) in the center and (C) down south-center. Finally, mean capacity factors are over 20% but areas B and C have an average of 36%. This shows the high wind power potential to generate electricity offshore from Chile.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Agrónomo Mención: Manejo de Suelos y Aguas / La producción de aceite de Oliva está aumentando año a año en Chile, provocando un incremento en la generación del residuo conocido como alperujo, que por características físicas y químicas es un agente contaminante del medio ambiente. Por lo general se utiliza este desecho estabilizado mediante compostaje, aplicándolo al suelo como una fuente de nutrientes y minerales para los distintos cultivos y frutales. Una alternativa es usar el alperujo en la producción de biogás, para lo cual es necesario mantener las condiciones óptimas durante la fermentación metanogénica, principalmente la relación C:N, sólidos totales, sólidos volátiles, temperatura, pH y conductividad eléctrica (CE), siendo necesario mezclarlo con otro tipo de residuos. El objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial de la mezcla entre el alperujo y el desecho de hortalizas, analizando la cantidad y calidad del producto obtenido al final del proceso. El estudio se realizó en la planta piloto de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile, con un tratamiento que contenía alperujo y desecho de betarraga. El tratamiento duró alrededor de 72 días y el resultado fue un gas de baja calidad con un porcentaje de metano inferior al 40% y una cantidad inferior a 3 litros de gas, principalmente por problema de al inicio del proceso con la temperatura y posible dificultades en generar colonias con bacterias metanogénicas. Debido a esto, se realizó nuevamente el ensayo, agregando guano de bovino fresco. Los resultados fueron significativamente distintos, ya que, el ensayo duró alrededor de 60 días y se obtuvo un gas de buena calidad con un porcentaje de metano mayor al 55% y una cantidad por sobre de 25 litros de gas. La clave para mantener un proceso óptimo fue mantener la relación C:N en 30:1, trabajar a temperatura mesofílica y utilizar guano de bovino como una fuente de inoculos. / The Olive oil production is increasing every year in Chile, triggering an increase in waste generation known as alperujo, that physical and chemical characteristics is an environmental pollutant. Usually this is used stabilized waste through composting, applying it to the soil as a source of nutrients and minerals for different crops and fruit trees. An alternative is to use the alperujo in biogas production, which is necessary to maintain optimum conditions for methanogenic fermentation, mainly the C: N, total solids, volatile solids, temperature, pH and electrical conductivity (EC), being be mixed with other waste. The objective of this study was to evaluate the potential of mixing between the alperujo and vegetable waste, analyzing the amount and quality of the product obtained at the end of the process. The study was conducted in the pilot plant of the Faculty of Agricultural Sciences, University of Chile, with a treatment containing waste alperujo and beetroot. The treatment lasted about 72 days and the result was a low quality gas with a methane percentage of less than 40% and an amount less than 3 liters of gas, mainly due to problems with the process start temperature and possible difficulties in methanogenic bacteria produce colonies. Due to this, the test was performed again by adding fresh bovine manure. The results were significantly different, since the test lasted about 60 days and achieved a good quality gas with a methane content higher than 55% and an amount of about 25 liters of gas. The key to maintaining optimal process was to keep the C: N 30:1, work mesophilic temperature and use cattle manure as a source of inoculum.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniera en Recursos Naturales Renovables / Uno de los principales incentivos para el desarrollo de proyectos innovadores de energización es hacer realidad la electrificación para zonas rurales aisladas con la inserción de energías renovables en estos proyectos, especialmente en países en vías de desarrollo. Esta solución energética está basada principalmente en un modelo de cogestión, el cual resulta eficiente y competitivo en comparación con otro tipo de modelo de gestión. Por lo tanto, para la mayoría de los países, el proceso de cogestión es la única opción para proyectos implementados en zonas rurales aisladas. Por otro lado, para que la cogestión de un proyecto sea exitosa, es esencial que los actores sociales involucrados asuman su responsabilidad en la gestión del proyecto. Es por esto, que se generó una propuesta metodológica de evaluación de proyectos de micro-redes en comunidades rurales de Chile que permitirá la evaluación del proceso de cogestión para potenciar la sustentabilidad y el éxito de este. Se generó la propuesta metodológica inicial, que consta de las dimensiones, subdimensiones, variables, indicadores y el cuestionario para la evaluación. Posteriormente se aplicó en el proyecto de micro-red ESUSCON, ubicado en la comunidad de Huatacondo, comuna de Pozo Almonte, Región de Tarapacá. Se realizaron las correcciones de los errores y se generó la propuesta metodológica final, compuesta por 5 dimensiones, 17 subdimensiones, 40 variables, 40 indicadores (cuantitativos y cualitativos) con sus respectivas fichas y un cuestionario para la evaluación, junto con la descripción de 6 etapas para la evaluación para facilitar a organismos desarrolladores de proyectos o comunidades que deseen evaluar el proceso.

