Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / Una de las energías renovables más prometedoras hoy en día corresponden a las mareomotrices y undimotrices, siendo esta última el foco principal de este informe. La energía undimotriz se manifiesta como energía mecánica que se transporta a través de las olas marítimas, y los métodos para aprovecharla, junto con los procedimientos de máxima extracción de energía son un tema que merecen un estudio bien detallado. La energía undimotriz, posee diversas diversas ventajas con respecto al resto de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC), las cuales pueden utilizarse como motivación para el desarrollo de este trabajo. Algunas de ellas son: Posee menor variabilidad, es fácil de predecir, la generación prevalece en el tiempo, posee gran potencial a nivel mundial y posee bajo impacto negativo en el medio ambiente. La necesidad de buscar nuevos métodos de extracción de energía marina, se basa en el reemplazo de los sistemas hidráulicos que utilizan las centrales undimotrices, por las siguientes razones: Existe un impacto medio-ambiental asociado al uso de pistones con fluidos tóxicos, fomentando las siguientes consecuencias: Contaminación de la fauna oceánica circundante, se añade complejidad al sistema, los costos en construcción son elevados, existe una mayor cantidad de pérdidas y alta probabilidad de falla. Lo anterior impulsa la búsqueda de generación energética marina minimizando costos y de manera sustentable, aplicando sistemas que no requieran de un intermediario hidráulico. En este trabajo de memoria, se procede a evaluar y comparar la posibilidad de generar energía undimotriz a través de dos métodos de extracción: El primero, consiste en la generación a través de Columnas de Agua Oscilantes (OWC), el cual utiliza una Máquina de Inducción Doblemente Alimentada (DFIM) que genera energía eléctrica a nivel costero o en alta mar. El segundo método, se concentra en el movimiento unidimensional de boyas flotantes acopladas con Máquinas Lineales Doblemente Alimentadas (DFLM), cuyas unidades se encuentran operando en mares de alta profundidad, debido a su capacidad de operar a bajas velocidades pero sometida a grandes fuerzas. Al utilizar el regulador de deslizamiento para el DFIG que permite evitar el estancamiento de la turbina, se demuestra una mayor eficiencia en la generación eléctrica. Mientras que al utilizar el diseño de flujo híbrido se prueba que la generación de energía es convincente. Lo anterior se concluye debido al aumento de la potencia RMS o promedio para el caso del DFIG, y por la generación de potencia instantánea sinusoidal sobre el DFLG.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / Debido al contexto geopolítico y medioambiental, tanto nacional como internacional, ha surgido un nuevo impulso en minimizar el uso de hidrocarburos como fuente de generación eléctrica y de transporte. Esta preocupación ha incentivado el uso de las energías renovables no convencionales (ERNC) que utilizan como fuente los llamados 'recursos limpios' como el sol, el viento y los ríos, entre otros. Este tipo de tecnologías se utilizan en grandes proyectos eléctricos a nivel industrial, en redes de distribución como 'generación distribuida' o en sistemas inteligentes como las 'micro redes'. El uso de ERNC introduce problemas que no presentan las redes eléctricas con infraestructura convencional, esto se debe a la intermitencia y disponibilidad esporádica de las energías renovables no convencionales. Esto puede generar problemas en la estabilidad del sistema, su confiabilidad y la calidad de suministro de la electricidad. Estos problemas pueden ser solucionados introduciendo sistemas de almacenamiento de energía que respaldan la potencia entregada por la generación intermitente, lo que les da la capacidad mejorar la estabilidad del sistema y la calidad de la potencia que se entrega al consumidor final. En este contexto, el presente trabajo tiene como objetivo diseñar e implementar un sistema de control para los sistemas de almacenamiento con baterías mediante el uso de un conversor de potencia trifásico de tres piernas diseñado para operar en redes de baja tensión. El sistema de control debe permitir al conversor trabajar en modo de operación aislado o conectado a la red. La fuente de alimentación de energía o sistema de almacenamiento corresponderá a un banco de baterías el cual cuenta con las opciones de almacenar o generar electricidad. El objetivo del prototipo final estará orientado al uso en los laboratorios eléctricos de la Universidad. Este trabajo incluye una revisión bibliográfica de las micro redes, electrónica de potencia de conversores y baterías, sistemas de almacenamiento existentes, filtros pasivos como técnicas de reducción de armónicos y sistemas de control de conversores. Además se realizan dos tareas importantes, la primera es el diseño y simulación de una estrategia de control para convertidores formadores de red con control Droop y la segunda, es la implementación del esquema de control diseñado en una aplicación real de una micro red en el laboratorio de redes inteligentes de la Universidad de Chile.

Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo de la industria y el crecimiento de la población chilena genera constantemente un aumento en la demanda energética del país. Es por esta necesidad que se requiere el aumento de la matriz eléctrica nacional. También es necesario disminuir las emisiones de gases de combustión al ambiente, para contribuir con el cuidado del medio ambiente. Por lo tanto, se requiere que participe en un mayor porcentaje la generación eléctrica a partir de fuentes renovables. Chile presenta un gran potencial para las energías renovables. En el norte del territorio existen dos grandes fuentes de energía limpia: La energía geotérmica por la existencia del anillo de fuego del pacífico, y la energía solar, gracias a los cielos despejados del norte del país. En particular, este trabajo analiza la localidad de Pampa Apacheta, en la región de Antofagasta, que cuenta con la primera planta geotérmica de Sudamérica, Cerro Pabellón. El objetivo de esta memoria es analizar la estrategia de integración de una planta geotérmica de ciclo binario y un campo solar de concentración en el norte de Chile, específicamente en la localidad de Pampa Apacheta. Para realizar el análisis se genera un modelo representativo de una planta geotérmica de ciclo binario de 26 MWe, utilizando los datos de Cerro Pabellón. Además, se desarrolla un modelo de un campo de colectores solares parabólicos en base a la radiación de la localidad de Pampa Apacheta. El calor solar obtenido de los colectores es entregado al ciclo geotérmico para aumentar la cantidad de vapor del fluido geotérmico y la temperatura de vapor a la entrada de la turbina de vapor. Se analiza la operación de la turbina fuera de los parámetros de diseño en base a la Elipse de Stodola, para valores de presión entre los 690 kPa y 1; 500 kPa, temperaturas de entrada entre 438 K y 663 K y títulos de vapor entre 28;64% y 90%. Se evalúan 4 configuraciones de planta híbrida. La configuración 1 logra la generación máxima de la planta híbrida de 73;45 MWe, aumentando un 276% la generación total, utilizando un campo solar de 263;18 MWt. Pero esto no significa lograr un menor costo nivelado de energía LCOE. Por esto se realiza un análisis transiente del funcionamiento de la planta geotérmica-solar para evaluar su LCoE. Se logra disminuir el este índice con un campo solar cuya capacidad de diseño de generación térmico es de 66;13 MWt, obteniendo un LCoE de 87;3 USD/MWh, en comparación al 94;21 USD/MWh de una planta geotérmica en el norte de Chile y un LCOE de 100 ����� 120 USD/MWh de una planta concentradora solar CSP.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Eléctrica / En la actualidad, los mercados eléctricos de distintos lugares del mundo se encuentran migrando a una economía verde, desarrollando políticas locales que apuntan a la reducción de los Gases de Efecto Invernadero, siendo la descarbonización de la matriz de generación una posible solución que desplazaría a tecnologías altas en emisiones como son las centrales a carbón. Chile no se excluye de este fenómeno, pues en el marco de la Política Energética 2050, el Ministerio de Energía junto con la Asociación de Generadoras establecieron el compromiso de no desarrollar nuevos proyectos en base a carbón y crear una mesa de trabajo que estudie y analice las condiciones que afectarían al sistema eléctrico ante el retiro de aquellas centrales a carbón ya existentes. En virtud de lo anterior, resulta relevante estudiar las condiciones a las cuales se ve enfrentado el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) cuando es sometido a un cambio tecnológico de esta envergadura. Para ello, el presente documento corresponde a un estudio de mediano-largo plazo con miras al año 2030 donde se pueda deducir el estado de operación del SEN en este nuevo contexto, identificando sus condiciones de en diferentes escenarios propuestos y respondiendo a si se encuentra el sistema capacitado para este cambio tecnológico. Se estudian tres casos: (1) Caso Base, (2) Caso 1: riesgo y (3) Caso 2: adaptado, donde el primero representa el