El objetivo principal de este trabajo es caracterizar el consumo de energía en el sector residencial de Chile y, a partir de ello, identificar dónde enfocar las medidas que deben implementarse para generar un mayor ahorro de energía. En este estudio se utilizaron los datos de la encuesta “Estudio de usos finales y curva de oferta de conservación de la energía en el sector residencial de Chile” (Ministerio de Energía, 2010). Se seleccionó una muestra de 113 encuestas de un total de 3.220, correspondientes a viviendas ubicadas en las ciudades de Valparaíso, Santiago y Concepción. Se compararon los consumos de energía de acuerdo a: ciudad (zona térmica), tipo de agrupación (casa aislada 1 piso, pareada de 1 y 2 pisos y departamento) y nivel socioeconómico. Resultó que en las zonas con más grados-día el consumo de energía es mayor, influenciado por las necesidades de calefacción. Destaca en Concepción el alto consumo en calefacción. Las casas aisladas son las que más consumen y los departamentos los que menos, cuya ubicación crítica en el edificio, es en una esquina del último piso y la mejor es en el centro de un piso intermedio. El nivel socio-económico que más consume energía es el ABC1 y el que menos el nivel C2. Considerando sólo el consumo en electricidad, el refrigerador es el electrodoméstico que más consume (31%), seguido bastante de lejos por la iluminación (15%). Destaca el alto consumo en stand-by (13%).Respecto al consumo total en electricidad y combustibles, predomina el consumo en calefacción (29%) y en agua caliente (30%), sin embargo, la calefacción es más crítica cuando se analiza el consumo estacional de invierno. Al llevar una vivienda antigua a cumplir la reglamentación térmica, se ahorra cerca de un 6% del consumo total anual de energía. La inversión requerida para ello es alrededor de 25 [UF] que debe ser financiada total o parcialmente por el Gobierno, para que las familias perciban el ahorro a corto plazo. Las medidas aplicadas sobre lo exigido en la reglamentación térmica actual, que generan mayor ahorro en calefacción son: aislar los muros con 4 [cm] más y mejorar las ventanas con un vidrio de menor transmitancia térmica. No se recomienda aislar el piso y ni el techo más allá de la reglamentación, ya que el ahorro es pequeño. En condiciones normales de temperatura y cumpliendo las exigencias de aislación térmica de muros, no se produce condensación superficial en ellos.

Ingeniero Civil Eléctrico / En los últimos años, se ha incrementado la preocupación por incorporar e integrar de mejor forma las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) a los sistemas eléctricos, para lo cual se han propuesto los sistemas de almacenamiento. En este contexto, este trabajo analiza una central de bombeo (PHS, Pumped Hydroelectric Storage) en el sistema eléctrico nacional al año 2020, comparando tres estrategias de despacho para un conjunto de generación que incluye unidades fotovoltaicas de 600 MW y unidades PHS de 300 MW. Las tres estrategias de despacho a analizar son: (1) generación base: consistente en operar la central fotovoltaica y PHS en conjunto de forma tal de entregar potencia constante durante 24 horas; (2) minimización de costos: tanto la central fotovoltaica como la PHS operarán para reducir los costos de operación del sistema (i.e. en función del despacho económico de mínimo costos); y (3) maximización de utilidades: la PHS operará de forma tal de maximizar las utilidades por concepto de compra/venta de energía al propietario de las centrales. De los resultados obtenidos, se desprende que el despacho de generación base es el más ineficiente para el propietario de las plantas de generación y el beneficio sistémico es relativamente menor al otorgado por el despacho de minimización de costos. Por otro lado, la operación minimizando costos del sistema es la que mejor aprovecha las propiedades de la central PHS, reduciendo los costos de generación, las emisiones de contaminantes y el vertimiento de las ERNC; ahora bien, los ingresos percibidos, en especial por la central PHS, son relativamente menores. En contraste, la metodología de maximización de utilidades brindó mejores retornos económicos al propietario de las centrales (1,4% de aumento con respecto al caso de despacho de mínimo costo), pero también aumentó levemente el costo del sistema (0,95%) y el pago de la demanda (0,57%) respecto al caso de minimización de costos; esto, debido a que se confirmó (mediante una manera cuantitativa) el poder de mercado existente y que potencialmente podría ejercer la central PHS. Aunque la pérdida de eficiencia sistémica es relativamente menor en términos promedio cuando el propietario despacha su central, se demuestra que existen horas donde hay un gran potencial para ejercer poder de mercado (donde las variaciones de precios pueden llegar a ser de un 57,2%), tanto en horarios de carga (alrededor del mediodía cuando el dueño de la central se ve tentado a limitar su consumo con el fin de no aumentar precios de mercado) como en la descarga de la PHS (en el horario de demanda máxima, cuando el propietario se ve tentado a limitar su generación para no disminuir los precios de mercado). Estos resultados podrían tener importantes implicancias en términos regulatorios y de monitoreo de mercado.