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN (MBA) / Carla Cáceres Padilla [Parte I], Daniel Antonio Velásquez Villablanca [Parte II] / El cambio en la matriz energética de Chilena que se propone como meta aumentar la participación de las Energías Renovables No Convencionales, incentiva la energía fotovoltaicas a construir más plantas aprovechando las radiaciones que presenta el norte del país, con ello surge la necesidad de prestar servicios de apoyo a las planta fotovoltaicas, específicamente servicio de hincado de pilotes para la etapa de construcción y servicios de limpieza durante la etapa de operación de las plantas. CAVELSA tendrá la representación exclusiva de maquinaria internacionalmente reconocida pionera en chile para el servicio de limpieza de paneles de la marca GEVA-BOT. Para el servicios de hincado representará a la empresa Orteco. El mercado objetivo de CAVELSA serán las plantas fotovoltaicas en construcción y operación ubicadas en la II, III y región metropolitana. El proyecto se evaluó a 5 años, arrojando un VAN de $540.546.353, con una tasa de de descuento de 16,7%, una TIR de 55%, y Payback a 2 años.

Ingeniero Civil Mecánico / El aumento exponencial de los requerimientos energéticos a nivel mundial en las últimas décadas, junto a un aumento paulatino de la población exige un cambio hacia formas de energía más limpias. Dado lo anterior, las celdas de óxido reversible (RSOFCs), han sido materia de estudio durante las últimas décadas, exhibiendo gran potencial como una alternativa limpia de generación energética. Sin embargo, requerimientos como una buena conductividad iónica y eléctrica y resistencia a altas temperaturas, ha significado costos excesivos en materiales, tanto para su formación como por el deterioro durante su uso. En este sentido, el principal motor de desarrollo para esta tecnología consiste en encontrar nuevos materiales para su uso a temperaturas menores y que, al mismo tiempo, tengan las características requeridas para el funcionamiento físico y químico de las mismas. Este último desafío considera la principal motivación de esta memoria. Uno de estos materiales consiste en el La2NiO4+delta (LNO), el cual ha presentado reportes de mejoras notable en las propiedades electroquímicas del mismo al ser dopado con otras especies. En este sentido, el objetivo general de esta memoria consiste en la fabricación y caracterización de las propiedades mecánicas de LNO dopado con estroncio y bario. Para lograr el objetivo principal, se desprenden una serie de objetivos específicos que consideran la preparación de material LNO con respectivo dopaje de Sr 2+y Ba 2+, el estudio de las propiedades del material mediante diversos procesos y variaciones de los mismos y el análisis y discusión sobre la posibilidad del uso del material sintetizado como electrodo de oxígeno en celdas de óxido sólido reversibles. Para esto, se desarrolla una metodología que consiste en la fabricación de muestras de La1.8M0.2NiO4+delta (M: Sr 2+y Ba 2+) mediante el método sonoquímico. Luego, se realizan una serie de pruebas para caracterizar el material en diversas propiedades, las cuales incluyen TG, BET, XRD y HRTEM para caracterización estructural, ensayos de ICT e indentación para la obtención de módulo de elasticidad, dureza y tenacidad a la fractura, en término de sus propiedades mecánicas. Finalmente, se logran obtener variados valores de microdureza y tenacidad la fractura para distintas configuraciones de dopantes y temperaturas de sinterizado. Se concluye que en general las propiedades del material con dopantes son mejoradas debido a un cambio en la microestrctura del material que lo hace más resistente y con un módulo mayor, sin embargo, menos tenaz, ligado al aumento de las propiedades electroquímicas ya reportadas. En particular, para el dopaje con bario, se obtiene una microdureza de 8.93 [GPa], tenacidad a la fractura de 1.96 [MPa m^{1/2}] y módulo de Young consistente en 147.8 [GPa]. Los objetivos son cumplidos a cabalidad. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto FONDECYT N° 11160202

Ingeniero Civil Eléctrico / El actual esfuerzo mundial en busca de la descarbonización de la matriz energética ha provocado la incorporación de centrales renovables no convencionales a la red, provocando desafíos en su operación, y cuestionando la estructura de sus mercados. Ante esta situación, los sistemas de almacenamiento se presentan como una alternativa atractiva, motivando realizar una revisión de las posibilidades que ofrece el mercado para su incorporación. El objetivo principal del presente trabajo de título es identificar potenciales modelos de negocios para sistemas de almacenamiento, considerando el punto de vista de los distintos agentes que participan del mercado eléctrico. Se realiza una revisión del estado del arte del desarrollo de estas tecnologías en el mundo, junto a sus modelos de negocio y regulación, lo que da cuenta de una limitada flexibilidad