sistema eléctrico actual proyectado al año 2030, en el segundo, se realiza un cronograma de retiro de las centrales existentes tipo vapor-carbón y en el tercero se adapta el parque de generación ante el retiro de estas centrales. En cada uno de los casos se simula la operación de largo y corto plazo junto con la expansión de la generación a través de la plataforma AMEBA. Los resultados de la simulación del SEN indican que en el Caso 1 el sistema se ve vulnerado ante el retiro de centrales, no abasteciendo la demanda del sistema en condiciones de escasez hídrica, por lo que es necesario impulsar las medidas necesarias para no llegar a este estado de operación. En el Caso 2, se reemplaza la capacidad instalada de tecnología vapor carbón por unidades generadoras de Energía Renovables de Fuente Variable (ERFV) solares y eólicas - junto con tecnologías convencionales - gas natural e hidroeléctricas de pasada -. Estas últimas por la necesidad de atributos de flexibilidad del sistema. Respecto a la operación del SEN, técnicamente, si se podría realizar el retiro de centrales al año 2030, pues se abastece la demanda y se cumplen las restricciones impuestas. Desde la perspectiva económica, los costos marginales del sistema presentan un alza al retirar las centrales de carbón que se refleja en los costos de generación. No obstante, este incremento puede ser mitigado si se toman en cuenta la totalidad de los costos operativos, esto es sumando el costo por emisiones junto con el costo de generación. Así, la reducción de las emisiones en el C2 podría reducir el costo total de operación en comparación al Caso Base dependiendo del impuesto utilizado.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / Este trabajo aborda las energías renovables no convencionales desde una perspectiva económica, considerado los costos y beneficios de una política pública que sea proclive a las mismas. Además, se analizan los principales incentivos legislativos existentes en nuestro país sobre la materia y se concluye con tres propuestas de política pública para el correcto desarrollo de este tipo de energías en nuestra matriz eléctrica.

Magíster en Gestión y Políticas Públicas / El presente trabajo mide el impacto de los factores que han incidido en la caída de costo marginal del 33% en el Sistema Interconectado Central (SIC) en el 2016, un fenómeno que no se veía en casi 10 años, desde el corte de suministro de gas argentino en 2006. Algunos expertos plantean que tal caída se debió a cuatro factores que conjuntamente incidieron en ella: cambios climáticos, incorporación de energías renovables, caída de precios de combustibles fósiles en el mercado internacional, y bajo crecimiento de la demanda en 2016. Este trabajo busca medir el grado de impacto y la efectividad de la caída de esos factores debido a las incertidumbres caracterizadas por las oscilaciones anteriores. Esta no es la primera caída durante el periodo en estudio. Con todo, es la mayor de todas y merece un análisis, ya que también se debió a la intervención de políticas del gobierno a través de la implementación de medidas tomadas en la agenda de marzo de 2014, las cuales permiten elevar al 70% la participación de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) hasta 2050 en toda la matriz eléctrica chilena. Como metodología: para llegar a los resultados esperados se creó una base de datos con variables asociadas a todos los factores. Seguidamente, se agrupó las variables según los factores, y utilizando el programa SPSS, se realizó un análisis de regresión lineal múltiple para estimar factores de mayor incidencia en el costo marginal. Los resultados obtenidos en el estudio muestran que la intervención de políticas gubernamentales (a través de incentivos a la incorporación de ERNC en el SIC), han determinado en gran medida la reducción del costo marginal. A esto le siguen los cambios climáticos y la caída de precios de combustibles fósiles en el mercado internacional. No se ha verificado una correlación estadísticamente significativa entre el factor bajo crecimiento de la demanda y el costo marginal.

