Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva. Ingeniero Civil de Minas / Uno de los principales cambios que enfrentan hoy en día las mineras es la reducción de costos sumado a una búsqueda por el aumento de la productividad de sus trabajadores. La etapa de molienda en el procesamiento de minerales de cobre representa casi el 50% del consumo eléctrico del total de la mina situándolo como un foco de atención en la búsqueda de oportunidades. Sumado a lo anterior, hay una alta concentración de faenas en el Desierto de Atacama, el cual tiene uno de los potenciales solares más grandes del mundo debido a su alta irradiancia. El presente trabajo tiene como objetivo la exploración de una posible sinergia entre una planta de generación de energía fotovoltaica con un sistema de almacenamiento de energía en baterías con el proceso minero de la molienda semiautógena. Se plantea mediante el desarrollo de un modelo que permita entregar el tamaño óptimo de la planta fotovoltaica junto a su sistema de baterías que se integre de mejor forma al consumo del molino de manera híbrida sin desconectarse de la red eléctrica para obtener el mayor beneficio económico y ambiental con resultados confiables. Para realizar esto se propone el desarrollo de un modelo de optimización determinista para analizar los distintos efectos que tienen las principales variables del proceso sobre la disminución del consumo de la red eléctrica. Estas variables son la potencia contratada, el tamaño de la planta fotovoltaica y las capacidades de energía y potencia del sistema de almacenamiento de baterías. Para realizar el dimensionamiento de la planta que minimice los costos totales se propone un modelo de optimización estocástico el cual integre la incertidumbre de la generación de energía solar y del mineral derivada de su dureza provocando variaciones en el consumo de potencia del molino. La integración de la energía fotovoltaica al proceso puede ser fuertemente asistida mediante una administración adecuada de la dureza del mineral como demand side management, en donde se aproveche la energía solar durante el día alimentando al molino el mineral duro, y complementando con la energía almacenada en las baterías el consumo del mineral blando durante la noche. Como resultado de este trabajo se tiene que la potencia contratada tiene un gran efecto sobre las variables, donde la planta fotovoltaica y las baterías están estrechamente relacionadas para la reducción de costos evitando el sobreconsumo respecto a la potencia contratada. El dimensionamiento óptimo logra una reducción de costos totales de 31.8% anual con respecto a la operación sin energía solar para este caso de estudio. La administración del mineral resulta en una mejor integración mostrando que existe sinergia de la energía solar con esta etapa de la molienda, produciendo mayores ahorros gracias a una necesidad de una menor inversión en baterías mostrando grandes posibilidades para la aplicación de esta tecnología en las minas del futuro. Como trabajo futuro se propone la integración de los costos de realizar demand side management junto al estudio detallado del impacto que la separación de durezas tiene sobre el proceso completo. Además, se propone considerar una aproximación del uso de múltiples tipos de baterías para integrar el efecto de las estaciones del año en la optimización y dimensionamiento.

