Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniería en Recursos Naturales Renovables / Las condiciones actuales de Cambio Climático y escasez nacional de combustibles fósiles, nos indican que Chile debe diversificar la matriz energética y planificar un desarrollo energético a través de energías existentes en el territorio. Esto ha llevado a un grupo de científicos a plantear una solución energética llamada Iniciativa GeVi (Generador Virtual), esta iniciativa utiliza diferentes fuentes de energía, las que en su mayoría son renovables no convencionales (ERNC), generando energía cerca de los lugares de consumo. Para ello se requiere identificar las fuentes de energía renovables y los conflictos que se puedan generar en el territorio la instalación de generadores eléctricos. La presente memoria de título tiene como objetivo general desarrollar una propuesta metodológica que permita identificar zonas con recursos naturales disponibles para transformarlos en energía eléctrica utilizable para una solución tipo GeVi. El presente trabajo es una propuesta metodológica dividida en cuatro etapas. Primero, se recopilarán y generará información del territorio y sus recursos naturales. Segundo, se generan capas de información en cartografía digital de acuerdo a la información recopilada. Tercero, en esta etapa la información digitalizada se procesa a través de algoritmos, calculando el potencial energético de las fuentes de energías renovables identificadas, la propuesta se basa en algoritmos y métodos de cálculo para la fuente de energía eólica, solar, biomasa y mini hidráulica ya existentes. Cuarto, se propone fusionar las cartografías de los potenciales energéticos e información base del territorio en una sola imagen. De esta forma se genera una herramienta de apoyo para la planificación territorial y disminuir los conflictos por la competencia del espacio del territorio. La metodología se aplicó de forma reducida para el poblado de Huatacondo, obteniéndose como resultado cartografías de potenciales energéticos para las fuentes de energía eólica, solar y biomasa, también se generó una cartografía del potencial energético neto de la zona de estudio. Durante la aplicación de la memoria se destaca la importancia de la información base (datos de recursos naturales: viento, biomasa y radiación) para la aplicación de la metodología. La presente memoria fue generada para ser utilizado en la Iniciativa GeVi, sin embargo por su finalidad puede ser utilizado para cualquier proyecto que necesite generar información de fuentes de energías renovables, dado su carácter recopilatorio en el cual se trabaja con variables generales y que apoyan la toma de decisiones territoriales de cualquier proyecto de generación distribuida a través diversas fuentes de generación que utilicen ERNC presentes en el presente trabajo. Esta memoria deja abierta la posibilidad de incorporar más fuentes de energías renovables a la metodología, tales como, geotérmica de baja entalpía, mareomotriz y las que se puedan desarrollar en el futuro. En futuras versiones se espera automatizar los procesos para la generación de cartografía ingresando sólo los datos iniciales y poder generar una plataforma abierta a todo el público (vía web) en la cual se pueda ingresar los datos y generar la cartografía del territorio. / In the current conditions of climate change and national shortage of fossil fuels, we show that Chile should diversify energy sources and energy development plan through existing national energies. This has led a group of scientists to propose an energy solution called GeVi Initiative (Virtual Generator). This Initiative works with different energy sources, which are mostly non-conventional renewable (URE), generating energy close to consumption sites. This requires identifying the sources of renewable energy and conflicts that may arise in the territory, installation of electric generators. The objective general memory of this title is develop a methodology to identify surfaces with natural resources available to process them into usable electrical energy for a standard solution GeVi. This paper is a methodology in four stages. First, they collect and generate information of the territory and its natural resources. Second, the layers of information are generated in digital cartography according to information collected. Third, the digital information is processed through algorithms, calculating the potential energy sources renewable energy identified in this proposal are suggested algorithms and calculation methods for wind power, solar, biomass and mini hydro. Fourth, it proposes to merge the maps of potential energy and information base of the territory in a single image. This will generate a support tool for land planning and reducing conflicts over territory space competition. The methodology used was applied to a reduced form to the village of Huatacondo it has resulted mappings of potentials sources of energy for wind, solar and biomass, also generated a net energy potential mapping of the study area. During the implementation of the reports highlighted the importance of basic information (data of natural resources: wind, biomass and radiation) for the implementation of the methodology. While this work was generated for use in GeVi Initiative, a project developed and implemented by the Energy Center at the University of Chile, it purpose can be used for any project that needs to generate renewable energy sources, given their patchwork in which we work with general variables and supports the regional decision-making of any distributed generation project through various sources of generation using ERNC present in this paper. This leaves the open possibility of incorporating more renewable energy sources to the methodology, such as low-enthalpy geothermal, tidal and can be developed in the future. Future versions are expected to automate processes for mapping generation by only entering the initial data and then generate a platform open to everyone (via web) in which to enter the data and mapping the territory.

