Browsing by Author "Lorca Gálvez, Álvaro Hugo"

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    A comprehensive review on expansion planning: models and tools for energy policy analysis
    (2018) Gacitúa Rocha, Leonardo Esteban; Gallegos Garay, Pablo Ignacio; Henríquez Auba, R.; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Negrete Pincetic, Matías Alejandro; Olivares Quero, Daniel; Valenzuela, A.; Wenzel, George
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    Agendamiento de pacientes de quimioterapia: Optimización de reglas de Decisión
    (2023) Barriga Vuylsteke, Sebastián Andrés; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Cataldo Cornejo, Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El cáncer es una enfermedad que anualmente mata a millones de personas. El número de pacientes que la padecen se encuentra en crecimiento sostenido, con particular riesgo en los países más desarrollados (Fondo de Investigación Mundial de Cáncer, 2021). Para su tratamiento, una de las técnicas médicas tradicionales es la quimioterapia, la que consta de infusiones de drogas específicas durante distintos ciclos, los cuales definen los protocolos de atención del tratamiento. El agendamiento de pacientes de quimioterapia presenta una alta dificultad matemática y computacional, además de la necesidad de poder ser implementable de forma sencilla. El problema se puede separar en dos: planificación inter-día y agendamiento intra-día. En esta investigación se aborda el último mediante análisis de reglas básicas de decisión, y se pone a prueba su rendimiento con técnicas de optimización y simulación conjuntas. Se utilizaron datos agregados de un centro de cáncer de Chile, y mediante ellos se generaron casos de estudio representativos para validar las distintas reglas y técnicas utilizadas. En particular, se comprobó el buen rendimiento que presenta la regla de asignar a todos los pacientes en base a su tiempo esperado de atención, por sobre asumir casos pesimistas u optimistas según sus distintos tipos de cáncer. Además, sumando técnicas de penalización, prohibición y el uso de ciertos resguardos conservadores, se logró generar mejores reglas de decisión. Estas, si bien en su naturaleza continúan siendo simples y por ende fáciles de implementar, presentan mejoras por sobre la regla básica de agendar utilizando los tiempos esperados de atención de cada cáncer. El principal aporte de esta investigación radica en una propuesta metodológica de optimización y simulación, la que es aplicable tanto en problemas de agendamiento, en particular de quimioterapia, pero también potencialmente en otras áreas o industrias.
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    An adaptive robust optimization model for power systems planning with operational uncertainty
    (2018) Verástegui Grünewald, Felipe; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Gazmuri S., Pedro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La necesidad por sistemas sustentables de energía está impulsando la adopción de grandes cuotas de energía renovable variable en todo el mundo. Debido a esto, existe una creciente necesidad de nuevos modelos de planificación a largo plazo que puedan evaluar correctamente la capacidad de reserva y los requisitos de flexibilidad para gestionar niveles significativos de incertidumbre operativa a corto plazo. Motivado por este desafío clave, este trabajo propone un modelo de optimización adaptable robusto para el Problema de Planificación de la Expansión de la Generación y la Transmisión. El modelo propuesto tiene una estructura de dos etapas que separa las decisiones de inversión y operación, sobre un horizonte de planificación con míltiples períodos. El atributo clave de este modelo es la representación de la incertidumbre operativa diaria a través del concepto de días representativos y un conjunto de incertidumbre para la demanda y la disponibilidad de la energía eólica y solar, construido sobre esos días. Además, el modelo emplea una representación lineal del flujo de potencia para la red de transmisión. Este modelamiento permite una representación efectiva de la capacidad de reserva y de la flexibilidad operacional requeridas para la operación de un sistema de potencia con grandes cuotas de energía renovable. Para resolver eficientemente el problema de optimización, se emplea un método de generación de columnas. Extensos experimentos computacionales en una representación de 20 nodos del sistema eléctrico chileno en un horizonte de 20 años muestran las ventajas del modelo de planificación de expansión robusto propuesto, en comparación con un enfoque basado en días representativos deterministas, debido a una colocación espacial efectiva tanto de recursos variables como de recursos flexibles.