La energía eléctrica es un recurso necesario en la vida de todos, verificándose que la demanda energética de un país se encuentra, por lo general, correlacionada con su PIB. Lo anterior conlleva a la instalación o reposición de nuevas centrales de energía eléctrica y a la necesidad de aumentar la eficiencia del sistema. En este contexto se introducen las tecnologías de generación distribuida (GD), basadas en energía renovable. Estas tecnologías corresponden a centrales de mediana y pequeña escala, que se encuentran conectadas directamente a los sistemas de distribución. Pueden ser propiedad de los consumidores o de las empresas distribuidoras y entregan sus excedentes de generación al sistema. Debido a su favorable ubicación, la GD puede ayudar a mejorar la calidad de servicio necesaria para los consumos. Esto es posible si existe una correcta ubicación, conexión y coordinación de la GD. En este contexto se introduce el concepto de Generador Virtual (GV), ente encargado de la coordinación de la operación de distintas unidades de GD, de manera de optimizar su desempeño conjunto. El objetivo principal del presente trabajo de título es disponer de una metodología para determinar la ubicación óptima de un GV. Para ello, se efectúa un estudio detallado de las tecnologías implementadas en GD, en particular aquellas que utilizan recursos renovables. Se establecen las condiciones necesarias para determinar el mejor emplazamiento, basado en las características del recurso energético primario con datos estadísticos y las características de las redes de distribución (ubicación y capacidad). Con el fin de estipular los parámetros que determinan el punto de conexión a la red, se estudia la influencia de la GD en el sistema, como son: la influencia que ejercen los GD en los niveles de tensión en los distintos nodos donde se encuentran insertos, la reducción de pérdidas óhmicas relacionadas con la combinación de GD y servicios que pueden proporcionar un GV (regulación de tensión, continuidad de suministro, etc. los que entregan una mayor rentabilidad a este tipo de energías). Si bien la metodología es validada en forma conjunta, se presenta su aplicación a casos específicos de energía solar, eólica, biomasa y minihidráulica en la localidad de Ovalle y Salamanca. Los resultados obtenidos corroboran el potencial de aplicación práctica de la propuesta. Por último, como trabajo a futuro se recomienda establecer los niveles máximos de penetración de las distintas tecnologías en una red de distribución y desarrollar modelos que representen los efectos de combinar diversas tecnologías de GD en una misma red.

La Eficiencia Energética es el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos obtenidos. Dado que en el último tiempo ha existido un aumento sostenido en el precio de la energía eléctrica, así como de los combustibles, se hace necesario estudiar medidas que permitan disminuir los costos operacionales del sector industrial, y en especial, que generen ahorros de energía sustentables en el tiempo, y de manera responsable con el medio ambiente. En este contexto se enmarca el presente trabajo de título. En él se desarrolla una guía que permite diseñar, operar y mantener de manera eficiente una planta industrial, realizando evaluaciones técnicas y económicas para la incorporación de medidas de uso eficiente de la energía. En este sentido cabe señalar que la industria minera es un sector propicio para implementar alternativas que permitan generar ahorros de energía, dado el trabajo intensivo que realizan los diferentes procesos que actúan en la cadena productiva, y que participan de manera permanente en el consumo de electricidad y combustible. De esta manera, y conociendo las ventajas que posee la industria minera para el uso eficiente de la energía, es que la empresa Anglo American Quellaveco S.A se ha interesado en desarrollar una planta concentradora de cobre con altos índices de eficiencia energética, por lo que este proyecto minero será la base de partida para el presente estudio. Sin pérdida de generalidad, las opciones de uso eficiente de la energía descritas en este documento pueden ser replicadas en todo el sector industrial. La metodología desarrollada contempla llevar a cabo una caracterización completa de los diferentes procesos y equipos que interactuarán en la planta concentradora Quellaveco, con el objetivo de conocer las condiciones de operación de cada equipo. Luego se desarrolla una explicación técnica, y un análisis económico, de cómo se pueden implementar las alternativas de uso eficiente de la energía y se evaluarán los resultados en la planta. Se concluye que el uso eficiente de la energía en Quellaveco permitirá ahorrar anualmente 108,7 [GWh] de energía, lo que significa el 8,66% de la demanda global de la planta. Se observa además que, al inscribir Quellaveco como un mecanismo de desarrollo limpio, se podrán obtener ganancias anuales superiores a los US$ 230.000, lo que corresponderá a disminuir las emisiones de CO2 en 68.000 toneladas por año.