Es sabido que la Arquitectura a lo largo de la historia ha actuado siempre como reflejo y respuesta a la realidad social del momento y contexto en la cual esta se desarrolla. De esta misma forma la Arquitectura en Chile, como reflejo de la realidad nacional y también global de nuestro tiempo, debiera preocuparse por identificar y reconocer los problemas nacionales actuales, dando a conocer la complejidad real de nuestra sociedad actual

Este estudio tiene como principal objetivo mejorar la materialidad de las viviendas y aprovechar en ellas el uso de energías no convencionales, todo esto con la finalidad de lograr un mayor aprovechamiento energético en las viviendas según la zona climática en la que se encuentren. Inicialmente se realizó una cuantificación de los flujos de energía a través de envolvente térmica de la vivienda, con el fin de conocer las pérdidas energéticas de las mismas. Posteriormente se realizó una modificación en la aislación de los elementos envolventes de las viviendas, de manera de mejorar su resistencia térmica y reducir las pérdidas energéticas. En dicho análisis se hizo variar el espesor de la aislación en los distintos elementos de la envolvente y se estudia el comportamiento del flujo de energía sobre cada uno de ellos. De este estudio se puede analizar la relación del flujo térmico con el espesor del material aislante y en algunos casos se observa que pequeños aumentos en los espesores de la aislación generan grandes reducciones en el flujo de energía desde el interior al exterior de la vivienda. Luego se indagó acerca de problemas que afectan la calidad de la vivienda, como la condensación y puentes térmicos, y se plantea una serie de propuestas cuya finalidad es evitar estos problemas y alargar la vida útil de la vivienda y mejorar la calidad de vida en sus moradores.

Los elevados costos de producción energética basada en combustibles fósiles, la evidencia de sus efectos sobre los cambios ambientales globales, ha impulsado el estudio, desarrollo e implementación de energías renovables no convencionales (ERNC), a fin de aumentar la capacidad instalada en la red y aprovechar estas fuentes en proyectos de menor escala de los distintos sectores productivos del País. El objetivo de este trabajo es analizar, en forma preliminar, la factibilidad técnico-económica de utilizar generadores eléctricos, basados en energía eólica, para la operación de sistemas de riego tecnificado, evaluando sus costos. Se desarrolló una plataforma computacional, que permite simular la operación de un sistema de riego tecnificado utilizando generadores eólicos y evaluar su rentabilidad económica según el cultivo y la superficie plantada. Hidráulicamente, la herramienta permite evaluar los esquemas de captación y distribución de agua más típicos utilizados en el riego, que incluyen captación subterránea o superficial, bomba de captación y bomba de riego. Eléctricamente, el sistema consta de un aerogenerador, regulador de carga, inversor de corriente (para el uso de bombas de corriente alterna) y un banco de baterías, que permite acumular energía de forma eléctrica, ahorrando un estanque elevado, para acumularla de forma potencial. Con este trabajo se apoya a la Comisión Nacional de Riego en la evaluación de proyectos eólicos, presentados a los concursos de la Ley 18.450, y en la identificación de dificultades, beneficios, variables trascendentales y otros alcances que faciliten la elaboración, por parte de la CNR, de requerimientos para futuros términos de referencia en estudios de este tipo. Se realizó una evaluación teórica de un cultivo de cerezos en la zona de San Javier (VII Región del Maule) para tres tamaños prediales, haciendo un análisis de sensibilidad. Se concluye principalmente que: una mayor seguridad energética implica una mayor inversión inicial en aerogeneradores. La rentabilidad disminuye a medida que la seguridad aumenta. La red eléctrica siempre será más rentable que los generadores eólicos o diesel. A medida que aumenta la superficie plantada, la rentabilidad eólica aumenta, superando la de un generador diesel. La alta inversión inicial en aerogeneradores se ve amortizada por los bajos costos de mantención y nulos costos de operación. A modo general, se concluye que: en zonas extremas, este tipo de energías se hace más atractiva ya que puede ser la única alternativa energética. La variación temporal de generación, es uno de los factores más influyentes en la factibilidad de instalar aerogeneradores en un proyecto de riego tecnificado, ya que el consumo de las bombas es constante en las horas de riego. Los incentivos y subsidios estatales son indispensables para implementar estas tecnologías. Por último, como extensión de este trabajo, se propone desarrollar una simulación basada en energía solar, y como complemento, plantear un modelo de optimización que permita integrar distintas fuentes energéticas para abastecer un sistema de riego tecnificado.