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    An Adaptive Robust Optimization Model for Power Systems Planning With Operational Uncertainty
    (2019) Verástegui, Felipe; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Olivares Quero, Daniel; Negrete Pincetic, Matías Alejandro; Gazmuri S., Pedro
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    An Optimization-Based Decision-Support Tool for Post-Disaster Debris Operations
    (2017) Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Çelik, M.; Ergun, Ö.; Keskinocak, P.
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    Comparison of energy scenario alternatives for Chile
    (2020) Simsek, Yeliz; Sahin, H.; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Santika, W. G.; Urmee, T.; Escobar Moragas, Rodrigo
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    Data-driven optimization for seismic-resilient power network planning
    (2021) Oneto Schiappacasse, Alfredo; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Muchas regiones del planeta están expuestas a riesgos sísmicos que pueden tener consecuencias devastadoras en los sistemas de energía eléctrica. El papel crucial de estos sistemas en la sociedad moderna hace que la evaluación y la planificación de su funcionamiento seguro y fiable sean primordiales. En este contexto, este trabajo desarrolla un novedoso marco de optimización basado en datos para evaluar la resiliencia sísmica de la red eléctrica y planificar las inversiones para mejorar su coste operativo en caso de contingencias. Bajo un esquema de optimización robusta, un modelo atacante-defensor de terremotos encuentra las peores contingencias de la red basándose en las propiedades estadísticas de los escenarios sísmicos generados con un método de ingeniería sísmica de última generación y representando el proceso de recuperación de los componentes de los sistemas de energía eléctrica. Además, se empleala optimización estocástica basada en datos en un modelo de dos etapas para la planificación sísmico-resiliente de redes eléctricas, que decide las expansiones de las líneas de transmisión y la ubicación y el tamaño de los sistemas de almacenamiento de energía en la primera etapa, mientras que en la segunda etapa se toman decisiones operativas óptimas. Además, este modelo aprovecha la información distribucional de múltiples fuentes sísmicas y produce una estructura de optimización de dos niveles, que tiene un problema de optimización de programación estocástica externa que minimiza los valores objetivos esperados del respectivo problema de atacante-defensor contra los terremotos para cada fuente sísmica basada en las decisiones de inversión. Posteriormente, extensos experimentos computacionales en una representación de 281 nodos del sistema de energía eléctrica chileno proporcionan información significativa para la planificación sísmica-resiliente y de muestran la eficiencia del enfoque de solución.
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    Enfoque de múltiples etapas para la calendarización de sesiones de quimioterapia con consideración de capacidad efectiva
    (2020) Sufan Neira, Sebastián; Cataldo Cornejo, Alejandro; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El cáncer es una de las principales causas de muerte a nivel mundial. Entre los tratamientos más empleados está la quimioterapia, que consiste en una administración por vía intravenosa de fármacos citotóxicos para eliminar las células tumorales. Realizar la calendarización de sesiones de quimioterapia es un problema complejo dados los múltiples objetivos que se deben satisfacer, tales como: reducir los tiempos de espera de los pacientes, equilibrar la carga del personal de salud, minimizar el uso de horas extra, entre otros. Así, el problema que se describe y resuelve en este documento consiste en fijar días para las sesiones de infusión indicadas en el protocolo médico (agendamiento inter-días), y en realizar una programación diaria para determinar las horas de atención de cada paciente (agendamiento intra-día), considerando incertidumbre en la llegada de pacientes y sus requerimientos. Para enfrentar este problema, se propone un enfoque de múltiples etapas basado en el problema inter-días e intra-día. De este modo, el agendamiento inter-días se realiza de forma de que todas las infusiones puedan llevarse a cabo, tomando en consideración la capacidad efectiva del centro de quimioterapia. El