regulatoria y de una necesaria revisión de los actuales diseños de mercado. En segundo lugar, se propone una clasificación de modelos de negocio en el contexto chileno, analizando al almacenamiento según la propuesta de valor, creación de valor y captura de valor. Por consiguiente, una vez detectados potenciales modelos, se analiza el riesgo financiero, regulatorio y operativo para cada uno de los agentes. En tercer lugar, bajo una visión prospectiva de la red nacional al año 2021, se cuantifica la propuesta de valor del almacenamiento en un escenario de alta penetración renovable. Para ello, se simula un escenario base y un escenario de alta penetración eólica y solar llamado ERNC, identificándose los desafíos que traen consigo las tecnologías de generación variable. Luego, bajo dicho escenario ERNC, se simulan distintas sensibilidades de sistemas de almacenamiento en la red, demostrando su aporte en flexibilidad, en confiabilidad y en la reducción de costos operativos. Consecuentemente, se estudian tres posibles modelos de negocio para una empresa generadora bajo el escenario ERNC, considerando el contexto del mercado eléctrico chileno. Primero, se analiza un modelo basado en arbitraje de precios, considerando el supuesto que el dueño de la central tiene la facultad en la decisión de sus consumos. El caso de estudio logra obtener un aumento en las utilidades en un 3% en comparación a una operación coordinada, motivando a regular la operación de estas tecnologías según su capacidad. Luego, se analiza un modelo que adiciona el servicio de reservas sistémicas, donde el actual esquema remunerativo parece un escenario favorable, lográndose aumentos en el margen operacional de hasta un 30%. Sin embargo, este sistema de remuneración está siendo revisado a la luz de la normativa de servicios complementarios. Finalmente, se estudia un modelo en el que el almacenamiento permite alterar el perfil de disponibilidad de una central solar, resultando dos posibles efectos. Por un lado, mejora el pago por potencia, mientras que, por otro, se tiene un mayor control en el suministro a un cliente en términos del balance de energía. El trabajo concluye que los modelos de negocio dependerán tanto del avance regulatorio a futuro como de la baja en los costos de inversión, sentando las bases para continuar con este tipo de estudios en futuras investigaciones.

Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo e impulsión de las ERNC (Energía Renovables No Convencionales) ha adquirido un auge notorio en los últimos años en nuestro país, sobre todo con la aprobación de la denominada ley 20/25, que exige para el año 2025, un 20% de partición de las ERNC en la matriz energética nacional. Esto implica un importante desafío en el camino a seguir en materia energética, dado el contexto nacional que señala a Chile como un país rico en recursos naturales. Entre ellos, cabe destacar el enorme potencial solar de nuestro país, que no ha visto una inversión suficiente para un desarrollo importante. En los últimos años, y debido a las políticas públicas para diversificar la matriz energética bajo un carácter renovable y el interés de las empresas mundiales por el potencial en suelo chileno, se ha invertido en importantes proyectos de energía solar, como la planta híbrida CSP (Concentrated Solar Power) en construcción que operará en el desierto de Atacama, siendo la primera planta de concentración de América Latina. La clave de esta tecnología es su capacidad de generar energía eléctrica de manera continua, esto gracias a su sistema de acumulación, que consiste en dos estanques rellenos con sal fundida, uno frío y el otro caliente, y proveen de energía térmica cuando los niveles de radiación son bajos. En el presente trabajo, se busca simular un ciclo completo de operación de un solo estanque, llamado termoclina, encargado del bloque de acumulación de una planta CSP, las que acumulan la energía proveniente de la radiación solar para producción de energía eléctrica en un bloque de potencia. Esta tecnología utiliza un solo estanque de acumulación en vez de dos, tal que tanto en los procesos de carga y descarga, se forma un gradiente vertical de temperatura en su interior, llamado termoclina. Para ello, se establecen las ecuaciones que gobiernan los fenómenos físicos, se dimensiona el estanque y las condiciones de borde e iniciales, se adapta el modelo en el software Comsol v5.3, y se configura para los procesos de carga y descarga. Los gráficos y valores obtenidos por el estudio indican una clara relación entre el espesor de la termoclina y las pérdidas de acumulación en un ciclo de operación. A medida que el espesor alcanza mayores valores, la pérdida de acumulación es mayor, de modo que una termoclina más compacta aumenta el rendimiento del estanque acumulador. Otra variable importante es la porosidad del medio de relleno del estanque, pues un aumento en la porosidad indica un aumento de rendimiento, lo que se explica por la mayor área para transferencia de calor entre el medio y el fluido de trabajo.