A mediados del siglo XX, con la expansión de los sistemas eléctricos, se hizo necesario disponer de alternativas a la transmisión en alta tensión con corriente alterna, buscando satisfacer la mayoría de los nuevos requerimientos de distancias y niveles de potencia a transmitir. Los avances realizados en la electrónica de potencia, provocaron un aumento del uso de la transmisión en HVDC en los últimos 60 años. En el contexto señalado, el presente trabajo tiene por objetivo crear un elemento u objeto dentro del programa de desarrollo e investigación del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile, llamado DeepEdit, que permita realizar simulaciones estacionarias en sistemas que contengan enlaces HVDC. Como objetivos específicos se definen: • Conocer el estado del arte de la modelación de enlaces HVDC, • Definir el criterio de modelamiento que permita elegir el modelo más adecuado, según los requerimientos estipulados, • Una vez validado el modelo, determinar preliminarmente el efecto en el Sistema Interconectado Central (SIC) de un enlace HVDC. Dado el alcance del trabajo, las publicaciones estudiadas están enfocadas a realizar estudios estáticos en los sistemas. En este sentido, se logra diferenciar 4 trabajos, de las cuales según la forma y la cantidad de aproximaciones que realizan, se selecciona el que resulta más consistente con el nivel de detalle buscado. El estudio seleccionado realiza un análisis de trabajos anteriores, detallando las ventajas y desventajas de cada uno, y en base a esas conclusiones plantea un nuevo método. Se resume el funcionamiento básico de las conexiones HVDC, sus requerimientos, sus beneficios y formas de implementar que poseen. Una vez implementado en DeepEdit el método seleccionado haciendo uso de una estructura orientada al objeto, se obtiene una validación precisa de éste. Lo anterior se sustenta en el hecho de que, los resultados del sistema ejemplo entregado en la publicación de referencia del método seleccionado utilizando el programa comercial PowerWorld, alcanzan resultados muy similares con los que entrega la herramienta desarrollada. El error alcanzado es menor al 1%, por lo que la implementación es una buena aproximación para encontrar el estado de operación de este tipo de enlaces en los sistemas de potencia. Con un pequeño análisis de la metodología del modelo planteado, se logra detectar que el modelo propuesto no es compatible para el caso en que el enlace HVDC divida el sistema en dos. Se deja propuesto como trabajo futuro lograr la completa integración del enlace a los cálculos en sistemas que se encuentren unidos únicamente por un enlace DC y así poder aplicarlo a estudios en el sistema eléctrico chileno. Para llevar a cabo este tipo de cálculos, se debe poder definir más de una barra slack para equilibrar las potencias a ambos lados del enlace DC. Además, el método seleccionado se puede agregar a otros métodos de cálculo existentes en el programa DeepEdit.

El presente estudio busca comprobar empíricamente si para una empresa grande, intensiva en uso de electricidad, es preferible comprar dicho insumo o autoabastecerse de la electricidad necesaria para su proceso de producción. Luego de analizar tres escenarios (optimista, conservador y pesimista), en los cuales se asume (i) diversos niveles de crecimiento de ventas, constantes a lo largo del tiempo; y (ii) que la tasa de crecimiento de las ventas de la firma en el tiempo es igual al crecimiento por demanda de electricidad; se concluye que los ahorros por concepto de generación de electricidad por parte de la empresa representativa no son suficientes para afrontar los costos de inversión y mantenimiento de las máquinas turbogeneradoras. El mismo resultado se obtiene analizando el valor actual neto (VAN) y la tasa interna de retorno. Es decir, para el caso de una firma representativa, intensiva en uso de electricidad como insumo de producción no sería rentable invertir en generadores de electricidad, por lo que lo recomendable para este tipo de empresas es adquirir electricidad de las empresas generadoras o distribuidoras. Las causas de este resultado pueden atribuirse a la alta inversión que demandan los generadores de electricidad propios sumado a que los precios del gas natural son bajos en el país, por lo que los precios de la electricidad que ofertan las generadores y distribuidoras son competitivos. / This study wish to prove empirically if for a big firm, which use intensively electricity, it is preferable to buy this input or to self-supply of electricity it needs for its production process. After analyzing three scenarios (optimistic, conservative and pessimistic), with the following assumptions: (i) different growing levels of sales constant in time; and (ii) growth rate of sales over time is equal to growth rate of electricity demand; the conclusion is that savings on electricity generation made by a representative enterprise are not enough to overcome costs of implementation and maintenance of the turbogeneration machines. The same conclusion is made when analyzing using net present value (NPV) and internal rate of return. It means that, for a representative firm which use intensively electricity as a production input it would not be profitable to invest on generators to produce their own electricity. Therefore, it would be convenient for this type of firm to buy electricity from generators and distributors. The causes of this conclusion can be found on the high levels of investment need to be made to have electricity generators, plus the fact that prices of natural gas are quiet low in the country, making possible to companies which dedicated to supply electricity to have competitive prices. / Tesis