Ingeniero Civil / En el contexto del debate respecto de la matriz energética chilena, diversos sectores plantean que debería existir una participación de las ERNCs mayor al 3.56% actual. La Ley 20.257 (de Energías Renovables No Convencionales) del año 2008, obliga a las empresas eléctricas que efectúen retiros de energía desde los sistemas eléctricos con capacidad instalada superior a 200 MW para comercializarla con distribuidoras o clientes finales a acreditar al año 2024 que el 10% de esta energía provenga de ERNC. Una de las tecnologías que más ha penetrado en la última década son las pequeñas centrales hidráulicas (PCHs), definidas como aquellas con potencia instalada inferior a 20 MW. Dado el tamaño de estos proyectos, comúnmente se considera que sus impactos ambientales son poco significativos. Sin embargo, la proliferación de una gran cantidad de PCHs puede producir impactos acumulativos sobre los sistemas ambientales acuáticos. El presente estudio tiene por objetivo analizar preliminarmente los impactos ambientales acumulativos asociados a un conjunto PCHs sobre los sistemas acuáticos en Chile. Como antecedente preliminar, en el presente trabajo se caracterizó el conjunto de proyectos de PCHs ingresados al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA) en la última década. En base a la información disponible, se determinó que los proyectos de PCHs analizados involucran una inversión de US$540 millones, totalizando una capacidad instalada de 288 MW. Además, se concluyó que los proyectos en estudio son de alta caída ya que aproximadamente el 86% tienen caída neta sobre los 35 m. Respecto a los caudales de diseño, el 65% de los proyectos presenta caudal de captación inferior a 6 m3/s. Las cuencas que concentran la mayor cantidad de proyectos son Río Bueno, Tolten y Maule. Estas cuencas también concentran las mayores capacidades instaladas totales. Como parte central del trabajo, se propone un grupo de indicadores de impactos ambientales acumulativos de PCHs, que principalmente se relacionan con la distancia reducida a caudal ecológico que presentan estos proyectos. Los indicadores propuestos incluyen la distancia unitaria reducida a caudal ecológico y la fragmentación unitaria (ambas por MW de capacidad instalada), la fragmentación ponderada por el caudal ecológico, y un indicador global que combina el caudal ecológico y la distancia reducida a caudal ecológico. Cada uno de los indicadores acumulativos propuestos se calcularon a nivel de cuenca. A partir del análisis, se determinó que el conjunto de PCHs consideradas en el presente estudio reduce a caudal ecológico una distancia de río de 605 m/MW y una distancia acumulada de 142 km de cauces en distintas cuencas hidrográficas. Este resultado contrasta con los 135 m/MW reducidos a caudal ecológico y de 89 km de distancia acumulada por el conjunto de proyectos de centrales hidroeléctricas con capacidad mayor a 20 MW ingresados al SEIA durante el mismo período. En general, la cuenca del río Imperial concentra los valores más altos para los indicadores de impacto acumulativo, a pesar de incluir solamente dos proyectos de PCHs. Se propone como trabajo futuro validar los indicadores propuestos, así como también proponer nuevos indicadores ambientales acumulativos que no sólo consideren el medio físico, sino que además consideren otros factores como sociales, económicos y biológicos a fin de realizar una comparación de los impactos ambientales acumulativos de un conjunto de proyectos de PCHs con un conjunto de proyectos hidroeléctricos con capacidad instalada mayor a 20 MW.