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El consenso científico indica que la actividad humana ha causado el aumento de la temperatura del planeta, por esto se ha planteado el objetivo mundial de disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. Una de las medidas es aumentar la generación mediante energías renovables. Entre las energías renovables destaca la energía eólica, que es limpia y puede ser utilizada en una amplia gama de potencias (desde residencial hasta industrial) en diferentes lugares (desde zonas rurales aisladas hasta zonas urbanas). Las características de las turbinas eólicas de eje vertical, tales como menor generación de ruido, y ser omnidireccionales y robustas frente a turbulencia, hacen que sean adecuadas para la generación de energía en zonas urbanas por ejemplo en techos de edificios. El objetivo principal de una turbina eólica es obtener energía eléctrica junto con aprovechar de manera eficiente el recurso eólico disponible, estos objetivos pueden ser cuantificados mediante la potencia mecánica y la generación de entropía, respectivamente. Por consiguiente, en este trabajo de investigación se busca analizar comparativamente la generación de entropía y la potencia mecánica de turbinas eólicas de eje vertical en diferentes configuraciones de emplazamiento. Para ello se implementa un modelo computacional en dos dimensiones de tres turbinas eólicas en el software Ansys Fluent, se simulan 28 casos de emplazamiento. La investigación concluye que el máximo de generación de entropía instantáneo ocurre en el mismo momento que el máximo de potencia mecánica tanto a nivel de álabe como de turbina. Al mismo tiempo, sus zonas de fluctuaciones son coincidentes. En cuanto al análisis comparativo global, el máximo de potencia mecánica coincide con el mínimo de generación de entropía indicando ser el mejor lugar para emplazar una turbina eólica aguas abajo. Finalmente, si se modifica el emplazamiento se puede lograr una combinación que aumente la potencia mecánica y disminuya la destrucción de trabajo útil.

Magíster en Economía Aplicada. Ingeniero Civil Eléctrico / In the Chilean electricity market, renewable energy sources had a participation rate of 43% of total electric generation. In this context, the target for renewable energy participation levels is 60% for 2035 during 2017. Recent studies suggest that this target is achievable. However, there are some concerns about the impact that renewable energy imposes on the grid, which could lead to the inefficient incorporation of these technologies. One reason for this potential inefficiency is that electricity demand is not directly exposed to the spot price, so it is not very responsive to market conditions. The current literature on demand-side flexibility in the Chilean electricity system is limited and there are no studies that analyse the effects of the introduction of demand flexibility on the efficient use of renewable energy technologies in the Chilean electricity market. This thesis develops a deterministic Demand Response Unit Commitment (DR-UC) model. This model is formulated as a mixed-integer nonlinear program (MINLP) using a two-part quadratic disutility function. This formulation allows us to assess the impact of demand-side flexibility when demand can be shifted or adjusted in an electricity system using five different generation technologies (solar, wind, hydro reservoirs, run-of-the-river and thermal power plants). Unlike most of the literature, which considers that only a fraction of the total demand is flexible, I place no restriction regarding the amount of demand flexibility. I simulated the operation of the Chilean electricity system for different scenarios in the year 2035. I use the results of these simulations to assess the benefits provided by demand flexibility in the Chilean electricity market and the impact on renewable energy generation and on the operation of other technologies. The Demand Response benefits found in this study corresponds to a lower bound of its possible benefits to the system. The results of this thesis suggest that demand-side flexibility integration increases the efficient use of renewable energy investment for the year 2035. This is due to the reduction of both renewable energy curtailment and cycling operation of low-cost thermal power plants, as well as lower spot price variability. When incorporating demand-side flexibility, diesel generation is reduced by up to 42% due to the shift in consumption from peak to non-peak hours. An important result of the study is to show that a Demand Response would increase CO2 emissions because coal power plants operate at higher capacity. The software code that implements the model and assesses its impact is offered as free software, and is one of the major contributions of this work. It is available in the Git repository of the project.