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 / La evolución de los sistemas eléctricos de potencia hacia una estructura de mercados competitivos se basa fuertemente en el acceso abierto y no discriminatorio a los sistemas de transmisión. De esta forma, la regulación de este segmento en temas como el acceso y su remuneración es particularmente relevante para los actores del sistema debido su rol en la modificación de los precios finales a clientes. Tras un período sin una legislación concreta al respecto, en marzo del año 2004 se promulgó en nuestro país la ley 19.940 que estructuraba los sistemas de transmisión en tres segmentos y definía específicamente los agentes de pago y las proporciones por las que eran responsables, a la vez que precisaba los procedimientos para la expansión del sistema. Con la futura interconexión eléctrica sin embargo, en julio de 2016 se promulga la nueva ley de transmisión, la cual reformula, entre otros aspectos, la remuneración del sistema de transmisión basándose en el modelo de estampillado y especificando las reglas de tránsito entre ambos regímenes de pago. En este contexto, el presente trabajo pretende analizar los impactos sobre los pagos por peajes de inyección considerando el régimen de pago transitorio durante el período comprendido entre los años 2017 y 2021, para las cuatro empresas generadoras más relevantes del país; AES Gener, Colbún, Enel y Engie comparando sus proyecciones con aquellas asociadas a la ley 19.940. Los resultados evidencian que, para todas las empresas, la mayor variación en los peajes de inyección se tiene desde el momento de la interconexión de los sistemas eléctricos, en julio de 2018, y a lo largo del año 2019, estabilizándose en los años posteriores en valores por debajo o en torno a los observados de forma previa a la interconexión. A su vez, se determinó que los resultados quedan en gran parte sujetos a los supuestos del sistema eléctrico simulado, principalmente las fechas de entrada en operación de los proyectos de interconexión e ISA, y la disponibilidad de gas natural considerada. Se constata además que la alta penetración de centrales ERNC desplaza principalmente energía de las empresas mayoritariamente térmicas como AES Gener y Engie, con lo cual sus peajes se ven más afectados. Para las empresas Enel y Colbún en tanto, los efectos se observan principalmente en los períodos de deshielo. El régimen de pago transitorio logra efectivamente evoluciones más graduales de los peajes de inyección de las empresas estudiadas, en contraste con lo que se hubiese observado mediante la aplicación de la ley 19.940, sin embargo resta estudiar en detalle la evolución de pagos asociados al concepto de transmisión en los distintos segmentos de demanda, así como la introducción de los polos de desarrollo y la planificación con holguras definida en la nueva ley.

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN (MBA) / Autor autoriza el acceso a texto completo de su documento a partir de agosto del 2023. / El mercado eléctrico en Chile, es un mercado representado por las empresas generadoras, distribuidoras, transmisoras de electricidad y empresas mineras que tienen sus propios sistemas eléctricos. Estos sistemas son de media y alta tensión (de 1 a 60 y de 60 a 220 kilovoltios respectivamente según la SEC de Chile1). Los proveedores principales de este mercado son empresas o marcas multinacionales que fabrican estos equipos en el exterior. Estos proveedores principales son Schneider, ABB, Siemens e Eaton, que son marcas provenientes de Estados Unidos y Alemania, que fabrican equipos eléctricos clasificados como; interruptores, seccionadores y reconectadores.2 En la actualidad estos son equipos de protección eléctrica que se han ido modernizando al igual que la industria de la computación, y se han convertido en equipos automatizados que están interconectados entre sí, que conforman una red de distribución inteligente que pueden ser operados y monitoreados a kilómetros de distancia a través de wifi o sistema de radio, con el fin de mejorar los tiempos de reposición cuando se presenten cortes de energía. Sin embargo, estos sistemas aún no se han implementado bien Chile, porque vienen con tecnologías avanzadas de los países mencionados y con sus respectivas normas de electricidad, seguridad y manera de operar que no necesariamente cumplen con la norma chilena, mayormente tienen que pasar un proceso de adaptación que tienen que ser desarrollados por postventa de estas marcas. Ejemplo el sector minero es un mercado muy exigente que sobrepone sus normas y maneras de operar, donde cualquier equipo tiene que ser adaptados a sus requerimientos y a su medida y que se pueda operar como ellos acostumbran, pero sin dejar de ser equipos inteligentes, por consiguiente, hay que desarrollar soluciones integrales, mantención preventiva y correctivo sin perder la garantía. Por otro lado, normalmente los clientes contratan a talleres multimarcas y en su defecto tienen sus propios talleres de mantención que ponen en riesgo la garantía de los equipos por no ser los especialistas. Este plan se trata de crear una empresa de Servicio Técnico llamada Bimex Servicios Ltda., con una estrategia de diferenciación enfocada en calidad, tiempo oportuno y garantía de fábrica que realice los servicios de mantenimiento preventivo y correctivo a los equipos S&C Electric Company, la cual es una marca estadounidense de equipos eléctricos en media y alta tensión representada en Chile por la UNE de Ventas (Comercializadora Bimex Ltda.) El modelo se basa en crear dos divisiones; una de servicio de postventa para el mantenimiento preventivo y la otra es el soporte técnico para solucionar las urgencias del mantenimiento correctivo en el menor tiempo posible. La misión de Bimex Servicios Ltda., es brindar un servicio técnico capaz de hacer que los clientes deleguen la función y preocupaciones de sus equipos antiguos S&C adquirido y que están fuera de garantía y a los equipos nuevos para que no la pierdan, que mejor que delegar a los únicos especialistas certificados en Chile como será Bimex Servicios Ltda. Los aspectos financieros son indispensables como el análisis del sector industrial y las potencialidades del proyecto dentro de su análisis de viabilidad evaluado a 5 años, obteniendo un valor actual neto positivo de CLP 142.900.494, asociado a una tasa interna de retorno de 54,23%, un retorno sobre la inversión de 62% y con un estimado de recuperación de la inversión de 3 años.

