Implementação de uma ferramenta de simulação e gestão de uma microrede de energia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Dimensionamento mecânico de um equipamento de aproveitamento de energia das ondas pelo sistema YOYOGEN

Nos últimos anos tem havido um grande investimento nas energias renováveis tendo como principal objetivo a redução das emissões de dióxido de carbono. Em vários ramos das renováveis a tecnologia já atingiu um estado de maturidade, como no caso da energia hídrica, eólica e solar. No entanto o mesmo não se passa com a energia das ondas onde ainda não se encontrou uma solução viável, que juntamente com o ele-vado potencial para a produção de energia elétrica abre o caminho para o estudo de abordagens alternativas a esta fonte de energia. O principal objetivo deste trabalho foi o dimensionamento do sistema mecânico do equipamento de aproveitamento de energia das ondas YOYOGEN, composto por um veio e vários geradores e engrenagens planetárias. Foi utilizado o software SolidWorks® para modelar em 3D todos os componen-tes do sistema mecânico. Nos cálculos para dimensionamento das engrenagens foram utilizadas as normas Britânicas e para os cálculos dos outros componentes as fórmulas da resistência dos materiais. Os resultados obtidos mostram que embora do ponto de vista dinâmico o sistema funcione, os requisitos de projeto para que o sistema funcione submerso durante 20 anos sem manutenção resultaram numa solução com engrenagens de dimensões e peso consideráveis. Estes resultados poderão por em causa a viabilidade do projeto visto que o sistema mecânico tem de se mover dentro de água com uma largura de aproxi-madamente 4 metros e uma massa a rondar as 3 toneladas.

Composição e dinâmica da avifauna da usina eólica da praia da Pedra do Sal, Delta do Parnaíba, Piauí, Brasil

RESUMO O impacto dos parques eólicos sobre as aves é um dos temas menos estudados no Brasil, o que contrasta com a importância dessa nova fonte de energia renovável. O presente estudo buscou caracterizar a composição e dinâmica ecológica das espécies de aves residentes e migratórias presentes na área da Usina Eólica da Pedra do Sal, em Parnaíba, Estado do Piauí. O estudo foi desenvolvido por meio de trinta e três amostragens distribuídas em dois ciclos sazonais completos (setembro de 2011 a agosto de 2013), através do método do ponto de escuta, dispostos na base de cada um dos aerogeradores. Foram registrados 6.843 contatos de aves pertencentes a 67 espécies distribuídas em 22 famílias e 13 ordens, e a espécie com maior número de contatos foi a batuíra-de-coleira (Charadrius collaris). As categorias tróficas predominantes foram as das aves insetívoras, representadas por 18 espécies, seguidas pelas aves que se alimentam de invertebrados aquáticos (17 espécies). A maioria das aves registradas é de ambiente aquático. Durante o desenvolvimento desse estudo não foram registradas colisões entre as aves e os aerogeradores.

Otimização de microprodução em redes inteligentes de energia

As energias renováveis têm-se tornado uma alternativa viável e complementar aos combustíveis fósseis, pelo facto de serem energias virtualmente inesgotáveis, limpas e economicamente vantajosas. Um dos principais problemas associados às fontes de energia renováveis é a sua intermitência. Este problema impossibilita o controlo da produção de energia e reflete-se na qualidade da energia elétrica. Em sistemas de microprodução de energia, este problema pode ser atenuado com a inclusão de sistemas de armazenamento intermédio que possibilitam o armazenamento do excedente extraído das fontes renováveis, podendo ser utilizado como recurso auxiliar na alimentação de cargas ou como meio de estabilização e otimização do desempenho da Rede Elétrica de Energia (REE), evitando variações bruscas na energia transferida para a mesma. Os sistemas de microprodução com armazenamento intermédio podem ser considerados fundamentais na implementação do conceito de Rede Inteligente de Energia (RIE), visto serem sistemas de energia descentralizados que permitem uma melhor gestão da energia elétrica e uma consequente redução de custos. No presente trabalho desenvolveu-se um sistema de microprodução de energia renovável compatível com as fontes renováveis fotovoltaica e eólica, possuindo um banco de baterias como sistema de armazenamento intermédio. A construção deste sistema teve como principal objetivo seguir as referências de potência impostas pela RIE, independentemente das condições meteorológicas, com recurso à energia armazenada nas baterias, evitando a introdução de perturbações na REE ao nível da tensão e da frequência. Estudou-se o comportamento do sistema na ocorrência de variações bruscas da fonte renovável, perturbações na tensão da REE e introdução de cargas lineares e não lineares. Foi desenvolvido um protótipo experimental com painéis fotovoltaicos, no qual foram registados os valores de alguns parâmetros da qualidade da energia elétrica. Obteve-se uma resposta de aproximadamente 25 μs por parte das baterias para cada Watt de potência requisitado pela RIE.

