Ingeniero Civil Mecánico / En este documento se detalla el diseño, la construcción y el estudio de un sistema undimotriz a pequeña escala conformado por módulos dispuestos linealmente el cual flota y describe la forma de las olas, además acumula presión gracias a la presencia de actuadores neumáticos. El trabajo tiene como fin maximizar la acumulación energética bajo ciertas condiciones de oleaje en un laboratorio mediante el bloqueo automatizado de las articulaciones entre módulos. Inicialmente se refiere de forma general la memoria de título Diseño y Construcción de Sistema Undívago para la Conversión de Energía , en él se describe el sistema denominado Nahuenrew, proyecto en el que esta memoria está basada. Luego se describen generalmente otros tipos de tecnologías undimotrices. Se describe la metodología de desarrollo del proyecto el cual involucra el diseño con herramientas de fabricación digital, la construcción e implementación del sistema con marcadores para la captura de datos mediante un OptiTrack el cual graba su movimiento según las variaciones de la frecuencia de un generador de olas. Una fase experimental fue intervenir en los grados de libertad del sistema bloqueando algunas articulaciones para analizar el comportamiento del sistema y comprar su comportamiento al estar con todos sus grados de libertad con el sistema con unos módulos bloqueados. Finalmente se automatiza el sistema y se logra maximizar la carrera total de los actuadores del mecanismo bloqueando los módulos según la frecuencia con la que la ola hace oscilar el prototipo. Y se logra aumentar la carrera de un actuador Los resultados de este proyecto validan que es posible aumentar la captura de aire presurizado al bloquear ciertos módulos.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelamiento Matemático / América Central, América del Sur y el Caribe destacan en el escenario energético mundial por la contribución espectacular de las fuentes renovables en la matriz energética regional. Mantener tal participación en el futuro es un tremendo desafío, entre los problemas de sostenibilidad vinculados a las energías tradicionales (hidroelectricidad, biomasa), y la falta de autonomía financiera, todavía, de las energías no-convencionales (eólica, solar, geotérmica). Sin embargo, la escasa disponibilidad de recursos fósiles en el continente, así como su excelente potencial renovable ponen América latina en una posición privilegiada para liderar una transición mundial hacia una matriz energética más renovable. La contribución del sector energético al desarrollo regional, sin comprometer el medio ambiente o la equidad social, también es un tema de estudio relevante para el futuro energético del continente. El cambio climático, a su vez, es un tema energético regional: Sudamérica emite más gases de efecto invernadero por habitante que el promedio mundial, y los impactos previstos del calentamiento global son más adversos en la región que en muchas otras partes del mundo. El sector energético sudamericano es vulnerable a estos impactos por ambos lados demanda, y oferta. Pese a estas preocupaciones comunes, la situación de la América del Sur es la de un continente heterogéneo y fragmentado: la configuración física del continente es un obstáculo mayor para las infraestructuras de integración, las tensiones heredadas de la historia reciente no facilitan la cooperación política, y la conformación de los sectores económicos nacionales es muy diferente de un país sudamericano a otro. Muchas tentativas recientes hacia una cooperación infraestructural supra-nacional fracasaron con altos costos. El propósito de este doctorado, desarrollado por la mitad en Francia y la mitad en Chile, fue desarrollar un modelo matemático enfocado en el estudio de las dinámicas energéticas de largo plazo en América latina, con un enfoque regional. El modelo TIMES-América latina y el Caribe se aplicó luego para estudiar el impacto de los compromisos climáticos nacionales en el sistema energético regional, semanas antes de la cumbre mundial del clima en París (COP21). Este documento se divide en cinco capítulos. Capítulo 1 presenta la evolución histórica sudamericana, enfocada en su parte energética; luego, se presentan algunos puntos salientes de los sistemas energéticos sudamericanos de hoy. El capítulo 2 presenta los conceptos de prospectiva energética, así como las experiencias prospectivas pasadas de América del Sur, y un estado del arte de los ejercicios prospectivos y modelos vigentes hoy. El capítulo 3 detalla los elementos principales del modelo: su desagregación en 10 regiones, las reglas de modelación, y las hipótesis principales para la demanda y oferta. El capítulo 4 presenta el tema del cambio climático, así como un estado del arte de las negociaciones internacionales respecto al clima. También se agrega una reseña de las contribuciones nacionales propuestas con vista al acuerdo buscado en COP21. El capítulo 5 analiza el impacto de estos compromisos para el sector energético sudamericano, y el papel de este sector en el cumplimiento de estos compromisos, como una aplicación directa del modelo desarrollado en este trabajo de tesis.