Con el propósito de obtener una metodología correcta así como los valores iniciales se deberá recopilar, analizar y evaluar la información relacionada con los factores de simultaneidad y demanda, tanto de las instalaciones eléctricas de utilización, así como los de suministro. Así mismo se deberán efectuar mediciones muestrales de campo, mediante toma de registros diarios en las instalaciones eléctricas del sistema de distribución (suministro) y del sistema de utilización de acuerdo a la muestra establecida en el Estudio Estadístico, estas mediciones se realizaran con el Equipo “POWER HARMONICS ANALYSER” modelo MI 2092 de marca Metrel. La muestra de Nivel Unidad Geográfica 1 se establecerá en base a los criterios de selección dentro de la selección del Sistema Eléctrico representativo ,la muestra de Nivel Unidad Geográfica 2 será establecidos a través de la estadística, pero también de forma grafica usando el programa MAPINFO para poner obtener la información grafica de la ubicación de las subestaciones a medir y así tener la seguridad que pertenezcan a una zonificación dada, los mapas de la zonificación serán digitalizados en este mismo software, los planos de zonificación urbana se obtienen del Instituto Metropolitano. Los diagramas de carga elaborados por cada zonificación urbana, se construyen en base a la medición muestral con el Equipo Analizador que se instalara en diversos domicilios que se ubiquen dentro de la zona de muestra y la zonificación respectiva durante un periodo de 24 horas y tomando registros cada 15 minutos de acuerdo a la establecido en la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos. Con esta información se establecerá la metodología mas adecuada para el cálculo y actualización de estos factores tal como se detalla en los capítulos siguientes.

La presente tesis se orienta a la producción limpia de H<SUB>2</SUB> a partir de sistemas de conversión de energía solar y eólica. Se analizan configuraciones de SGRHs (Sistemas de Generación Renovable de Hidrogéno), autónomas y asistidas por red, cuyo objetivo principal es el suministro adecuado de potencia al electrolizador. El modelado, análisis de la dinámica y diseño de control se efectúa aplicando conceptos de sistemas dinámicos híbridos. Para describir apropiadamente la interacción entre variables continuas y discretas típica de tales sistemas se emplea como herramienta matemática el autómata híbrido.

