Análisis de resiliencia del sistema eléctrico nacional ante el proceso de descarbonización y propuesta para la incorporación de tecnologías de almacenamiento

Abstract

La presente tesis analiza cómo las tecnologías de almacenamiento pueden fortalecer la resiliencia del Sistema Eléctrico Nacional en un contexto de descarbonización acelerada y alta penetración de ERNC. El estudio se basa en un diagnóstico del sistema, el análisis del apagón del 25 de febrero de 2025, la revisión de métricas internacionales de resiliencia y una evaluación técnica comparativa de alternativas de almacenamiento. El diagnóstico mostró una creciente dependencia de la generación fotovoltaica y una reducción de la potencia firme debido al retiro de centrales térmicas. Aunque el sistema opera de manera confiable, su capacidad para enfrentar perturbaciones críticas es limitada. El evento de 2025 lo evidenció, con una caída casi instantánea y más de 24 horas para recuperarse. La curva de resiliencia permitió describir este comportamiento e identificar las etapas donde se requieren refuerzos. Se evaluaron cuatro tecnologías de almacenamiento (BESS, hidrobombeo, baterías de Carnot y CAES), concluyéndose que ninguna es suficiente por sí sola, pero su combinación puede mejorar distintas fases de degradación y recuperación. Las BESS aportan en los primeros segundos por su respuesta instantánea; el hidrobombeo y los CAES son los más eficaces para sostener el suministro durante interrupciones prolongadas; y las baterías de Carnot representan una opción estratégica para reconvertir centrales térmicas. Con base en estos resultados, se elaboró una hoja de ruta en tres etapas: (I) fortalecimiento de la respuesta inicial y preparación para operar por islas; (II) incorporación de almacenamiento de larga duración; y (III) consolidación de un sistema de almacenamiento integrado en la planificación del SEN. El estudio concluye que incorporar explícitamente la resiliencia en la planificación energética es esencial para asegurar un sistema robusto y preparado para eventos críticos.

The accelerated decarbonization and high penetration of NCRES within the Chilean National Electric System necessitate a redefinition of operational resilience. This thesis analyzes how energy storage technologies can strengthen the SEN's capacity to withstand critical disturbances. The study is grounded in a system diagnostic and an analysis of the February 25, 2025 blackout, an event that highlighted the system's limited response capability. The preliminary diagnostic revealed a dependence on photovoltaic generation and a significant reduction in firm capacity due to the retirement of thermal power plants. The system's behavior during the event—characterized by an instantaneous collapse and a recovery exceeding 24 hours was analyzed using the resilience curve to identify the critical phases requiring reinforcement. A comparative technical assessment was conducted on four storage technologies: BESS, pumped hydro storage, Carnot batteries, and Compressed Air Energy Storage (CAES). The research concludes that no single technology is sufficient; instead, their strategic combination optimizes the system's performance across the degradation and recovery phases. BESS are crucial for the initial response; pumped hydro and CAES emerge as the most effective solutions for sustaining supply during prolonged interruptions; and Carnot batteries offer strategic potential for the repurposing of decommissioned thermal infrastructure. Finally, a three-stage implementation roadmap is proposed: (I) strengthening immediate response capabilities and preparing the system for islanded operation; (II) large-scale integration of long-duration energy storage; (III) formal consolidation of storage as an integral component of the SEN's planning. It is concluded that the explicit incorporation of resilience into energy planning is essential to ensure a robust electric system capable of withstanding future high-impact events.