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / Este trabajo analizará la promoción de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) como un elemento estratégico en el sector eléctrico, a partir de la política pública y la regulación en el derecho nacional e internacional. La investigación se centra en la generación de electricidad a gran escala en base a centrales de ERNC, y cómo ésta se logra integrar al mercado eléctrico chileno. Con este objeto, el Capítulo I describe las principales ventajas de la generación de electricidad a partir de estas fuentes, para luego señalar cómo aportan a la mitigación de los principales problemas del segmento generación del sector eléctrico que hasta la actualidad la política públicas y regulación no ha podido solucionar; estos son, la seguridad del suministro, la competencia en el mercado, altos precios de mercado, y la sustentabilidad. Por último, se refiere a las nuevas exigencias de la política energética internacional, y el compromiso asumido con la mitigación del Cambio Climático, y por tanto, cómo las ERNC compensan y cumplen un rol explícito con este objetivo. En razón de la importancia de las ERNC para el sistema eléctrico, es menester analizar cómo los sistemas regulatorios comparados han sorteado la forma de integrarlas en sus respectivos mercados. Por ésto, en el Capítulo II se analizarán los mecanismos de promoción más utilizados en el derecho comparado, y aquellos instrumentos de mercado. Asimismo, se hará alusión a experiencias exitosas de promoción en el contexto internacional. Por último, en virtud de la política energética internacional y de las nuevas regulaciones relacionadas con el Cambio Climático, se observan los Precios al Carbono, no como instrumentos aislados con el objeto de mitigar las emisiones de Gases de Efecto Invernadero, sino como instrumentos de tipo indirectos que subsidian la promoción de las ERNC, y que incluso en algunos casos, se ha optado por ellos para cumplir con este objetivo, en vez de los instrumentos propios de promoción de energías renovables. El Capítulo III trata la evolución de los instrumentos de promoción que se han aplicado en nuestro país, explicándose cada uno de ellos, siendo clasificados en dos categorías, subsidios a la producción y subsidios al capital.

Ingeniero Civil Eléctrico / El generador de inducción doblemente alimentado es una tecnología relativamente nueva y se prevé una fuerte inserción en el mercado durante los próximos años debido a su aplicación en la generación eólica. El objetivo de esta memoria es analizar la factibilidad de su utilización en otras fuentes de energía renovables, como la hidráulica y la del mar, y comparar los resultados con las tecnologías tradicionalmente utilizadas en esas centrales, dentro del ámbito de la generación a velocidad variable y frecuencia fija. Para esto se realiza un estudio teórico, luego se simula el desempeño del DFIG y finalmente se desarrolla un anteproyecto para una aplicación en Chile. La comparación teórica arroja ventajas del DFIG en costos de construcción y operación, mientras que se ve mermado en costos y dificultad de mantención. Así, su utilización es recomendada para potencias medias y altas, es decir, en aplicaciones eólicas o de corrientes marinas. En otras fuentes la potencia extraíble no es suficiente para que su uso sea óptimo. De las simulaciones se obtienen factores de planta altos para las corrientes marinas (40,6%) y olas (30,2%). Para aplicaciones eólicas el factor es realista (28,5%) mientras que en lechos de ríos se descarta la aplicación debido a la baja eficiencia (20,9%). Con los resultados de las simulaciones se realizan evaluaciones económicas considerando escenarios con y sin inflación, emisión de bonos de carbono y ventas de cuotas ERNC. Los resultados entregan resultados positivos sólo para la energía eólica y las corrientes marinas, destacándose que para este último