El objetivo general del presente trabajo de título es desarrollar los requerimientos tecnoeconómicos de un nuevo sistema de gestión de la energía, para incorporarlo a la oferta de la Compañía Americana de Multiservicios (Cam LTDA.); se espera ilustrar las necesidades, caracterizar el mercado y mostrar los argumentos necesarios, de modo que esta opción se evalúe en los comités correspondientes. Además, se desea enmarcar esta tecnología dentro del nuevo paradigma que plantea la evolución de las redes eléctricas actuales hacia redes inteligentes. Cam LTDA. es una empresa experta en implementar proyectos de gestión energética, que apuntan a un segmento del mercado que considera grandes empresas, por ejemplo, distribuidoras de energía eléctrica. Para abarcar a clientes menores, como cooperativas y mediana empresa, se requiere de un producto, de precio más accesible a los presupuestos que manejan estas organizaciones y que se perfile como un servicio que sea una herramienta diseñada para entrar en un ciclo de mejoramiento continuo, en la administración de los recursos energéticos. Se determinaron los requerimientos técnicos a incorporar en el software de EMH, tomando como base la actual propuesta que oferta Cam LTDA. Junto con esto, se realizó una evaluación económica del sistema, comparándolo con la inversión requerida para implementar el actual producto de Cam LTDA, mediante el análisis del Valor Actual Neto del proyecto. Al comparar las opciones, el sistema de gestión de la energía en base a medidores EMH entrega resultados favorables. Con esta evaluación, más los beneficios que entregaría el servicio, los clientes pueden justificar el costo que implica implementar este sistema en sus instalaciones. Sobre la base de estas propuestas, se concluye que se presenta una oportunidad comercial, que consiste en abordar a estos clientes, incorporando servicios y productos que entreguen una alternativa de altas características técnicas y que sea competitiva, para ser un referente de innovación con altos estándares de calidad para las grandes y medianas empresas latinoamericanas. El futuro desafío es incorporar esta nueva tecnología, la cual ya está siendo implementada en el sector de las generadoras, transmisoras y distribuidoras, en los otros actores del mercado eléctrico, es decir los consumidores industriales, comerciales y organizacionales. La evolución en Chile de las redes inteligentes sigue este camino, y en un futuro llegarán hasta los consumidores residenciales. Masificar los sistemas de monitoreo y gestión de la energía es un paso más que los actores del sector eléctrico deben dar, pues constituye parte fundamental para la implementación de las redes inteligentes, las cuales se perfilan como un nuevo paradigma para el mercado energético.

Como se conoce, en los últimos años el consumo de energía ha ido en aumento debido al incremento poblacional y la dependencia creciente a la energía eléctrica. Esta situación ha ocasionado un aumento en la utilización de fuentes de energía no convencionales y renovables, como la energía solar y la energía eólica. Estos tipos de energía renovable no contaminan el medio ambiente en su generación. El tema de investigación busca obtener la máxima prestación de una turbina eólica utilizando una estructura de control basado en redes neuro-difusas. A fin de lograr este objetivo, primero se obtiene el modelo matemático de una turbina eólica de eje horizontal de tres palas de velocidad variable con generador de inducción doblemente alimentado, así como los modelos que representan la dinámica del proceso. Luego, se realiza el diseño de los controladores basados en redes neurodifusas, y otro controlador basado en linealización por realimentación de estados., el cual se utilizará con fines comparativos. Las variables controladas son la potencia activa y reactiva, mientras que las variables manipuladas son el ángulo de paso de las palas de la turbina eólica y los voltajes aplicados en los terminales del rotor del generador de inducción. Para comparar el desempeño de ambos controladores se desarrollaron simulaciones en Matlab, como resultado se obtuvo que el controlador neuro-difuso presenta mejor desempeño bajo distintas condiciones de operación. / Tesis