agendamiento intra-día se determina por medio de un par de modelos de optimización, de manera de obtener primero un agendamiento factible y posteriormente minimizar el instante de término del último tratamiento del día. Estas dos etapas –intra-día e inter-días– se retroalimentan entre sí, de manera de que la capacidad efectiva considerada en el agendamiento intra-día (input para el agendamiento inter-días) puede ser programada, respetando los recursos disponibles y las reglas de operación.El cáncer es una de las principales causas de muerte a nivel mundial. Entre los tratamientos más empleados está la quimioterapia, que consiste en una administración por vía intravenosa de fármacos citotóxicos para eliminar las células tumorales. Realizar la calendarización de sesiones de quimioterapia es un problema complejo dados los múltiples objetivos que se deben satisfacer, tales como: reducir los tiempos de espera de los pacientes, equilibrar la carga del personal de salud, minimizar el uso de horas extra, entre otros. Así, el problema que se describe y resuelve en este documento consiste en fijar días para las sesiones de infusión indicadas en el protocolo médico (agendamiento inter-días), y en realizar una programación diaria para determinar las horas de atención de cada paciente (agendamiento intra-día), considerando incertidumbre en la llegada de pacientes y sus requerimientos. Para enfrentar este problema, se propone un enfoque de múltiples etapas basado en el problema inter-días e intra-día. De este modo, el agendamiento inter-días se realiza de forma de que todas las infusiones puedan llevarse a cabo, tomando en consideración la capacidad efectiva del centro de quimioterapia. El agendamiento intra-día se determina por medio de un par de modelos de optimización, de manera de obtener primero un agendamiento factible y posteriormente minimizar el instante de término del último tratamiento del día. Estas dos etapas –intra-día e inter-días– se retroalimentan entre sí, de manera de que la capacidad efectiva considerada en el agendamiento intra-día (input para el agendamiento inter-días) puede ser programada, respetando los recursos disponibles y las reglas de operación.
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    Evaluation of multipurpose reservoir operating policies at basin and electric power system scales
    (2024) Durán Flores, Antonia Ignacia Paz; Favereau Monti, Marcel Joseph; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Vicuña Diaz, Sebastián; Melo Contreras, Óscar Alfredo; Negrete Pincetic, Matías Alejandro
    Climatic phenomena, particularly hydrological droughts, have led to significant changes in reservoir operation strategies. Multi-purpose reservoir operations are essential for effectively managing stored water resources for various activities like electricity generation andagricultural irrigation. Despite considerable efforts to support decision making for each economic activity, there remains a weak integrationacross these sectors in joint analyses. To address this, an integrated approach combining a model of a large power system and a model at the basinscale is proposed to analyze the operation of both power and agricultural systems. This approach allows evaluation of the operating policies of amultipurpose reservoir and its performance at both the local and regional scales under different hydrological scenarios. A modification is imple-mented whereby the priority of water extraction to agricultural users is increased. Its effects are assessed for different hydrological trajectories ina case study in the Laja Lake basin in southern Chile, the biggest Chilean basin with a capacity of up to5,500Hm3. The Laja Lake, a multi-purpose reservoir with substantial hydroelectric generation capacity and extensive agricultural areas plays a crucial role in the operation of thenational power system. Based on an analysis of 2025, it is demonstrated that hydrological changes directly impact electrical and agriculturalperformance. Drought conditions increase thermal generation, costs, emission intensity, and water deficits. Furthermore, the policy modificationreveals tradeoffs between the power sector’s emissions and agricultural water deficits. For drier scenarios, increasing agricultural extractionpriority results in low additional operational costs and emissions from the power system, which supports adopting a policy aligned with netzero objectives.