Modelagem de usinas eólicas através de um processo de Markov e técnicas de confiabilidade para a estimativa anual da energia produzida

This study aims to use a computational model that considers the statistical characteristics of the wind and the reliability characteristics of a wind turbine, such as failure rates and repair, representing the wind farm by a Markov process to determine the estimated annual energy generated, and compare it with a real case. This model can also be used in reliability studies, and provides some performance indicators that will help in analyzing the feasibility of setting up a wind farm, once the power curve is known and the availability of wind speed measurements. To validate this model, simulations were done using the database of the wind farm of Macau PETROBRAS. The results were very close to the real, thereby confirming that the model successfully reproduced the behavior of all components involved. Finally, a comparison was made of the results presented by this model, with the result of estimated annual energy considering the modeling of the distribution wind by a statistical distribution of Weibull

Estudo de vibrações eólicas em linhas de transmissão de energia elétrica de alta tensão

O crescente aumento da demanda de energia elétrica tem forçado o avanço tecnológico dos equipamentos responsáveis pelo transporte desta energia fazendo com que estes trabalhem sob tensões cada vez maiores, principalmente por razões econômicas. Mas este fato implica diretamente no incremento do diâmetro do condutor, o que acarreta elevação de seus custos, bem como das estruturas que devem suportá-lo. Para atender a esta necessidade sem aumentar o custo de projeto da linha de transmissão, surgiu a idéia de utilizar mais de um condutor por fase, montados paralelamente entre si a pequenas distâncias, o que é conseguido através da inserção de espaçadores montados a intervalos regulares ao longo dos vãos das linhas. Por outro lado, problemas mecânicos de ordem operacional das linhas podem ocorrer, como, por exemplo, a ruptura total ou parcial dos cabos e/ou espaçadores, proveniente de excitações dinâmicas devidas ao vento. Assim, este trabalho consiste no estudo do comportamento dinâmico de feixe de cabos de linhas aéreas de transmissão, através de um modelo de elementos finitos. O modelo reproduz o acoplamento dos cabos aos espaçadoresamortecedores da linha de transmissão e às estruturas de ancoragem, considerando o efeito de não-linearidade geométrica, decorrente dos grandes deslocamentos dos cabos, bem como a continuidade da linha, ou seja, os vãos adjacentes, que são representados por rigidez equivalente no modelo. O carregamento de vento é modelado através de um processo não deterministico a partir de suas propriedades estatísticas, tal que fica subdividido em duas partes: uma parte média, analisada de forma estática; e uma parte variável, analisada de forma dinâmica. Os resultados obtidos ao longo desse estudo mostram que a parcela variável do carregamento leva a uma resposta dinâmica do modelo que pode ser determinante no seu comportamento. Assim, o procedimento tradicional de assumir o carregamento do vento como uma excitação estática pode levar, em alguns casos a conseqüências desastrosas.

Geração de energia renovável em residências: aplicação de tecnologias existentes

Due to the high value of the bill that the Brazilian has been paying, one of the most expensive in the world, is becoming increasingly attractive the option for renewable energy in form of distributed micro and minigeneration. In other words, the renewable energy sources are becoming attractive not only because of environmental concerns, but also due to economic issues. This has become even more relevant and concrete after approval of rules by National Agency of Electric Energy (ANEEL) on 4/17/2012 (Normative Resolution n ° 482/2012 of 04/17/2012) aimed at reducing barriers to installation of small distributed generation, including microgeneration, with up to 100 kW of power, and minigeneration, 100 kW to 1 MW. The Normative Resolution n ° 482/2012 creates the Energy Clearing System, which allows consumers to install small generators in its consumer unit and exchange energy with the local distributor. The rule applies to generators that use renewable sources of energy (hydro, solar, biomass, wind and cogeneration qualified). In this context, this paper presents a technical and economic analysis of installing a residential microgenerating plant composed of photovoltaic cells, solar panels and small wind turbines

Estudo da produção de hidrogênio eletrolítico a partir de fontes eólica, solar e hidrelétrica