recurso los VAN y TIR son los mejores en cada escenario. También se debe destacar que en todos los casos es necesaria la venta de cuotas ERNC para que los proyectos sean económicamente viables, mientras que la emisión de bonos de carbono no es trascendental. Finalmente, se evalúa la construcción de una central de aprovechamiento cinético de las mareas en el Canal de Chacao, compuesta de 40 turbinas de 2,5 MW cada una, obteniendo un factor de planta superior al 41% y resultados económicos muy positivos (VAN cercano a los 40 millones de USD, TIR 16% y PRC de 7 años). Así se confirma la buena proyección de este tipo de aplicación del DFIG y se recomienda en lo inmediato mejorar la calidad de las mediciones que se disponen en Chile, así como las estimaciones de los costos de inversión, operación y mantenimiento, debido a que son las variables más sensibles en el análisis y de las que menos certeza se tiene.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales) / En el último tiempo la discución por la energía ha copado el debate público, con lo cual se ha transformado en un tema tanto nacional como internacional de suma relevancia. Ello se ha traducido especialmente en discusiones acerca del desarrollo sustentable y cómo enverdecer las fuentes y procesos productivos de energía. Así, se han propuesto tres vías para lograr dicho objetivo: i) innovación tecnológica; ii) eficiencia energética, y; iii) apoyo estatal a las energías renovables. Esta tesis centrara sus propuestas en la última opción mencionada. En ese sentido es que este trabajo busca, en primer lugar, revelar las tendencias del mercado eléctrico internacional para, en segundo lugar, a la luz de recomendaciones OCDE sugerir modificaciones a nuestra normativa eléctrica nacional. Luego, adentrarse a describir el funcionamiento del mercado eléctrico nacional, particularmente la generación de precios, y con tales antecedentes sumado la experiencia internacional proponer, dada la inexistencia de aspectos fiscales en nuestra legislación salvas contadas excepciones, vías de inclusión de energías renovables. Pues bien, una participación activa del Estado en el incentivo de las energías renovables reviste tal importancia que no puede concretarse sin más, es por tal razón que los últimos capítulos de este trabajo tienen por objetivo 5 ilustrar sobre las ayudas estatales en Europa y su relación con la libre competencia en los mercados, para luego hacer la debida extrapolación a Chile. En conclusión, la incursión del Estado con sus recursos en el mercado energético puede provocar efectos económicos nocivos, por lo mismo es de suma importancia la creación de una normativa específica que regule las ayudas estatales y un nuevo entendimiento de este concepto, tanto a nivel positivo como en la práctica jurídica

Las energías renovables no convencionales (ERNC) auspician la implementación sostenible de una diversificación de la matriz energética. No obstante, los elevados costos fijos de inversión y la indisponibilidad del control de su generación imposibilitan el desarrollo de aquellas tecnologías en el sector eléctrico peruano, en el cual existen otras abundantes fuentes energéticas, como la hidroeléctrica y la térmica. En ese sentido, para superar las evidentes desventajas de este tipo de generación eléctrica, en el Perú se implementó una serie de medidas normativas, entre las cuales se encuentra el Decreto Legislativo N° 1002 y el Decreto Supremo N° 012-2011-EM. Estas normas si bien regularon la subasta de proyectos energéticos con ERNC, los beneficios de ingreso al despacho del Sistema Interconectado Nacional, la prioridad en la conexión de transmisión y distribución, cuotas de peaje en los sistemas de transmisión y la participación de las ERNC en la actividad de distribución; sin embargo, este tipo de regulación distorsionan el normal desenvolviendo del sector eléctrico, generando incluso afectación en las tarifas de los usuarios finales del servicio de electricidad o en los intereses de otros inversionistas energéticos. En este contexto, la interconexión del sistema eléctrico peruano con los de otros países de la región, se concibe –entre otros aspectos– como solución a la falta de competitividad en la generación eléctrica con ERNC en el territorio nacional. A pesar de los evidentes beneficios, la interconexión eléctrica aún se encuentra en una primigenia etapa de perfeccionamiento, por lo que es necesario un instrumento normativo el cual propicie la interconexión eléctrica fomentando principalmente la utilización de las ERNC.