Ingeniero Civil Mecánico / Ingeniero Civil Industrial / Frente a los conflictos acontecidos durante el mes de enero del 2011 a raíz del anuncio de alza en el precio del gas natural residencial en Punta Arenas, la preocupante disminución de las reservas de gas natural, la configuración de la matriz energética regional y la importancia que representa para los habitantes de la XII región la calefacción de sus hogares, el objetivo del trabajo de título es estudiar de manera técnica y económica la implementación de calefacción distrital en la ciudad de Punta Arenas. La calefacción distrital corresponde a un método centralizado de generación de calor para un sector geográfico amplio con fines domésticos, tanto para calefacción como generación de agua caliente sanitaria. Se considera el análisis de distintas opciones de implementación de la tecnología: cogeneración (generación simultánea de electricidad y calor), implementación de centrales generadoras de calor y el aprovechamiento de los calores residuales de la generación eléctrica en la ciudad. Se selecciona un alcance geográfico de interés (2.614 hogares, dos centros comerciales y el hospital regional) del cual se estima la demanda de calor que atendería el sistema de provisión de calor. La evaluación técnica comprende el dimensionamiento de equipos y su selección a través de un proceso metodológico explícito cuya pretensión es crear precedente para futuros estudios de calefacción distrital. Mediante el desarrollo de herramientas de análisis PEST y Cinco Fuerzas de Porter se establece que la implementación más adecuada dado el contexto del mercado energético de la XII región es la recuperación de gases de escape de la central termo eléctrica Tres Puentes. Se desarrolla un modelo de negocios para el sistema de calefacción distrital a partir de la recuperación de gases de la central Tres Puentes. La evaluación económica privada arroja un VAN de aproximadamente -13,5 [Mill. US$] (20 años, 10%) para los tres escenarios estudiados (venta de calor para calefacción exclusiva, calor para calefacción y agua caliente sanitaria y una combinación de los anteriores). No obstante lo anterior, el proyecto tiene potencial de ser rentable frente a cambios de las condiciones actuales de evaluación (cambio en matriz energética, adquisición de combustible fuera de la región, aporte estatal al proyecto). Se finaliza el trabajo de título con la formulación de recomendaciones para un modelo de gobierno que establezca los parámetros de comportamiento de los agentes involucrados en una hipotética implementación de un sistema de calefacción distrital.

Ingeniero Civil Electricista / Actualmente existe un gran interés por el uso de tecnologías de generación renovable no convencionales, para así poder reducir tanto el impacto medioambiental de la generación eléctrica como también la dependencia de combustible fósiles en la matriz energética. Uno de los medios de generación no convencional que se perfila como altamente competitivo corresponde a la generación eólica y, dentro de esta, la tecnología predominante corresponde a las turbinas de velocidad variable con conversores. La integración masiva de energía eólica implica desafíos técnicos importantes desde el punto de vista del sistema, siendo el control de frecuencia uno de los más discutidos. Un aspecto importante corresponde a que las turbinas eólicas de velocidad variable que si bien tienen una cantidad significativa de energía cinética almacenada en sus aspas, estas no aportan respuesta inercial al sistema debido a que el conversor de potencia desacopla el generador de la red haciendo que las turbinas sean insensibles a cambios de frecuencia en el sistema. De esta forma la incorporación masiva de turbinas eólicas de velocidad variable podría implicar una disminución importante de la inercia total del sistema de potencia. De lo anterior, surge el objetivo principal de esta memoria: estudiar el comportamiento de la respuesta inercial de un sistema eléctrico de potencia. Considerando el alto potencial eólico