Introduces technical, economic and environmentally competitive solutions in the energy market is a great challenge for society. This work examines each of these aspects considering the production of electrolytic hydrogen with energy from wind power, solar and hydropower, in order to ensure an overview of this energy carrier. Initially, an assessment of the technical aspects is made addressing existing electrolysers technologies, its main characteristics and differences. The geographical distribution of wind, solar and hydroelectric potential in Brazil is also mapped, and a configuration scheme of a hydrogen production system is discussed. Subsequently, the economic analysis calculates the cost of investment in the alkaline electrolyser of 60 Nm³ / h, similar to the Brazilian bus powered by hydrogen project, coordinated by EMTU. Since the main input of electrolysis is electricity, is analyzed the latest energy auctions of each primary source and it is calculated the cost of production of the wind, solar and hydropower hydrogen. Postponed to this, are investigated the intrinsic environmental impacts of electricity generation process, proposing a readjustment of an indicator of ecological efficiency for the production of hydrogen. Finally, the work discusses the concept of externalities and demonstrates how the incorporation of external costs can leverage the hydrogen economy. In short, it is evident that the wind and hydroelectric hydrogens are more promising compared to solar hydrogen, whether in the economic aspect, because it achieved lower costs, whether in the environmental aspect, because it reached the highest ecological efficiency

Estudo sobre o panorama da energia elétrica no Brasil e tendências futuras

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Risco de mercado na comercialização de energia elétrica: uma análise estruturada com foco no ambiente de contratação livre - ACL.

A motivação para o desenvolvimento desse trabalho surge em um momento em que se verifica uma participação cada vez mais significativa das fontes energéticas renováveis não convencionais no País. Não obstante, o cenário de evolução evidencia que o arcabouço regulatório e as regras de mercado não acompanharam as especificidades inerentes à exploração dessas fontes. Assim, para que se mantenha adequado ritmo de inserção na matriz energética, devem ser buscadas opções para que fontes alternativas sejam cada vez mais competitivas na atual configuração do mercado energético. A contribuição dessa pesquisa, portanto, centra-se na análise dos riscos de mercado incorridos por esses geradores de fontes intermitentes de energia ao comercializarem energia no ambiente de contratação livre. Nessa perspectiva, a Dissertação foi desenvolvida abordando tipos de geração de energia e suas características técnicas e econômicas, legislação do setor elétrico, regras de comercialização, balanço energético do sistema, formação de preços no mercado de curto prazo e precificação de contratos no ACL, diferença de preços entre submercados, requisitos de flexibilidade e sazonalidade nos contratos de venda a consumidores livres e seu impacto na precificação de contratos, identificação de comportamento energético complementar para mitigação de riscos de mercado entre fontes renováveis e rebatimento na formulação de mecanismo de hedge, análise de portfólio de contratos e estratégia ótima de contratação de energia para agentes geradores atuando no ACL. Como resposta ao desafio de equacionar o impasse surgido na comercialização de fontes de produção sazonal, propõe-se um modelo para definir estratégias de contratação para agentes geradores e comercializadores a partir da complementação energética entre diferentes tipos de fontes, de forma a maximizar os ganhos de comercialização para um risco estabelecido. Busca-se a composição ideal dessas fontes na carteira de um comercializador para minimizar o risco de exposição à volatilidade dos preços do mercado de curto prazo. Isso é possível em virtude das compensações energéticas feitas entre as diferentes fontes em um portfólio combinado, mitigando a receita em risco decorrente das variações que existem nos preços de curto prazo e na produção energética. De forma complementar, estruturou-se um modelo de negócio no qual uma empresa detentora de ativos de geração hidrelétrica compra os direitos de produção de uma eólica e/ou biomassa para incorporar ao seu portfólio e vender como contrato por quantidade. Determinou-se o volume de energia a ser comprado de cada fonte, o preço, a estratégia mais indicada de contratação e a mitigação de fatores de risco contemplados nos contratos de venda, buscando maximizar os ganhos de comercialização condicionada a critérios de risco pré-fixados.

Utilização de dispositivos de armazenamento de energia em apoio ao funcionamento de redes isoladas

Temos assistido nos últimos anos à proliferação da produção distribuída de electricidade, sobretudo, com recurso a fontes de energia renováveis, implicando a natural reestruturação das redes eléctricas existentes, desde a produção até ao consumidor final. As constantes preocupações na garantia da qualidade de serviço e até mesmo em termos ambientais, levam a que a operacionalidade das redes seja cada vez mais eficiente, visando a integração de tecnologias emergentes como é o caso dos sistemas de armazenamento de energia. A aposta nas energias de origem renovável nomeadamente a solar e a eólica, representa uma forma cada vez mais presente de geração de electricidade, tendo como grande inconveniente o regime de intermitência a que estão sujeitas, não se conseguindo tirar proveitos absolutos de todas as potencialidades que estas fontes proporcionam. Existem actualmente sistemas de armazenamento de energia que permitem optimizar o comportamento das redes. Nesta dissertação é feita uma abordagem a alguns desses sistemas, tendo como objectivo principal a demonstração das potencialidades de optimização dos sistemas de produção e distribuição de energia eléctrica com recurso a sistemas de armazenamento de energia, em redes isoladas e interligadas. É também feito um estudo do comportamento dinâmico de uma rede com vários cenários de ocorrência de defeitos, com e sem armazenamento de energia. Para isso a base deste trabalho consistiu na familiarização com uma ferramenta de grande potencial na simulação dinâmica de redes eléctricas, utilizado por prestigiados grupos de energia a nível mundial, na qual foi implementada a rede de teste e efectuadas as simulações do estudo.