Ingeniero Civil Eléctrico / El acceso a fuentes energéticas estables, continuas y seguras es un requisito mínimo para asegurar una calidad de vida, existen en Chile más de 20 mil familias de sectores rurales sin acceso de ningún tipo a la energía eléctrica, lo cual es un reflejo de dos grandes problemas del país: la desigualdad y el centralismo, ya que la mayoría de las estas familias son pobres, de origen indígena que habitan en comunidades y localidades en zonas extremas de las regiones del norte y sur. Se propone mediante un trabajo multidisciplinario con una metodología de investigación de acción participativa crear en las comunidades Cooperativas que es un modelo de organización y gestión de recursos formadas por personas que buscan satisfacer una necesidad común bajo los principios de voluntariedad; control y gestión democrática; participación económica equitativa; autonomía e independencia; educación formación e información; y compromiso con la comunidad. Se propone el sistema de electrificación que será gestionado por la Cooperativa. Un sistema modular de generación con unidades de energías renovables eólica de 3,5 [kW] y solar de 1,5 [kW], con un respaldo de baterías de 3500 [Ah], el sistema de inversores, la subestación elevadora y un sistema de distribución monofásico con retorno por tierra. El sistema en su conjunto posee una potencia nominal de 15[kW], capaz de abastecer el consumo de 3 hogares por fase, 9 en total con una potencia de 1,5[kW] cada uno y un consumo energético anual del sistema de 13,35 [MWh/año], a una distancia máxima de 10[km]. Se estudió la potencialidad energética de los recursos eólicos y solares para cuatro comunidades representativas, optimizando la cantidad de unidades de generación para abastecer la demanda y garantizar un respaldo de energía para 96 horas de autonomía en casos de fallas en la generación. Luego se realiza la evaluación social de proyecto para cada una de las comunidades, obteniendo los costos de inversión y los indicadores de evaluación Valor Actual de Cosos (VAC) y Costo Anual Equivalente (CAE), siendo la comunidad de Acovinto de la región de Tarapacá la de mejores resultados con una inversión de $143.103.603, un VAC de $209.429.720 y un CAE de $18.258.073, seguida por las comunidades de Caleta Obispito en Atacama y Las Araucarias de La Araucanía con una inversión de $157.616.042, un VAC de $237.619.384 y un CAE de $20,716.741 por último la comunidad de Alto Mañilahue en Aysén con una inversión de $164.017.034, VAC de $246.496.318 y CAE de $21.488.318.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Mecánica / Chile tiene un elevado potencial para el desarrollo de la energía solar en su territorio, debido a los altos niveles de radiación en el norte del país. La energía solar fotovoltaica, que utiliza semiconductores y la energía solar de concentración, que utiliza espejos o lentes son las dos grandes tecnologías que se han desarrollado en el país. Sin embargo, mientras la tecnología solar fotovoltaica ha sido ampliamente utilizada tanto a nivel industrial como residencial, la tecnología solar de concentración ha tenido una penetración bastante más lenta. Se esgrime generalmente que la razón de la lenta entrada de esta tecnología es que es intensiva en costos de instalación, lo que la hace menos competitiva frente a la, bastante menos costosa, solar fotovoltaica. No obstante, la alta radiación en el país aprovechable por la tecnología solar de concentración y su capacidad de trabajar con almacenamiento térmico de energía la hacen atractiva como fuente alternativa de energía. En este trabajo de título se analizan las configuraciones de variables de diseño como el múltiplo solar y las horas de almacenamiento de energía térmica tales que puedan producir un máximo de los ingresos de una planta generadora de energía eléctrica de tipo solar de concentración de torre solar. Este análisis se realiza dentro del contexto del mercado eléctrico chileno, luego, se realiza el estudio en el marco de tres escenarios de despacho de energía eléctrica: despacho constante, según curva de demanda y según peaks de demanda y se utilizan proyecciones de costos marginales a largo plazo, para considerar sus fluctuaciones. Para realizar este análisis, se desarrollan los modelos matemáticos que representan los escenarios de despacho, para ingresarlos como datos de entrada al software System Advisor Model, en donde se simula el comportamiento de la planta. Luego, se desarrolla el modelo de optimización de maximización de ingresos para finalizar calculando el valor actual neto y la tasa interna de retorno como indicadores de rentabilidad, y el costo nivelado de energía como indicador de competitividad económica. Los resultados muestran que existen fuertes diferencias en rentabilidad entre los tres tipos de despacho, siendo el escenario según curva de demanda el que presenta la mayor rentabilidad. Dado que esta modalidad de despacho permite que se inyecte energía a la red de forma selectiva, se puede forzar a la planta a operar a toda su capacidad en las horas donde existe mayor demanda y por lo tanto donde la energía inyectada puede venderse a un mayor precio. No obstante este resultado, este escenario no presenta el menor LCOE, siendo el escenario de despacho constante el que presenta el menor valor de este indicador, debido a que en este escenario es donde se presenta la mayor cantidad de energía generada en un año.

