Sistemas fotovoltaicos integrados ao perfil de uso da edificação

Nos últimos anos, o consumo de energia vem crescendo mundialmente nos grandes centros urbanos, e esforços na área de eficiência energética estão sendo implantados, a fim de reduzir o consumo no horário da ponta e interrupções da rede. O aproveitamento das fontes renováveis, como o fotovoltaico em uma edificação se torna um atrativo a mais para a matriz energética num momento em que o país prima pela universalização dos serviços de energia e a classificação de edifícios comerciais, de serviço e públicos, além dos residenciais quanto à eficiência energética através do Procel Edifica (RTQ-C e RTQ-R). Os sistemas fotovoltaicos podem configurar perfis de uso nas edificações de modo a gerar energia para consumo próprio ou ligado à rede e ainda ter influência na arquitetura do prédio com revestimento: os perfis podem está em telhados, fachadas ou janelas, amenizando em alguns casos a carga térmica no prédio com sombreamento arquitetônico. Hoje, com o avanço da tecnologia no setor de armazenagem é possível, o atendimento com segurança e eficiência a uma edificação ou direcionar esta armazenagem a uma demanda específica como o atendimento à demanda de ciclo profundo, tais como, iluminação externa e recarga de veículos elétricos. Partindo da premissa de sistemas interruptos de energia, UPS, uso de fonte secundária como FV, baterias e Flywheel é apresentado uma forma de melhor gerenciar a energia armazenada, podendo estender a vida útil da bateria e conseqüentemente de todo o sistema fotovoltaico na edificação. Esta forma de armazenar energia proporciona um serviço de uso contínuo sem percepção das interrupções da rede com garantia de 20 anos, tal qual o módulo fotovoltaico, com esta proposta as perdas de energia elétrica na edificação serão atenuadas, pois a eletricidade será utilizada de forma eficiente e inteligente. O ponto de partida do estudo de caso no prédio do IBAM são os sistemas fotovoltaicos com geração distribuída (mini-redes) conectados à rede que são instalados para fornecer energia ao consumidor, complementando a quantidade de energia demandada, caso haja algum aumento do consumo de energia na edificação, ou ainda utilizar o sistema fotovoltaico na hora da ponta e interrupções do sistema da rede no período fora da ponta. A estocagem inercial por meio do Flywheel tem um papel fundamental nesta mini-rede (Flywheel, bateria VRLA, UPS, inversor e STS), pois a sua utilização pode ser apontada como uma inovação tecnológica quanto à regulação de tensão no sistema de energia elétrica, além de preparar a edificação para o smart-grid. Esta configuração de acumulação de energia permitiu a analise do deslocamento desta energia armazenada para o consumo no horário de ponta, mudando o conceito de sistemas fotovoltaicos autônomos no meio urbano e rural no país. Este conceito de armazenagem se confirma então como um aporte na eficiência de energia na edificação, podendo carrear economia de energia substancial, além de proporcionar uma confiabilidade no serviço de energia, com um baixo retorno do investimento e com uma garantia de funcionamento com pequena ou nenhuma manutenção durante o período de vida de 20 anos.

Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários.

A geração de energia a partir do biogás do lixo em aterros sanitários é uma maneira de produzir energia elétrica renovável e limpa, reduzindo os impactos globais provocados pela queima dos resíduos sólidos urbanos. A contribuição ambiental mais relevante é a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE), por meio da conversão do metano em dióxido de carbono, visto que o metano possui um potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes maior, quando comparado ao dióxido de carbono (através da combustão do mesmo). De acordo com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os países ricos podem comprar créditos de carbono (CERs) dos países em desenvolvimento (que possuam projetos sustentáveis) para cumprir suas metas ambientais. O objetivo é transformar um passivo ambiental (destinação final dos resíduos sólidos urbanos) em um recurso energético, além do estudo da alternativa de obtenção de recursos financeiros através dos CERs. São analisadas as tecnologias de conversão energética (tecnologia de gás de lixo, incineração, entre outras), com a seleção da melhor alternativa para a geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. A metodologia utilizada é a recomendada pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA (2005). Serão apresentadas outras duas metodologias de cálculo da geração de metano: a do Banco Mundial e a do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). São apresentados estudos comparativos demonstrando quando as turbinas a gás, motores de combustão interna (ciclos Otto ou Diesel) ou outras tecnologias de conversão energética serão viáveis na área técnica e econômica para implantação de Unidades Termoelétricas a biogás. No caso do Aterro de Gramacho, o projeto é viável com a utilização de motores a combustão interna e a obtenção de receitas com a venda da produção de energia e créditos de carbono. Por fim, será apresentada a alternativa do uso do biogás como substituto do gás natural para fins energéticos ou outros fins industriais.