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    Expansion planning under uncertainty for hydrothermal systems with variable resources
    (2018) Maluenda, Benjamín; Negrete Pincetic, Matías Alejandro; Olivares Quero, Daniel; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo
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    Firewood heat electrification impacts in the Chilean power system
    (2020) Verastegui, F.; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Negrete Pincetic, Matías Alejandro; Olivares Quero, Daniel
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    Generation and transmission expansion planning towards a zeroemission grid under flexibility and inertia requirements in the chilean electric power system
    (2024) Aguad Silva, Matías Vicente; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En las últimas décadas, un desafío importante que ha emergido es la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero antropogénicos, y la red eléctrica emerge como un fuerte candidato para acercarse a ese objetivo. Para diseñar redes con esto en mente, los modelos de planificación de expansión de generación y transmisión aparecen como herramientas poderosas que permiten la proyección de redes de energía para probar inversiones óptimas, políticas y decisiones operacionales. Este trabajo apunta a modelar dos componentes que serán cruciales para las redes eléctricas con cero emisiones, la inercia y el almacenamiento de largo plazo con sus requerimientos de flexibilidad. Estos son incluidos usando un despacho anual con resolución horaria bajo un modelo de optimización completamente lineal usando una versión modificada de la herramienta de planificación SWITCH. Aplicamos este modelo a una versión simplificada de la red de transmisión de Chile con potenciales tecnologías de generación locales, con parámetros, actuales y proyectados, usados por el Coordinador Eléctrico Nacional. Con esto, 4 escenarios fueron analizados, incluyendo uno de baja inercia en la red, una planificación de expansión de generación sin desarrollo de la red de transmisión, y una expansión de generación a 2040 para ser comparados con un caso de estudio base. Encontramos sinergias entre tecnologías en el despacho de generación renovable usando varias opciones de almacenamiento. Además, refuerzos en líneas de transmisión aparecen como un componente vital, permitiendo una alta penetración de fuentes renovables a un bajo costo. Finalmente, concluimos que una red de baja inercia con reservas de respuesta rápida es una opción razonable que no aumentan los costos finales del sistema en gran medida.
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    Impacts of hydrogen demand and climate policy scenarios on the Chilean integrated hydrogen-electricity network
    (2022) Jorquera Copier, Javier Andrés; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    A medida que los países actualizan sus ambiciones climáticas, buscan soluciones rentables para descarbonizar el uso energético. En este contexto, la producción y uso de hidrógeno bajo en carbono presenta oportunidades para reducir emisiones y desarrollarse económicamente, y estudios recientes muestran beneficios potenciales de integrar redes de electricidad e hidrógeno. Usando un nuevo modelo de optimización matemática, realizamos un estudio de caso para Chile en 2020-2050 para evaluar la evolución de menor costo del sistema integrado de hidrógeno-electricidad, probando diferentes precios del carbono, mandatos de 100% renovables, e incorporando demanda de hidrógeno nacional e internacional. Optimizando en varios escenarios, encontramos que, dado el importante potencial renovable y a la flexibilidad que los electrolizadores proporcionan al sistema, añadir exportaciones de hidrógeno al consumo doméstico puede aumentar la integración renovable, sin necesariamente aumentar los precios de la electricidad para los clientes típicos (comparado con nuestro caso base), pero también hace que invertir en baterías no sea atractivo. Además, concluimos que las políticas climáticas pueden ser cruciales para lograr un sistema totalmente renovable en 2050 y reducir las emisiones acumuladas, lo que resulta en costos del sistema 3-14% mayores. Por último, discutimos que los responsables políticos deberán considerar diversos aspectos, como el uso de agua y suelo.