Ingeniero Civil Mecánico / Los antecedentes generales describen en que consiste el proyecto Solar Mining, cuál es la herramienta de análisis de ciclo de vida (ACV), cuáles son las tecnologías solares disponibles y detalles sobre la industria del hierro en Chile. La principal motivación de este trabajo es abordar temas de sustentabilidad, área de suma importancia e interés en un mundo sumido en el calentamiento global. El objetivo general de este trabajo es evaluar el beneficio ambiental que puede lograrse con la integración de tecnologías solares en la industria de hierro en Chile a través de un estudio de ACV utilizando como unidad funcional una tonelada de mineral o pellet, específicamente el beneficio respecto al potencial de calentamiento global (PCG) medido en kilogramo de dióxido de carbono (CO_2) equivalente por tonelada de mineral o pellet. Para alcanzar este objetivo general, será necesario estudiar cómo se realiza un análisis de ciclo de vida, recopilar información y datos de la industria del hierro en Chile, modelar los procesos en un software de ACV, obtener indicadores de impacto ambiental, validar los resultados mediante la comparación con estudios previos, revisar las tecnologías solares modeladas por el equipo de Solar Mining e identificar procesos donde sea posible la integración de tecnologías solares. Los alcances principales son que se estudiará la industria del hierro en la operación de Valle del Huasco, será un ACV que comprende desde la operación minera hasta la concentración y se utilizarán solo las tecnologías solares previamente modeladas por integrantes del proyecto Solar Mining. La metodología utilizada es el ACV. Se recopiló información específica del sitio en estudio y se utilizó el software Gabi v6 y la base de datos Ecoinvent v3.1 para completar el inventario de ciclo de vida (ICV) y realizar la evaluación de impacto de ciclo de vida (EICV) . Debido a lo agregado de los datos, una asignación de coproductos se debió realizar para analizar cada producto por separado Se obtuvo el PCG mediante el método CML2001 considerando un horizonte temporal de 100 años. Para el caso base fue de 116 kg CO_2 eq./t pellet para el pellet, 38 kg CO_2 eq./t mineral para el pellet feed, 17 kg CO_2 eq./t mineral para el sinter feed y 4 kg CO_2 eq./t mineral para el p40. También se obtuvieron indicadores de otras tres categorías de impacto utilizando el método CML2001: el requerimiento de energía bruta (REB), el potencial de acidificación (PA) y el potencial de eutrofización (PE). Al integrar las tecnologías solares se lograron beneficios en la reducción del PCG de aproximadamente un 34% para el pellet, un 57% para el pellet feed, un 22% para el sinter feed y un 94% para el p40. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto Solar Mining del Chilean Solar Energy Research Center

Ingeniero Civil Mecánico / La población El Guindal, ubicada al oriente de la comuna de Machalí, sexta región, posee un comité de agua potable, el cual extrae agua dulce desde un pozo a pocos kilómetros del asentamiento urbano. Esta población es conocida popularmente por ser habitada por familias de escasos recursos, es por esto que nace la idea de llevar a cabo un proyecto de provisión de agua caliente sanitaria, mediante energías renovables, específicamente, mediante energía geotérmica. La existencia del pozo hace evidente el desarrollo de un sistema que aproveche la energía proveniente del pozo. Es por esto que surge la motivación de utilizar una bomba de calor geotérmica de agua subterránea (GWHP). El objetivo general del trabajo es evaluar técnica y económicamente un sistema que suministre agua caliente sanitaria a un conjunto de 15 casas en esta población. Para lograr esto, los objetivos específicos apuntan a caracterizar el lugar y el sistema existente; establecer las demandas de energía y de agua; llevar a cabo la ingeniería básica de la solución y desarrollar un análisis económico en base a diferentes escenarios. El trabajo comienza con la determinación de parámetros termodinámicos del sistema existente, para luego identificar las variables involucradas. Esto, Junto con el cálculo de la demanda energética, es posible dar paso a la proposición de un sistema. Luego se dimensionan y costean los equipos, y además, los insumos a utilizar. Con esto, se da paso al análisis económico. En él se determina que el proyecto es atractivo en todos sus escenarios, llegando a tener retornos de la inversión de hasta 8 años, cifras de valor actual neto siempre positivas y tasas internas de retorno siempre superiores a la tasa de descuento utilizada. Estos indicadores muestran que el proyecto contribuye a ayudar económicamente a estas 15 familias. Existe una eminente reducción de emisiones de dióxido de carbono, lo que sin duda contribuye a una mejor calidad de vida de los habitantes de la población El Guindal. Socialmente, el proyecto permite dar a conocer otro tipo de fuentes de energías renovables, justificando la gran inversión con los beneficios medioambientales inherentes a este tipo de tecnologías.