Magíster en Gestión para la Globalización / Chile es un referente minero mundial con un enorme potencial en energías renovables no convencionales (ERNC); hoy presenta desafíos energéticos estratégicos que deben enfrentarse con visión de largo plazo y considerando nuestras ventajas competitivas. Reconociendo los desafíos y las oportunidades, se presenta un modelo de negocios para establecer una fábrica de baterías de ión Litio de gran capacidad de almacenamiento (50KW) para uso industrial y de transporte pesado. Estimaciones a cinco años, con precios de la electricidad de US$300/Kwh y una producción de 200MW/año, arrojan ingresos brutos anuales de US$60M (con un 30% margen bruto). La propuesta es replicable, escalable y rentable, tiene viabilidad comercial y agrega valor en toda la cadena productiva. También genera una serie de beneficios económicos (suministro eléctrico seguro, estable y a precios menores; posibilita encadenamiento productivo), ambientales y sociales (diversificación de la matriz actual, sustentabilidad productiva, formación y potenciamiento de alianzas estratégicas, uso de los ecosistemas de innovación), y de desarrollo (generación de expertise local, exportación de las tecnologías desarrolladas y del know-how). Usando el modelo canvas y datos de las industrias minera y eléctrica, es un aporte a la economía nacional y puede convertirse en un caso de exportación de productos, servicios y conocimiento. Esta propuesta puede ser tanto un referente en ERNC como una nueva empresa en integración energética y proyectos multifuncionales. Iniciativas de este tipo promueven la producción sustentable, permiten un aseguramiento energético de largo plazo ampliando la matriz, a la vez que contribuyen al desarrollo de smart grid, a la integración energética regional y dan un impulso a la imagen país.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo presenta una novedosa metodología que permite realizar reducción de escenarios en problemas de planificación de la generación incluyendo almacenamiento de energía en sistemas eléctricos de potencia. La metodología se justifica por el hecho de que la planificación de sistemas eléctricos con alta penetración de fuentes de energía variable incita al planificador a tener en cuenta las restricciones de corto plazo, las que son componente habitual en los modelos de predespacho de unidades unit commitment . Adicionalmente, la variabilidad de las fuentes renovables ha impulsado la incorporación de sistemas de almacenamiento como una manera de aportar a la flexibilidad requerida para conseguir el nivel de confiabilidad y seguridad necesario para operar el sistema. Por otra parte, la naturaleza incierta que poseen las fuentes variables hace natural que el problema de optimización subyacente sea de carácter estocástico, el cual se enfrenta mediante escenarios en un árbol determinístico equivalente. Como consecuencia, se tiene un modelo cuya resolución requiere grandes esfuerzos computacionales. Considerando los elementos mencionados, esta tesis propone un manejo eficiente de la incertidumbre mediante la reducción de la cantidad de escenarios, asegurando a su vez un nivel predeteminado de precisión y exactitud en la solución encontrada. La metodología utilizada propone cuatro fases. Las dos primeras denominadas de Selección de Características y Reducción de Escenarios, se basan en métricas de teoría de la información. El propósito de ambas fases es caracterizar cada escenario según la manera en que estos afectan a la planificación. Con ese objetivo se evalúan características de la salida del problema de optimización que modela la planificación, y de este conjunto se escoge aquella que mejor represente la variable aleatoria. Posteriormente, el conjunto de escenarios se reduce aplicando una técnica de clustering cuya función objetivo está enfocada en que las distribuciones de probabilidad de la cantidad original de escenarios y la versión reducida sean cercanos en un espacio de probabilidad. Una tercera fase de Análisis de Postoptimalidad se encarga de analizar la bondad de los resultados obtenidos en la planificación con los escenarios reducidos, y dependiendo de las conclusiones obtenidas, se procede a realizar ajustes de la técnica en una cuarta fase, llamada ajustes. Con el objetivo de validar el funcionamiento de cada fase y el potencial de la metodología se analizan dos casos de estudio, los que corresponden a una planificación de la generación y almacenamiento con un horizonte de una semana y un semestre. Este último da cuenta de las proyecciones del sistema eléctrico chileno al año 2030. Los resultados obtenidos muestran que la metodología, puede llegar a valores cuyo error estimado es menor a un 2% respecto a los costos totales del sistema utilizado un 3% de los datos. Más aún, se proponen estimadores para determinar la inversión en tecnologías de almacenamiento. Finalmente, dicha metodología es capaz de realizar una estimación en la inversión incluso en contextos donde ejecutar un modelo con la totalidad de escenarios es computacionalmente no factible. Como trabajo futuro se propone explotar el potencial de paralelización e incorporar el sistema de transmisión a los modelos de planificación. Asimismo, para cada fase del método propuesto se identifican mejoras específicas / Este trabajo ha sido financiado por Conicyt