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    Integración de la operación de embalses multipropósito en sistemas hídricos a escala de cuenca y sistemas eléctricos de gran escala
    (2023) Durán Flores, Antonia Ignacia Paz; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Vicuña Díaz, Sebastián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los fenómenos climáticos, particularmente las sequias hidrológicas, han impulsado un cambio de paradigma en las estrategias de planificación de embalses. La operación de embalses multipropósito juega un papel fundamental en la gestión de los recursos hídricos almacenados, apoyando diversas actividades como la generación de electricidad y el riego agrícola. Con el objetivo de analizar la planificación y simulación de los sistemas de energía y agrícolas, se propone un enfoque integrado que combina un modelo de coordinación hidrotérmica y un modelo de gestión de recursos hídricos. La metodología permite evaluar en diferentes escenarios hidrológicos las políticas que definen la operación de un embalse multipropósito y su desempeño. Además, se realiza una modificación a esta política, mejorando la prioridad al sector agrícola y se evalúa su efecto frente a variaciones hidrológicas en lo afluentes. Esta metodología se desarrolla en lago Laja, un embalse multipropósito relevante en capacidad de generación hidroeléctrica y con grandes extensiones de predios para riego. Con perspectiva hacia el año 2025, los resultados demuestran que los cambios hidrológicos impactan directamente en el desempeño eléctrico y agrícola, ya que las condiciones de sequía conducen a un aumento en la generación térmica, los costos, la intensidad de emisiones y los déficits. Además, la modificación de la política revela trade-offs entre la intensidad de emisiones del sector eléctrico y los déficits agrícolas, donde los escenarios secos indican que mejorar la confiabilidad agrícola resulta en un bajo costo de emisiones, incentivando a promoción de políticas que estén alineada con los objetivos de carbono neutralidad.
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    Management of EV charging stations under advance reservations schemes in electricity markets
    (2020) Bernal, R.; Olivares Quero, Daniel; Negrete Pincetic, Matías Alejandro; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo
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    Medium term power portfolio optimization considering locational electricity prices and risk aversion for a power producer in a deregulated electricity market
    (2011) Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Prina Pacheco, José Pedro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Esta tesis describe el desarrollo e implementación de un modelo de optimización del portafolio energético de un productor de electricidad en el mediano plazo, considerando aspectos de generación y comerciales. La metodología desarrollada consta de tres etapas: 1) la modelación del comportamiento estocástico multivariado de precios locales de electricidad, 2) la generación de un árbol de escenarios que representa al modelo de precios locales de electricidad, y 3) la formulación de un modelo de optimización estocástica que incorpora el árbol de escenarios mencionado. Con esta metodología, un productor de electricidad que dispone de unidades generadoras térmicas en más de una localidad en un mercado eléctrico desregulado puede maximizar su beneficio esperado en el mediano plazo manteniendo una exposición al riesgo limitada.
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    Medium-term stochastic hydrothermal scheduling with short-term operational effects for large-scale power and water networks
    (2024) Navarro Casamayor, Andrés; Favereau Monti, Marcel Joseph; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Olivares Quero, Daniel; Negrete Pincetic, Matías Alejandro
    The high integration of variable renewable sources in electric power systems entails a series of challenges inherent to their intrinsic variability. A critical challenge is to correctly value the water available in reservoirs in hydrothermal systems, considering the flexibility that it provides. In this context, this paper proposes a medium-term multistage stochastic optimization model for the hydrothermal scheduling problem solved with the stochastic dual dynamic programming algorithm. The proposed model includes operational constraints and simplified mathematical expressions of relevant operational effects that allow more informed assessment of the water value by considering, among others, the flexibility necessary for the operation of the system. In addition, the hydrological uncertainty in the model is represented by a vector autoregressive process, which allows capturing spatio-temporal correlations between the different hydro inflows. A calibration method for the simplified mathematical expressions of operational effects is also proposed, which allows a detailed short-term operational model to be correctly linked to the proposed medium-term linear model. Through extensive experiments for the Chilean power system, the results show that the difference between the expected operating costs of the proposed medium-term model, and the costs obtained through a detailed short-term operational model was only 0.1%, in contrast to the 9.3% difference obtained when a simpler base model is employed. This shows the effectiveness of the proposed approach. Further, this difference is also reflected in the estimation of the water value, which is critical in water shortage situations.