Ingeniero Civil Electricista / Chile actualmente necesita expandir su oferta de electricidad, ya que año tras año aumenta de manera considerable su demanda. Por lo anterior, se requiere definir constantemente una matriz energética confiable y sustentable a largo plazo, promoviendo de esta forma la generación eléctrica por medio de recursos renovables no convencionales. La aparición de estas tecnologías, pone en duda el real impacto que ellas provocarán en la forma de operar en las empresas distribuidoras. Por otra parte, las condiciones de calidad de suministro eléctrico se encuentran meridianamente establecidas en la normativa vigente, se espera que próximamente sean complementadas. El presente trabajo de título entrega, en forma clara y simplificada, una clasificación de los principales tipos de generación por medio de Energías Renovables No Convencionales, junto con introducir el concepto de Generación Distribuida (GD). Además, se efectúa una revisión detallada de las leyes, decretos y normas nacionales que se relacionan con la GD, abarcando desde su comienzo con la Ley Corta I hasta la Ley 20.571 aprobada en el Congreso en el año 2012, pasando por la propuesta de Norma Técnica de Calidad y Servicio para los Sistemas de Distribución. Para establecer el impacto que causa la interconexión de dos generadores distribuidos en cada uno de los alimentadores rurales implementados, se efectúan simulaciones con el programa Power Factory de DigSILENT. Para esto se realiza un cálculo de flujo de carga, un cálculo de cortocircuito y un estudio de transientes. De los resultados y análisis se obtiene lo siguiente: Al conectar los GD al final de los alimentadores, se observa que las pérdidas en las líneas son aproximadamente un 50% menos. Al aplicar el cortocircuito trifásico en la cabecera de los alimentadores interconectados con GD igual o menor al 20% de la capacidad del conductor, no es necesario invertir en nuevos equipos de protección pues estos, ya despejan fallas mayores a las establecidas. Se constata la necesidad de desconectar los GD antes de los 2 [s]. El motivo corresponde a la pérdida de la calidad de suministro ya que los límites de voltaje y frecuencia se salen bruscamente de los rangos establecidos de la normativa vigente. Como trabajos futuros, se propone el estudio detallado de la interacción entre GD, incorporando coordinación de protecciones, equipos reguladores e integración de las redes inteligentes. Sobre la base de lo anterior, este trabajo entrega una guía que permite operar técnicamente más de un GD y establece nuevos lineamientos para aprovechar las virtudes que trae consigo los GD en las redes de distribución.

Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, el CDEC-SIC incorpora en sus modelos del SIC las relaciones horarias de las generaciones eólicas y fotovoltaicas, aunque sin un fundamento metodológico lo suficientemente acabado que compruebe una representación más fiel de la generación esperada. El objetivo del presente trabajo consiste en probar la validez de la metodología actualmente empleada, incorporando en ella los cambios que mejor se ajusten a representar la volatilidad eólica y fotovoltaica de largo plazo del SIC, e integrar dicha modelación a las planillas usadas en las revisiones anuales del Estudio de Transmisión Troncal, efectuadas por el CDEC-SIC. La metodología desarrollada, comienza con un análisis estadístico de datos de generación eólicos y fotovoltaicos reales, considerando la estructura que requiere el software de Programación de Largo Plazo (PLP). Posteriormente, se plantean una serie de modelaciones distintas para representar los factores de planta y peaks de generación de estas tecnologías, con el objeto de elegir una para el caso eólico y otra para el caso fotovoltaico. Finalmente, se realizan simulaciones para comparar el método actual con las modelaciones propuestas y apreciar las diferencias que se introducen en la operación esperada del sistema eléctrico. Mediante el mínimo error cuadrático, se escogen las modelaciones que mejor representen al factor de planta y a los peaks de generación. Las mejoras en este ámbito para el caso eólico, corresponden a una disminución en un 71% del error al calcular el factor de planta, y de un 25% al representar los peaks de generación. Para el caso fotovoltaico, si bien aumenta el error de los factores de planta en un 2,6%, el error de la representación de peaks disminuye en un 8%. Por otra parte, la nueva modelación incluye las variaciones estacionales, al calcular el factor de planta mensualmente, mientras que con el método actual, al ser calculado anualmente, variaciones intra-anuales no quedan bien representadas. De las simulaciones realizadas, se logra que la modelación propuesta contenga todos los casos de la modelación actual y agrega escenarios con mayor influencia de las centrales ENRC que antes no eran considerados.Estudios futuros en esta materia debieran considerar la mejora de las modelaciones propuestas, basándose en datos reales de nuevas centrales generadoras e investigar, en profundidad, la relación entre la ubicación de una central eólica y su respectivo factor de planta, a medida que nuevas unidades se vayan incorporando al sistema interconectado central.