que existe en el norte grande del país, lo cual se ha visto reflejado en el hecho de que hoy existen 856 MW en proyectos de generación eólica con aprobación ambiental, junto con las limitaciones técnicas del SING producto de ser un sistema puramente térmico, se ha considerado que es relevante estudiar dicho sistema ante distintos escenarios de penetración eólica y analizar las consecuencias que ello tiene en él, junto con estudiar medidas correctivas para paliar la reducción de inercia. Para estos efectos se desarrolló una metodología para el estudio de la respuesta inercial en el SING y se implementaron los modelos dinámicos requeridos en el software DigSilent Power Factory. De los resultados obtenidos en las simulaciones dinámicas realizadas, fue posible constatar el deterioro de la respuesta inercial al aumentar la participación de turbinas eólicas de velocidad variable en la matriz de generación del SING, llegando incluso a darse desprendimiento de carga en el escenario de máxima penetración considerado producto de la disminución de inercia. Además se logró confirmar que las medidas correctivas estudiadas son capaces de mejorar la respuesta inercial del sistema analizado, observándose en todos los casos que las consideran un aumento en la frecuencia mínima post-contingencia. Estas medidas llegaron incluso a evitar el desprendimiento de carga observado al no considerar medidas correctivas en el escenario de máxima penetración eólica estudiado, por lo que su implementación corresponde a un aporte relevante para facilitar la integración masiva de la energía eólica al SING.

Ingeniero Civil Mecánico / Los altos costos económicos y ambientales de la energía generada a partir de combustibles fósiles han generado un panorama donde la aplicación y la investigación sobre las energías renovables se hace cada vez más urgente. En Chile existe un escenario adverso en esta materia, siendo un país altamente carbonizado en la generación de energía y con altos consumos de combustibles fósiles en la industria. La presente memoria tiene por objetivo realizar una evaluación técnico-económica de un campo de colectores solares térmicos para la producción de calor en procesos industriales en Chile, aplicando una herramienta para evaluar la operación de un sistema de energía solar térmica. Para lograr estos objetivos se analizaron las características del recurso solar y los requerimientos energéticos de distintos procesos industriales del país. Cruzando estos datos fue posible establecer los procesos industriales en los cuales sería posible la introducción de la energía solar térmica. De esta manera se seleccionó un proceso sobre el cual se realizaron simulaciones con el objetivo de evaluar el desempeño de un campo de colectores solares que complementara a los sistemas de generación de calor mediante combustibles fósiles. Se realizaron varios casos de simulación que se dividieron en tres escenarios diferentes: un escenario que varía el horario de despacho de agua caliente; un segundo escenario en el cual se varía la cantidad de energía ahorrada por el sistema solar; y un tercer escenario donde se varía la cantidad de energía que necesita el proceso seleccionado. Cada uno de estos escenarios se localizó en dos ciudades, Santiago en la Región metropolitana y Concepción en la Región del Biobío. Dentro de estos escenarios fue posible establecer las prestaciones y rendimientos técnicos y las rentabilidades económicas del sistema solar para un proyecto a 25 años. Los resultados demuestran que estos sistemas solares son capaces de ahorrar capital y energía. La energía ahorrada por el sistema solar puede alcanzar valores sobre el 80% de los requerimientos del proceso, con factibilidad económica y evitando hasta el 80% de las emisiones de gases de efecto invernadero de un sistema tradicional. Los ahorros económicos pueden alcanzar hasta el 46% del capital necesario sin el sistema solar y es posible encontrar proyectos rentables en la zona sur del país, incluso reemplazando sistemas que utilicen gas natural.