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    Un método heurístico para optimizar la operación de recolección a domicilio de residuos sólidos
    (2022) González Reynals, Maximiliano Felipe; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Klapp Belmar, Mathias; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En grandes ciudades, el costo de las etapas de recolección y transporte representa, aproximadamente, entre un 70% y 80% del presupuesto total para manejo de residuos. La oportunidad de reducir estos costos y planificar eficientemente la operación motiva el uso de técnicas de Investigación Operativa. Para ello, se han estudiado diversas variantes del problema de Recolección de Residuos, en inglés Waste Collection Problem (WCP), que suelen modelar rutas de recolección y viajes intermedios de descarga para una flota de vehículos recolectores. Típicamente, en la literatura especializada se asume que el costo de atravesar un segmento de calle es constante. Sin embargo, en operaciones como la recolección de residuos, el vehículo puede duplicar su peso al cargarse completamente, lo que incrementa su consumo instantáneo de combustible. En este trabajo estudiamos el problema de recolección de residuos con costos dependientes de la carga transportada, selección del sentido de tránsito en segmentos bidireccionales y posibilidad de múltiples viajes de descarga (LDWCP-ADS). Consideramos una función objetivo que minimiza costos por consumo de combustible y tiempo de operación. Proponemos un modelo de programación lineal entera mixta que resuelve el problema en instancias pequeñas. Dada la naturaleza NP-Hard del problema, presentamos un algoritmo heurístico basado en Iterated Local Search y Programación Dinámica que permite obtener buenas soluciones al LDWCP-ADS en instancias de tamaño realista como una comuna o un barrio de una ciudad. Adicionalmente, proponemos un modelo aproximado del costo de operación, el cual puede ser resuelto analíticamente, obteniéndose una fórmula cerrada dependiente de parámetros estructurales del problema para la decisión óptima de la política de vaciamiento de carga y su costo asociado.
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    Metodología para el desarrollo de proyectos de microredes conectadas a la red de distribución en municipalidades de Chile
    (2020) Levicán Torres, Constanza Gabriel; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En esta investigación se estudia el rol de las microredes conectadas a a Red de Distribución, los beneficios que entrega y los nuevos modelos de negocios que permitirán. Los beneficios se relacionan con mejorar la calidad de servicio, confiabilidad y resiliencia, además, son tecnologías aceleradoras de la transición energética y flexibilidad del Sistema Eléctrico. Dentro de los nuevos modelos de negocios se pueden encontrar: agregadores de demanda, plantas solares virtuales, energía como servicio, prepago, proyectos energéticos comunitarios, transacciones peer-to-peer y operadores de sistemas distribuidos. Se profundiza sobre los proyectos energéticos comunidad y los principales aspectos a analizar. Se analizan 3 casos internacionales en Aardehuizen (Países Bajos), Wildpoldsried (Alemania) y Blue Lake Rancheria (Estados Unidos). Por otro lado, se propone una metodología para implementar proyectos pilotos en municipalidades de Chile. En lametodología se explica el cálculo de demanda energética en edificios de oficinas, perfiles de demanda, funcionamiento de las baterías y modelos de gestión de activos. Como caso de estudio, se entregan propuestas de diseño para un proyecto piloto en una municipalidad chilena. Para este caso, se entrega el contexto del proyecto,l a visión de la Empresa Distribuidora (Enel Distribución Chile) y el municipio (Ilustre Municipalidad de Renca), la Infraestructura de Redes circundante y la regulación relacionada a la Generación Distribuida en Chile. Finalmente, se realiza una metodología de evaluación económica de las configuraciones propuestas y escenarios propuestos, una sensibilización de parámetros, y finalmente, una discusión sobre los aspectos de la regulación actual que se podrían mejorar para impulsar proyectos de microredes.