Avaliação sazonal do grau de trofia em reservatórios do complexo hidrelétrico de Ribeirão das Lajes (Rio de Janeiro)

Com a demanda por energia elétrica nos dias atuais e a grande quantidade de bacias hidrográficas presentes no Brasil, a geração de energia hidrelétrica se tornou a principal forma de suprimento. Dentre as diversas mudanças ocorridas em represamento de rios, a redução na vazão da água influencia no acúmulo de nutrientes afetando diretamente na qualidade da água, podendo acarretar em um processo denominado eutrofização, caracterizado pelo aumento na quantidade de nutrientes em um sistema e contribuindo para o desenvolvimento de produtores primários (fitoplâncton e macrófitas aquáticas) em níveis acima do crescimento natural. Para identificar o estado de trofia dos reservatórios pertencentes ao Complexo Hidrelétrico de Ribeirão das Lajes (RJ) foi utilizada a metodologia de Lu e Lo (2002) de avaliação trófica fuzzy (ou difusa) sintética e não sintética, além da avaliação trófica através do índice de estado trófico de Carlson (1977). As classes de estado trófico utilizadas na metodologia é da OECD (1982) e utiliza transparência, concentrações de fósforo total e de clorofila-a como variáveis. Outras variáveis limnológicas como temperatura, oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, turbidez, pH e sólidos dissolvidos totais foram utilizadas para caracterização dos reservatórios. As coletas foram realizadas em três momentos, no período seco de 2011, no período chuvoso de 2012 e no período seco de 2012. As análises fuzzy não sintéticas apontaram os reservatórios de Santana, Vigário e Ponte Coberta como oligotrófico/eutrófico durante o período de estudo. O reservatório de Ribeirão das Lajes foi classificado como oligotrófico nos períodos secos no ano de 2011 e 2012, e como mesotrófico no período chuvoso de 2012, assim como o reservatório de Tocos. Foram observadas diferenças significativas entre o período seco e o chuvoso em relação às concentrações de clorofila-a, transparência e turbidez, demonstrando influência sazonal no grau de trofia dos reservatórios, uma vez que clorofila-a e transparência são variáveis utilizadas em índices de estado trófico

Potencial de energia solar e de geração com sistemas fotovoltaicos conectados à rede em Moçambique.

A energia solar fotovoltaica é uma alternativa de energia limpa que está se tornando uma importante opção para se utilizar eletricidade em regiões desprovidas de energia elétrica. Um estudo das condições energéticas da região através de consulta às concessionárias de energia elétrica (Eletricidade de Moçambique - EDM no caso de Moçambique) e do Ministério de Energia do Governo, são fontes importantes de dados para se conhecer o cenário energético de cada região. Outra fonte de dados importante para se estimar o potencial de geração de energia solar fotovoltaico sãoos indices de irradiação da região. Estes podemser obtidos através do órgão meteorológico da região (INAM no caso de Moçambique) que forneceesses dados para as principais cidades através de suas estações meteorológicas espalhadas na região. Laboratórios de pesquisa internacionais sãooutra importante fonte de dados solarimétricos, pois utilizam satélites capazes de cobrir todo globo terrestre e os dados obtidos são publicados e permitem, a partir das coordenadas do local, identificar a irradiação solar em diversos locais do mundo. Os dados desses laboratórios podem ser comparados com dados de órgãos oficiais da região. Utilizando o banco de dados solarimétricospode-se calcular o potencial fotovoltaico de geração de energia de cada localização e também definir qual região seria mais propícia a utilização de energiasolar fotovoltaica conectada à rede.