Magíster en Gestión para la Globalización / Este trabajo de Tesis tiene como objetivo desarrollar un plan de negocios que permita evaluar estratégica y económicamente la comercialización de sistemas fotovoltaicos para la Cooperativa Habitar Verde , asociada a las Energías Renovables No Convencionales en Chile. El proyecto se ve impulsado por la Ley 20.571, la cual fue desarrollada con el objetivo de fomentar la generación residencial de energías renovables tanto para el autoabastecimiento como para la inyección de energía a la red de distribución. De ésta forma, los usuarios pueden generar hasta 100 kw de energía eléctrica para su propio consumo e inyectar los excedentes a la red, recibiendo un pago por éstos. Otro factor relevante para el desarrollo de este plan de negocios, es que Chile presenta las condiciones ideales en radiación solar, la cual puede ser convertida en electricidad mediante el uso de la tecnología fotovoltaica. La metodología utilizada para realizar este trabajo consistió en primer lugar en un análisis de factores medioambientales a través de la herramienta PESTEL, y el análisis estratégico de las cinco fuerzas de Porter, y un análisis FODA. Esta metodología permitió analizar las fortalezas y debilidades de la organización, así como evaluar las oportunidades y amenazas que presenta el país. Adicionalmente, se realizó un análisis del mercado solar a nivel mundial y una revisión de la Ley Net Metering y los resultados de su implementación en otros países. La estrategia de entrada al mercado se elaboró, mediante el desarrollo de un plan de Marketing estratégico y táctico. La propuesta de valor del modelo de negocios constituye uno de los puntos centrales en el modelo de negocios, ya que al ser una entidad organizada de forma de Cooperativa, sus asociados realizan conductas verdes , donde la sustentabilidad les permitirá lograr una ventaja competitiva de largo plazo frente a las empresas competidoras. Por otro lado, se elaboraron las proyecciones de ventas de acuerdo a los segmentos analizados y las particularidades del mercado objetivo, caracterizado por aquellos hogares donde se realizan prácticas habituales de reciclaje. La inclusión de los sistemas fotovoltaicos se realizará de forma gradual, con una proyección 22,6 MW instalados al décimo año. Se diseñó un plan de marketing y conjuntamente se evaluó el plan de operaciones, en donde se seleccionó el proveedor y se desarrolló la estructura organizacional y los costos asociados a su implementación. Bajo los resultados de los análisis financiero se arrojó un VAN del flujo de caja de 423 millones y una TIR del 22,1%, haciendo rentable el negocio. La recomendación es implementar este plan de negocios y evaluar otros posibles proveedores, así como además la escalabilidad a proyectos de mayor envergadura y la posibilidad de expansión a las regiones del norte del país.