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Este trabajo tiene como objetivo principal evaluar la factibilidad técnica y económica de una central de generación de energía eléctrica termo solar. Para lograr este objetivo, se evaluó en primer lugar, la energía proveniente de la radiación solar en el norte grande de Chile, considerando las condiciones geográficas y climáticas. Adicionalmente a lo anterior, se analizaron las diversas tecnologías que existen hoy en día para el procesamiento de la energía directa del sol, comparando sus virtudes y defectos para su aplicación en Chile. A partir de la información disponible de experiencias extranjeras en este tipo de tecnologías fue posible extrapolar magnitudes y costos, y comprender los aspectos relevantes para evaluar un proyecto de esta naturaleza en Chile. En este contexto se determinó, en primer lugar, el potencial de energía solar anual existente en las primeras tres regiones de Chile, que es igual a 70 [GW]. Adicionalmente, se estimaron factores y parámetros generales para poder dimensionar una central termo solar en base a paneles cilindro-parabólicos, y, también, la superficie de terreno utilizada y la energía generable anualmente. Se estudió los beneficios ambientales y económicos de generar electricidad a través de centrales solares, viéndose reflejados estos ingresos económicos en la venta de bonos de carbono a países desarrollados. También, se estudió el efecto que generará en la evaluación económica la ley de fomento de las energías renovables. Luego de haber dimensionado una central estándar y de estimar sus costos de inversión y operación, se hizo un análisis de rentabilidad, determinando que aún no se obtiene un VAN positivo en este tipo de proyectos (VAN = -31,5 millones de US$ y una TIR de 8,27%). Sin embargo, se prevé que todos los costos relacionados a la energía solar irán decayendo en los próximos años, producto de un mejoramiento de las tecnologías y del aumento en las escalas de las ventas. Finalmente, por tratarse de una tecnología limpia, seguramente su implementación será incentivada por diversas políticas estatales y mundiales.

Dado el inminente auge de la generación distribuida (GD), impulsado por los crecientes avances tecnológicos y su masificación a nivel mundial, resulta de suma importancia tener una noción exacta del impacto que un generador puede llegar a producir sobre las redes de distribución, para procurar mantener la calidad de servicio de los clientes y la seguridad del sistema. Junto con esto están también las iniciativas legislativas adoptadas por el Gobierno, que permiten y facilitan la conexión a la red de este tipo de generación, intentando darle un grado de competitividad dentro del mercado eléctrico. El objetivo general de esta memoria es el confeccionar una herramienta que permita maximizar la capacidad total de generación en un alimentador en las redes de distribución, mediante la asignación precisa del tamaño de cada generador en cada barra, considerando sus límites técnicos de operación. La metodología de asignación se fundamenta en la relación existente entre el incremento de generación distribuida y las restricciones técnicas de la red, tales como: la tensión en las barras; el nivel de cortocircuito en la subestación de bajada; y la razón de cortocircuito-generación en las barras. Como resultado, se obtienen señales de máxima generación y su disposición óptima en cada barra del alimentador, sin tener que incurrir en costos adicionales asociados a la realización de modificaciones en la red pre-existente. La implementación de la aplicación fue llevada a cabo en el programa DeepEdit desarrollado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile, de manera de poder ser operada sobre un alimentador cualquiera a nivel de usuario. Se realizaron pruebas para dos tipos de alimentadores, uno de una publicación de referencia con una demanda total de 6,5[MW] y otro utilizado en publicaciones IEEE con una demanda total de 18,9[MW]. En ambos sistemas se determinó la solución óptima mediante las linealización de las relaciones que existen entre la capacidad de generación y las variables eléctricas de las restricciones, obteniéndose capacidades totales de generación de 12,5[MW] y 23,3[MW] respectivamente. Ejecutado el programa se puede verificar que ciertas restricciones se encuentran fijadas en su máximo, pero aun así se ratificó lo óptimo de las soluciones con dos métodos: inhibición de generación y análisis de sensibilidad. Las aplicaciones que se le pueden dar a la propuesta son diversas, entre ellas: esclarecer los puntos donde se debe compensar tensión, o utilizarse como una herramienta de planificación, que considere la inserción de GD, permitiendo comparar las ventajas y desventajas sobre la asignación de máxima capacidad de GD en el tiempo. Se proponen mejoras a la aplicación en los ámbitos de incorporar una base de datos de las fuentes de recursos renovables referenciadas a su respectiva barra, o bien en redefinir la función objetivo ahora para minimizar pérdidas, lo que cambiaría el proceso de optimización a uno secuencial.