La eficiencia energética y la búsqueda de nuevas fuentes de energía han llevado a investigar aplicaciones de la energía solar para generación de energía Eléctrica. Un colector solar parabólico, junto con un ciclo de vapor para generación o un motor Stirling, pueden ser alternativas válidas de implementación para generación distribuida (GD), sobre todo en regiones de Chile donde existe una alta radiación solar. Los objetivos generales de este trabajo son mostrar que la energía necesaria para desarrollar el seguimiento solar del colector parabólico es mínima en comparación a la capacidad de generación de éste y determinar experimentalmente la radiación incidente y la temperatura en el foco del colector a lo largo del día. Tomando en consideración los requerimientos de flexibilidad, robustez y economía, se selecciona un sistema de seguimiento altitud-azimut de tipo ecuatorial. Este sistema se diseña, se simula y se construye para seguir de forma autónoma al sol. La radiación incidente sobre un foco de concentración de una superficie es calculada a través de un modelo genérico de reflexión de rayos en forma de conos provenientes desde el sol, los cuales forman una zona focal de diámetro dependiente de la calidad del material reflectante. Con este diámetro es posible calcular la capacidad de concentración del colector y la radiación incidente en él. Se construye un receptor para el foco, en el cual se puede medir la temperatura y estimar la radiación incidente, permitiendo su contraste con los valores teóricos. Se encuentra que la energía necesaria para realizar el seguimiento solar no es superior a 20 [Wh] por día, lo cual no supera el 1% de los 2500 [Wh-día] que un generador de 500 [W] nominales es capaz de generar. Las curvas de temperatura y radiación determinadas experimentalmente en el receptor se ajustan a lo esperado teóricamente, por lo cual se cuenta con un modelo que puede predecir bajo cualquier condición el valor de estos parámetros. De esta forma, los resultados de este trabajo sirven de base para la propuesta de sistemas de concentradores solares para aplicaciones en GD. Como trabajo futuro está la construcción en el colector de algún tipo de generación, ya sea un ciclo de vapor o un motor Stirling. También se recomienda implementar un control y monitoreo de tipo remoto, con el cual se pueda tener acceso a información del sistema a tiempo real y dar acciones de mando desde cualquier lugar con acceso a Internet.

Actualmente existen en Chile numerosos proyectos de generación eólica en distintas etapas de desarrollo. La mayoría de éstos se conectarán al Sistema Interconectado Central (SIC), y en particular en el norte del país, por lo que se espera que en el mediano plazo exista una gran cantidad de generación eólica en dicha zona. Dada la naturaleza estocástica del recurso viento, estos parques eólicos inyectarían una potencia variable al sistema de transmisión, lo que podría producir fluctuaciones de tensión en las barras del sistema de transmisión pudiendo, eventualmente, salir de los rangos permitidos. De esta problemática surge el objetivo principal de esta investigación, que es disponer de una estrategia para efectuar el control de tensión de un sistema eléctrico con las características propias del SIC, en el que puede existir una elevada penetración de generación eólica. En este estudio, primeramente se identificaron las fluctuaciones de tensión esperadas para las distintas tecnologías de generación eólica actualmente utilizadas. Se observó que los parques eólicos formados por aerogeneradores de velocidad fija es la tecnología de la que se espera mayores fluctuaciones de tensión. A un sistema eléctrico de ensayo base se le realizaron pequeñas modificaciones, obteniéndose distintas topologías, y a su vez, para cada una de éstas se construyó sistemas de distintos niveles de tensión: 66, 110 y 220 [kV]. Mediante la herramienta de flujos de potencia, en cada uno de estos sistemas se buscó la generación eólica tal que ocasionara problemas de tensión en las barras del sistema. Se propuso una estrategia de control de tensión que solucionara dicho problema. Se construyó un modelo de la zona norte del SIC, desde la barra Quillota 220 [kV] hasta la barra Paposo 220 [kV], en el que se probaron con éxito las estrategias de control de tensión propuestas en el sistema eléctrico de ensayo. Finalmente, se determina que la inclusión masiva de generación eólica en un sistema eléctrico puede traer problemas de subtensión en el punto de conexión (PCC) de los parques eólicos y/o en barras aledañas a los parques eólicos. Se propone para esto una estrategia de control de tensión que mitiga las fluctuaciones lentas de tensión. Esta estrategia consiste en que a medida que aumenta la penetración eólica en el sistema; a) barras aledañas (centrales y elementos de compensación reactiva) aporten reactivos a los parques eólico del sistema eléctrico, cuando es insuficiente; b) elevar el tap de los transformadores de conexión de los parques eólicos; c) añadir compensación reactiva en barras aledañas a los parques eólicos y d) Añadir compensación reactiva en los PCC de los parques eólicos. Por lo demás, c) y d) pueden ser excluyentes o se puede dar una combinación de ambas.

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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.