Ingeniero Civil Eléctrico / Diferentes países alrededor del mundo se han planteado ambiciosos objetivos para alcanzar altos niveles de producción de energía en base a energías renovables en los próximos años. Esta situación, sumada a condiciones favorables desde el punto de vista de costos de inversión tanto para los proyectos de generación fotovoltaica como eólica, lleva a que se espere que ambas tecnologías tengan un rol importante en los sistemas de potencia del futuro. Sin embargo, una alta penetración de energías renovables no convencionales puede afectar el control y estabilidad de un sistema de potencia, especialmente desde el punto de vista de la frecuencia. Esto, ya que la generación variable desplaza generación síncrona convencional. Lo anterior provoca problemas, entre otras cosas, con la inercia del sistema debido a dos factores: 1) las plantas fotovoltaicas no poseen partes rotatorias, por lo tanto no pueden proveer de respuesta inercial durante desbalances de carga-generación y 2) la generación eólica al ser conectada mediante conversor, pierde la respuesta inercial natural asociada a sus partes giratorias. Como consecuencia, mientras más plantas eólicas y solares fotovoltaicas se integren al sistema, más reducida será la inercia del mismo y con esto su capacidad de hacer frente a las desviaciones de frecuencia ante grandes perturbaciones, lo que afecta fuertemente la estabilidad en frecuencia. Es por esto que con el fin de permitir altos niveles de energía renovable no convencional (ERNC) manteniendo la seguridad del sistema, se requiere incluir en el Unit Commitment restricciones adicionales. Los efectos mencionados son relevantes en sistemas de potencia aislados y pequeños. En el caso chileno el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) tiene proyectada una alta penetración de proyectos fotovoltaicos sin inercia. Por lo anterior, este trabajo se enfoca en estudiar la estabilidad de frecuencia del SING proyectado para el año 2017. El objetivo es encontrar funciones que caractericen la respuesta de la frecuencia del sistema frente a desbalances de carga-generación. Para ello, se realizan simulaciones dinámicas frente distintas contingencias en base a un modelo proyectado del SING. Los resultados del estudio indican que a medida que aumenta la generación variable, el sistema ve deteriorada su capacidad de control de frecuencia. Además se concluye una alta correlación entre el porcentaje de generación ERNC y la inercia del sistema y a su vez una estrecha correlación entre el rate of change of frecuency (Rocof) y la inercia del sistema. Esto último permite representar de forma matemática la relación entre el Rocof y la inercia del sistema. Finalmente el trabajo entrega una función por tramos que caracteriza la pendiente de caída de la frecuencia (Rocof), en función del desbalance, para diferentes valores de inercia del sistema. Se prueba la validez de la función obtenida con fallas históricas reales ocurridas en el SING para validar la propuesta. De esta forma se podría incorporar una restricción adicional al Unit Commitment para caracterizar la influencia de una alta penetración de ERNC en la frecuencia del sistema.

La realización del presente proyecto de tesis tiene como objetivo principal la investigación de una alternativa sostenible y limpia a la generación de energía eléctrica y térmica mediante el diseño de un sistema fotovoltaico y termo solar en una edificación en la ciudad de Ayacucho. Se compilaron principios teóricos importantes como el aprovechamiento de la radiación solar y los componentes de ambos sistemas, así como también la problemática y las justificaciones meteorológica, eléctrica, económica, ambiental, social y legal. Se midió la energía eléctrica en el mes de agosto del 2023 (12,190.00 Wh), cuyas tomas fueron realizadas con el medidor electrónico de cada piso, y la potencia activa (3,622.05 W), midiendo la corriente y la tensión de cada piso con un instrumento (multímetro), asimismo, se estimó el volumen de ACS para la edificación multifamiliar es 420 L y el porcentaje de uso de acuerdo a la estación y el mes de cada año. Se diseñó el sistema fotovoltaico para cubrir completamente la demanda de energía eléctrica de la edificación, obteniendo como resultado un conjunto de 8 paneles monocristalinos de 500 Wp, 5 baterías de litio de 3,5 kWh cada una, 01 controlador de MPPT de 250 V y 01 inversor cargador de 5200 W. Asimismo, se calculó el calibre del cableado eléctrico para cada tramo según la intensidad de corriente. En el cuarto capítulo se diseñó el sistema térmico solar para abastecer la demanda de ACS, obteniéndose una necesidad de 17 tubos solares Heat Pipe por cada terma solar (4 en total) y un tanque térmico de almacenamiento de 1.60 m de largo y 0.25 m de diámetro por terma. Se determinó la reducción anual de la huella de carbono para cada sistema: 980.15 kg CO2 eq. al implementar el sistema fotovoltaico y 1,490.0 kg CO2 eq. al implementar el sistema térmico solar. Finalmente, se determinaron los costos netos de la implementación de ambos sistemas, el costo estandarizado de generación (LCoE) y el análisis de viabilidad y sostenibilidad mediante los indicadores VAN y TIR, se obtuvieron cálculos que justifican la inversión económica para la implementación de ambos sistemas y un costo de generación eléctrica y térmica más económico y competitivo con respecto al costo de acceso al servicio de la red pública.