El presente trabajo consiste en realizar una evaluación técnico-económica de dos sistemas de elevación de agua para edificios residenciales en Chile. El enfoque principal que tiene este estudio es implementar un banco de pruebas para así realizar simulaciones que representen un consumo de agua potable en un edificio habitacional en Santiago. En un principio se revisan los conceptos básicos necesarios para entender lo que se considera un equipo de elevación de agua. Se mencionan los distintos tipos de bombas que se pueden encontrar hoy en día en el mercado internacional y, en particular, se detalla el funcionamiento de las bombas centrífugas, equipo utilizado en los sistemas de elevación de agua en edificios residenciales. También se realiza un estudio de los sistemas de control típicos de las bombas, ya sea mediante estanque hidroneumático o mediante motores de inducción accionados con variadores de frecuencia. Revisada la parte teórica, se establecen los criterios utilizados hoy en día en Chile para dimensionar equipos de elevación de agua, en particular los puntos normativos descritos en el “Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado” (RIDDA). Luego se revisa una curva de consumo de agua potable, medida en un edificio residencial ubicado en el centro de Santiago. Mediante estos datos se realiza una simulación experimental en un banco de pruebas. Se diseña el sistema de manera de contar tanto con un sistema de control mediante estanque hidroneumático como con un variador de frecuencia. Como resultado de las simulaciones se concluye que el sistema con variador de frecuencia es más caro en la instalación y mantención que un sistema hidroneumático, pero el costo correspondiente a la energía eléctrica resulta un 25% menor. Considerando la totalidad de los costos, en un período de tiempo de 5 años, resulta más conveniente la instalación del sistema controlado por un variador de frecuencia. Entre las tareas que pueden complementar el desarrollo de este trabajo es posible citar: sintonización fina de variadores de frecuencia controlados con un controlador lógico programable PLC, y el análisis comparativo de las curva de demanda de agua potable en diferentes edificios en Santiago.

En la presente memoria se estudia la confiabilidad de arreglos de barras e interruptores como el de barra simple, arreglo de doble barra, arreglo de barra principal con barra de transferencia y arreglo de interruptor y medio. El estudio está orientado a interruptores en extra alta tensión por lo que se mencionan las diferentes tecnologías, tendencias futuras, modos de falla y confiabilidad para este nivel de voltaje. Además se da a conocer toda la teoría de confiabilidad y técnicas necesarias para cumplir con los alcances de la memoria. Para conocer la confiabilidad de los arreglos de barra e interruptores se aplica la técnica de árboles de falla, desarrollando una metodología de modelación que incorpora las características de cada configuración o arreglo. Luego de construido el árbol, este se resuelve mediante un algoritmo programado en el software Matlab, el que es validado basándose en estudios de confiabilidad anteriores. El algoritmo entrega la probabilidad de falla del sistema y otros parámetros que permiten hacer un análisis exhaustivo de la confiabilidad de cada configuración a estudiar. El análisis está orientado a la confiabilidad de sistemas como saber cuánto aporta la falla de cada componente a la falla total de un conjunto, modos de falla común que provocan indisponibilidad en más de un elemento simultáneamente, y la cuantificación de los diferentes modos de fallas de los interruptores. Por otra parte también se realiza un análisis enfocado en la normativa chilena actual incorporando el criterio N-1 y seguridad de suministro. El análisis lleva a determinar qué arreglo de barra e interruptores es más confiable, haciendo recomendaciones sobre futuras inversiones bajo este punto de vista. La aplicación del modelo se le puede dar a cualquier tipo de configuración, sin embargo se proponen trabajos futuros que permitirían una mejora en el modelo y mayor aproximación a resultados reales.