Emprego da fluorescência de raios X por dispersão de energia para o mapeamento de troncos de árvores em Campinas, São Paulo

Dendrochemistry is based on the determination of elements retained in tree rings, which can be useful to characterize environmental occurrences. This work shows elemental mappings obtained by EDXRF of the cross section of a tree stem. The tree is originated from a polluted area in Campinas, São Paulo. Some profiles, as the sulfur one, show variations that can be attributed to external contributions, whereas the silicon one can be inferred to a protection defense natural mechanism. Besides being simultaneous and multielementar, the main advantages here are its performance through a non-destructive sample treatment and the ease of operation of XRF equipments.

Princípios fundamentais e modelos de transferência de energia inter e intramolecular

This work outlines the historic development of the concept and main theories of energy transfer, as well as the principal experiments carried out to confirm or refute the proposed theories. Energy transfer in coordination compounds is also discussed with a focus on rare earth systems.

Efeitos de dietas com níveis crescentes de milho no metabolismo ruminal de energia e proteína em bubalinos

Avaliaram-se os efeitos de dietas com níveis crescentes de milho em grão moído (0, 22, 37 e 49% na MS) em substituição ao feno de coast-cross mantendo-se diferentes relações proteína:carboidratos não-fibrosos (PB:CNF = 1,01; 0,39; 0,33 e 0,27) sobre o metabolismo ruminal de búfalos. Utilizaram-se quatro búfalos fistulados no rúmen, mantidos em delineamento quadrado latino 4 × 4, para a coleta de amostras do líquido ruminal, colhidas em cada período experimental (de 28 dias) nos tempos 0, 2, 4 e 8 horas após a alimentação. Em geral, os bubalinos apresentaram boa capacidade tamponante no rúmen, com pH médio alto (6,70) e aumento da ingestão de milho em grão moído. O acréscimo nos níveis de milho na dieta promoveu aumento da produção de ácido butírico. Somente a dieta com 49% de milho promoveu melhor fermentação ruminal, com menor propoção de ácidos acético:propiônico. A relação PB:CNF de 1,01 indica deficiência de energia da dieta disponível para microrganismos no rúmen ao longo do dia, enquanto dietas com PB:CNF entre 0,39 e 0,27 promovem fermentações ruminais semelhantes, o que indica sincronismo na utilização de nitrogênio e energia pelos microrganismos no rúmen nessas condições.

Composição química, valores de energia metabolizável e aminoácidos digestíveis de subprodutos do arroz para frangos de corte

Dois experimentos foram conduzidos para determinar a composição química, os valores de energia e os coeficientes de digestibilidade dos aminoácidos, do farelo de arroz integral (FAI) e da quirera de arroz (QA). No primeiro estudo, foram utilizadas 144 aves, com 21 dias de idade, machos, linhagem Cobb, que tiveram suas excretas totalmente coletadas para determinação da energia metabolizável aparente (EMA) e energia metabolizável aparente corrigida (EMAn). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com três tratamentos e seis repetições, com oito aves cada. No segundo experimento, foi utilizado o método de alimentação forçada para a determinação dos coeficientes de digestibilidade dos aminoácidos. O delineamento foi inteiramente casualizado, com dois alimentos e um jejum e seis repetições com um galo cada. Os valores de MS, PB, EE, FB, EMA e EMAn foram, respectivamente, para FAI: 88,6%; 11,8%; 15,3%; 10,2%; 2968kcal kg-1 e 2804kcal kg-1 e para QA: 93,5%; 9,1%; 0,73%; 0,45%; 3338kcal kg-1 e 3239kcal kg-1. Os valores médios encontrados dos coeficientes de digestibilidade de aminoácidos essenciais e não essenciais foram, respectivamente, de 75,9% e 73,9%, para FAI, e 77,9% e 76,5%, para QA. Embora tenham apresentado níveis inferiores de energia, FAI e a QA podem ser utilizados nas rações de aves em substituição ao milho, uma vez que tiveram níveis maiores de proteína bruta e aminoácidos digestíveis.