El sector energía es uno de los principales causantes del calentamiento global, debido a la gran cantidad de gases de efecto invernadero que se generan por la quema de combustibles fósiles y las emisiones fugitivas2. De esta manera, las energías renovables (solar, hidráulica, geotérmica, mareomotriz, biomasa, y eólica) surgen como alternativas a las fuentes convencionales de generación eléctrica (carbón, petróleo y gas natural), pues no emiten GEI durante su operación, mas sí durante su ciclo de vida. Por ello, la implementación de estas fuentes energéticas en la matriz energética peruana permitirá mitigar la emisión de GEI a la atmósfera. En tal sentido, se propone el planteamiento de un parque eólico marino como fuente de generación eléctrica limpia, el cual nos permitirá brindar electricidad a los hogares peruanos a partir de un recurso inagotable como el viento. Se espera que la implementación gradual de energías renovables para la producción de energía eléctrica contribuya a disminuir las emisiones de CO2 eq generadas en este sector. De tal manera que el Perú pueda cumplir con las reducciones propuestas en la Contribución Nacional y los tratados internacionales de la COP.

Una realidad que tiene Perú es que a pesar de ser fuertes exportadores y poseer grandes actividades de mercado internacional, aún presenta declinaciones en muchos aspectos de su economía y calidad de vida poblacional. Esto se puede observar en los diversos pueblos o comunidades aisladas que hasta la fecha no cuentan con un suministro eléctrico, debido a que se encuentran en zonas muy alejadas de las líneas de transporte o distribución eléctrica; o por otro lado porque geográficamente resultaría muy costoso para las concesionarias llevar a cabo dichos proyectos, Sin embargo ya se han tomado diversas medidas para contrarrestar estos inconvenientes como es el caso del aprovechamiento sostenible de los recursos naturales presentes en dichas comunidades. Un ejemplo claro de estos centros poblados relativamente alejados, es Cucufana; que al poseer una población de 26 viviendas y por lo tanto considerándose una población dispersa debido a su baja densidad población [1]; Este pequeño poblado ubicado en el distrito de Morrope, Lambayeque presenta una radiación solar promedio 5,59 KWh/m2 esto señala que presenta condiciones óptimas para el aprovechamiento de la luz solar. Utilizando el informe [2] que indica el sector típico 5 para una zona rural de densidad poblacional media y la normativo R.D. N° 015-2004-EM/DGE [3] se determinará que la calificación eléctrica adecuada para dicha zona y por ende la máxima demanda que se suministrará que permita a estas personas aumentar su calidad de vida. Para lograr los objetivos de este proyecto se empezó generando un diagnostico energético de un centro poblado, para luego a través de estudios estadísticos externos se logró determinar cuáles son las necesidades energéticas más comunes de los pobladores y de la mano con la información de la Data solara de la NASA se pudo dimensionar adecuadamente los equipos del Sistema de Generación, posteriormente se realizó un bosquejó en SolidWorks de la estructura metálica del Seguidor solar, para la programación se utilizó el leguaje C++ y el software gratuito para su redacción “C++ online”. Finalmente se realizó un análisis de viabilidad con los materiales y mano de obra necesarios para su construcción e instalación, expuestos en un presupuesto referencial. Se logró diseñar un sistema de seguimiento lumínico capaz de aumentar su producción energética en un 21%, a pesar de que se produjo un aumento en los costos del proyecto en un 32%, las mejoras que se obtienen con este costo adicional son beneficiosos para los usuarios.