Estimativa de fontes externas uniformes de nêutrons em regiões combustíveis para uma distribuição prescrita de potência

Projetos de reatores nucleares foram classificados em quatro gerações (Gen) pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (DOE), quando o DOE introduziu o conceito de reatores de geração IV (Gen IV). Reatores Gen IV são um conjunto de projetos de reator nuclear, em sua maioria teóricos, atualmente sendo pesquisados. Entre os projetos Gen IV, incluem-se os projetos dos ADS (Accelerator Driven Systems), que são sistemas subcríticos estabilizados por fontes externas estacionárias de nêutrons. Estas fontes externas de nêutrons são normalmente geradas a partir da colisão de prótons com alta energia contra os núcleos de metais pesados presentes no núcleo do reator, fenômeno que é conhecido na literatura como spallation, e os prótons são acelerados num acelerador de partículas que é alimentado com parte da energia gerada pelo reator. A criticalidade de um sistema mantido por reações de fissão em cadeia depende do balanço entre a produção de nêutrons por fissão e a remoção por fuga pelos contornos e absorção de nêutrons. Um sistema está subcrítico quando a remoção por fuga e absorção ultrapassa a produção por fissão e, portanto, tende ao desligamento. Entretanto, qualquer sistema subcrítico pode ser estabilizado pela inclusão de fontes estacionárias de nêutrons em seu interior. O objetivo central deste trabalho é determinar as intensidades dessas fontes uniformes e isotrópicas de nêutrons, que se deve inserir em todas as regiões combustíveis do sistema, para que o mesmo estabilize-se gerando uma distribuição prescrita de potência elétrica. Diante do exposto, foi desenvolvido neste trabalho um aplicativo computacional em linguagem Java que estima as intensidades dessas fontes estacionárias de nêutrons, que devem ser inseridas em cada região combustível para que estabilizem o sistema subcrítico com uma dada distribuição de potência definida pelo usuário. Para atingir este objetivo, o modelo matemático adotado foi a equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas (SN) e o convencional método de malha fina diamond difference (DD) foi utilizado para resolver numericamente os problemas SN físicos e adjuntos. Resultados numéricos para dois problemas-modelos típicos são apresentados para ilustrar a acurácia e eficiência da metodologia proposta.

Linking energy policy, electricity generation and transmission using strong sustainability and co-optimization

The design of a sustainable electricity generation and transmission system is based on the established science of anthropogenic climate change and the realization that depending on imported fossil-fuels is becoming a measure of energy insecurity of supply. A model is proposed which integrates generation fuel mix composition, assignment of plants and optimized power flow, using Portugal as a case study. The result of this co-optimized approach is an overall set of generator types/fuels which increases the diversity of Portuguese electricity supply, lowers its dependency on imported fuels by 14.62% and moves the country towards meeting its regional and international obligations of 31% energy from renewables by 2020 and a 27% reduction in greenhouse gas emissions by 2012, respectively. The quantity and composition of power generation at each bus is specified, with particular focus on quantifying the amount of distributed generation. Based on other works, the resultant, overall distributed capacity penetration of 19.02% of total installed generation is expected to yield positive network benefits. Thus, the model demonstrates that national energy policy and technical deployment can be linked through sustainability and, moreover, that the respective goals may be mutually achieved via holistic, integrated design. ©2009 IEEE.

Generating power from waves on a breakwater.

Outlines the possibility for wave power generation at artificial islands by construction of a breakwater. Reviews the development of wave energy systems, and describes several wave generators, e.g. the Mauritius lagoon system, the Nodding Duck, the oscillating cylinder, the oscillating water column and the Lancaster Bag. Applications and costs are outlined. (C.J.U.)

Minimize frequency fluctuations of isolated power system with wind farm by using superconducting magnetic energy storage

Wind power generation as one of the most popular renewable energy applications is absorbing more and more attention all over the world. However, output power fluctuations of wind farm due to random variations of wind speed can cause network frequency and voltage flicker in power systems. The power quality consequently declines, particularly in an isolated power system such as the power system in a remote community or a small island. This paper proposes an application of superconducting magnetic energy storage (SMES) to minimize output fluctuations of an isolated power system with wind farm. The isolated power system is fed by a diesel generator and a wind generator consisting of a wind turbine and squirrel cage induction machine. The control strategy is detailed and the proposed system is evaluated by simulation in Matlab/Simulink.