Ingeniero Civil Electricista / En el diseño y operación de redes eléctricas donde existen unidades de generación con recursos intermitentes, es necesario evaluar con anterioridad su funcionamiento en distintos escenarios, para lo que resultan bastante útiles los programas de simulación, de manera de realizar una correcta planificación, diseño y evaluación económica. En la actualidad es común encontrar programas enfocados en redes eléctricas de gran envergadura, donde se omiten ciertas consideraciones de pequeña escala, como el desbalance entre fases y la característica predominantemente resistiva de las líneas de distribución, típicas de una microred. Por lo anterior, surge la necesidad de una herramienta capaz de abordar las características particulares de sistemas eléctricos pequeños con generación distribuida. El objetivo de este trabajo de título es disponer de una herramienta que incorpore un algoritmo de flujo de potencia trifásico, que permita simular la operación de una microred desbalanceada. Además la aplicación debe incorporar la modelación de las distintas unidades de generación y almacenamiento, y la incorporación del recursos energético solar, mediante un despacho económico que optimice el uso de los recursos. Se implementa un algoritmo de flujo de potencia trifásico basado en el desacople de las tres mallas de secuencia, mediante compensaciones por inyecciones de corriente, lo que reduce la complejidad del problema matemático. El algoritmo se implementa como una extensión del proyecto MATPOWER que permite calcular flujos de potencia y flujos de potencia óptimos en MATLAB. El algoritmo se valida mediante la comparación con un caso de estudio internacional, obteniéndose un error de 0.0005[p.u.] para los voltajes de fase y 0.811\% para las potencias inyectadas, con un tiempo de ejecución de 0.1[s]. Se incorpora un despacho de unidades que permite dar las consignas de operación a las unidades de generación y almacenamiento de una microred, para un horizonte de simulación determinado. De esta forma, en conjunto con algoritmo de flujo de potencia, es posible simular la operación de la microred en un horizonte de simulación dado. La herramienta es probada con un caso de estudio basado en la microred real de Huatacondo, desarrollada por el Centro de Energía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, obteniendo resultados que reflejan su operación real. Obteniéndose una herramienta que constituye un aporte al análisis, estudio y desarrollo de microredes con generación distribuida.

Ingeniero Civil Electricista / La necesidad de incluir energías renovables dentro de la matriz energética mundial es cada vez más apreciable. Chile no es ajeno a esta tendencia, observándose una penetración creciente de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC), en particular a partir de la promulgación de la Ley 20.257 del año 2008. La energía eólica ha liderado en estos primeros años la penetración ERNC en los sistemas eléctricos nacionales. En este contexto, se reconoce la necesidad de disponer de modelos que permitan predecir la generación eléctrica de un parque eólico. En este contexto, el objetivo general del presente documento es la propuesta conceptual y práctica de una metodología para estimar perfiles de generación de un parque eólico, que permita su simulación en el mediano y largo plazo dentro de un sistema eléctrico de potencia. Dentro de un parque eólico hay tres efectos importantes a considerar al momento de analizar su generación: la topografía del terreno, el efecto estela y la turbulencia del viento. Son éstos, los que basándose en metodologías de referencia, permiten un cálculo más realista de la potencia generada en un parque eólico. Dada una medición de la velocidad del viento, el diseño del parque y la curva de potencia teórica de los aerogeneradores, es posible incluir los efectos antes mencionados en forma analítica. La validación del modelo se realiza a través de datos reales de viento y generación pertenecientes al parque Canela I, de la empresa Endesa Chile. Dichos datos corresponden a un período entre septiembre del 2009 y abril del 2010. Dado el modelo, se obtiene un error relativo del 7,81% según la energía total generada en ese período, y de un 11,79% según el error cuadrático medio de la potencia generada. Las simulaciones corresponden al análisis de tres eventos distintos a considerar: la topografía, el efecto estela y la turbulencia. Para cada evento se analizan distintos escenarios, los cuales contemplan el considerar y despreciar dichos efectos. Se obtiene que el efecto más significativo al momento de predecir la operación de un parque es la topografía del terreno. Lo anterior se debe al emplazamiento sobre colinas o valles de los aerogeneradores, en donde la velocidad del viento cambia. El efecto menos significativo es la turbulencia, obteniéndose una diferencia de 0,05% al no considerarla. Es importante destacar que la operación de un parque dista de ser el simple producto de los aportes individuales de una turbina genérica, aumentando su error relativo a un 10,12% con respecto a la energía, si se realiza dicha consideración. Como trabajo futuro se propone mejorar la modelación de la topografía y de la velocidad del viento. Así mismo, se sugiere extender el modelo a una versión estocástica.