Single-sensor maximum power point tracking algorithms

Single-sensor maximum power point tracking algorithms for photovoltaic systems are presented. The algorithms have the features, characteristics and advantages of the widely used incremental conductance (INC) algorithm. However; unlike the INC algorithm which requires two sensors (the voltage sensor and the current sensor), the single-sensor algorithms are more desirable because they require only one sensor: the voltage sensor. The algorithms operate by maximising power at the DC-DC converter output, instead of the input. © 2013 The Institution of Engineering and Technology.

Americium nuclear battery for space power applications

The work presents simplified242mAm fueled nuclear battery concept design featuring direct fission products energy conversion and passive heat rejection. The performed calculations of power conversion efficiency under thermal and nuclear design constraints showed that 14 W/kg power density can be achieved, which corresponds to conversion efficiency of about 6%. Total power of the battery scales linearly with its surface area. 144 kW of electric power can be produced by a nuclear battery with an external radius of about 174 cm and total mass of less than 10300 kg. The mass of242m Am fuel for such a system is 3200 gram.

生物质气化与废弃物焚烧联合发电的技术经济分析

介绍了生物质气化与废弃物焚烧联合发电技术项目，确定了该项目经济效益的评价指标，定量计算了项目的投资回收期、净现值和内部收益率。同时还对燃料费用、上网电价和固定资产变化引起的敏感性进行分析。结果表明，该联合发电技术的动态投资回收期为9.05a，净现值为2770万元，内部收益率为15.82％，三个经济指标均符合行业标准。从经济角度看是完全可行的。

Addressing non-linear hardware limitations and extending network coverage area for power aware wireless sensor networks

Science Foundation Ireland (07/CE/11147); Irish Research Council for Science Engineering and Technology (Embark Initiative)

Low power predictable memory and processing architectures

Great demand in power optimized devices shows promising economic potential and draws lots of attention in industry and research area. Due to the continuously shrinking CMOS process, not only dynamic power but also static power has emerged as a big concern in power reduction. Other than power optimization, average-case power estimation is quite significant for power budget allocation but also challenging in terms of time and effort. In this thesis, we will introduce a methodology to support modular quantitative analysis in order to estimate average power of circuits, on the basis of two concepts named Random Bag Preserving and Linear Compositionality. It can shorten simulation time and sustain high accuracy, resulting in increasing the feasibility of power estimation of big systems. For power saving, firstly, we take advantages of the low power characteristic of adiabatic logic and asynchronous logic to achieve ultra-low dynamic and static power. We will propose two memory cells, which could run in adiabatic and non-adiabatic mode. About 90% dynamic power can be saved in adiabatic mode when compared to other up-to-date designs. About 90% leakage power is saved. Secondly, a novel logic, named Asynchronous Charge Sharing Logic (ACSL), will be introduced. The realization of completion detection is simplified considerably. Not just the power reduction improvement, ACSL brings another promising feature in average power estimation called data-independency where this characteristic would make power estimation effortless and be meaningful for modular quantitative average case analysis. Finally, a new asynchronous Arithmetic Logic Unit (ALU) with a ripple carry adder implemented using the logically reversible/bidirectional characteristic exhibiting ultra-low power dissipation with sub-threshold region operating point will be presented. The proposed adder is able to operate multi-functionally.

Power system parameters forecasting using Hilbert-Huang transform and machine learning

A novel hybrid data-driven approach is developed for forecasting power system parameters with the goal of increasing the efficiency of short-term forecasting studies for non-stationary time-series. The proposed approach is based on mode decomposition and a feature analysis of initial retrospective data using the Hilbert-Huang transform and machine learning algorithms. The random forests and gradient boosting trees learning techniques were examined. The decision tree techniques were used to rank the importance of variables employed in the forecasting models. The Mean Decrease Gini index is employed as an impurity function. The resulting hybrid forecasting models employ the radial basis function neural network and support vector regression. A part from introduction and references the paper is organized as follows. The second section presents the background and the review of several approaches for short-term forecasting of power system parameters. In the third section a hybrid machine learningbased algorithm using Hilbert-Huang transform is developed for short-term forecasting of power system parameters. Fourth section describes the decision tree learning algorithms used for the issue of variables importance. Finally in section six the experimental results in the following electric power problems are presented: active power flow forecasting, electricity price forecasting and for the wind speed and direction forecasting.

Combined heat and power and campus carbon footprint reduction

Gemstone Team Cogeneration Technology