Influência da configuração da célula combustível microbiana na geração de energia elétrica a partir da degradação de compostos orgânicos

Nessa pesquisa foram testadas tanto CCM com membranas e sem membranas que tinham por característica reproduzir sistemas de tratamento de esgoto sanitário. A etapa experimental desse trabalho foi dividida entre o Brasil (ensaios com CCM sem a MTP e utilizando esgoto sanitário) e Portugal (ensaios com CCM tradicionais de uma e duas câmaras, utilizando água residuária sintética e a bactéria Lactobacillus pentosus). A execução em dois locais diferentes resultou em um maior aprofundamento e desenvolvimento da pesquisa. As CCM foram avaliadas principalmente quanto ao potencial elétrico e eficiência da degradação de compostos orgânicos (esgoto sanitário e água residuária sintética). Para os dados obtidos no Brasil, as três configurações apresentaram maior diferença na potência em função do modo de operação. A operação intermitente apresentou a maior potência (11 mW/m2) para a CCM cilíndrica de fluxo ascendente, enquanto que operação continua a maior potência (4,2 mW/m2) foi obtida para a CCM retangular de fluxo horizontal, a qual também apresentava uma maior facilidade na manutenção quanto aos eletrodos (adição/remoção). A CCM cúbica de fluxo ascendente devido a sua concepção simples demandava um sistema complementar para o aumento da remoção de DQO. Apesar da baixa potência mensurada para os ensaios realizados no Brasil há de se pontuar que os mesmos foram obtidos para reatores sem membranas e utilizando o esgoto sanitário, o qual apresentou grande sazonalidade. Para a etapa realizada em Portugal, foi possível realizar quinze diferentes ensaios e mais um ensaio específico de crescimento. A maior potência (10,37 mW/m2) foi obtida para CCM de câmara dupla operada de modo contínuo para um tempo de detenção hidráulico (TDH) de 20 horas. A maior potência obtida para a CCM de câmara única foi de 5,53 mW/m2 quando houve a adição do extrato de levedura (função teórica de mediador). A potência da CCM, na maioria das vezes, esteve relacionada à proporção de sólidos voláteis e totais, SV/ST, quantidade de bactérias, pH, características de operação e por fim a configuração da CCM. O ensaio de crescimento revelou a correlação da potência em função da quantidade de bactérias inseridas da massa do biofilme (SV) e mostra-se como uma ferramenta na avaliação da potência das CCM.

Sistema inteligente baseado em decomposição por componentes ortogonais e inferência fuzzy para localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica com geração distribuída

Os sistemas elétricos de potência modernos apresentam inúmeros desafios em sua operação. Nos sistemas de distribuição de energia elétrica, devido à grande ramificação, presença de extensos ramais monofásicos, à dinâmica das cargas e demais particularidades inerentes, a localização de faltas representa um dos maiores desafios. Das barreiras encontradas, a influência da impedância de falta é uma das maiores, afetando significativamente a aplicação dos métodos tradicionais na localização, visto que a magnitude das correntes de falta é similar à da corrente de carga. Neste sentido, esta tese objetivou desenvolver um sistema inteligente para localização de faltas de alta impedância, o qual foi embasado na aplicação da técnica de decomposição por componentes ortogonais no pré-processamento das variáveis e inferência fuzzy para interpretar as não-linearidades do Sistemas de Distribuição com presença de Geração Distribuída. Os dados para treinamento do sistema inteligente foram obtidos a partir de simulações computacionais de um alimentador real, considerando uma modelagem não-linear da falta de alta impedância. O sistema fuzzy resultante foi capaz de estimar as distâncias de falta com um erro absoluto médio inferior a 500 m e um erro absoluto máximo da ordem de 1,5 km, em um alimentador com cerca de 18 km de extensão. Tais resultados equivalem a um grau de exatidão, para a maior parte das ocorrências, dentro do intervalo de ±10%.

Aplicações híbridas entre sistemas multiagentes e técnicas de inteligência artificial para redes inteligentes de distribuição de energia elétrica

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas.

A integração da indústria de energia elétrica na América do Sul: análise dos modelos técnicos e de regulamentação.

Os recursos energéticos naturais não estão distribuídos uniformemente pelo globo terrestre, e são raros os países que os têm na quantidade e na qualidade que necessitam para atender as suas necessidades. Ante a essa realidade, o comércio de energéticos tem sido a forma principal de acesso dos países que não os dispõem em relação as suas necessidades. Esse comércio, que muitas vezes é regido por tratados ou acordos firmados entre países ou blocos econômicos regionais, diversificou-se, traspassou fronteiras e, atualmente, tornou-se um item significativo nas pautas de exportações de vários países. A evolução desse comércio tem a favor a alternativa de integração por meio de interconexões estratégicas de redes e da constituição de mercados comuns, que viabilizam a exploração do potencial de complementariedade energética de forma mais racional. Diante desse contexto, esta dissertação apresenta um estudo exploratório que avalia o estado da arte da integração energética sul-americana e faz análises dos modelos técnicos, das regulamentações, das regulações regionais e multilaterais estabelecidas pelos blocos econômicos sul-americanos e pela Organização Mundial do Comércio. De forma complementar, o estudo verifica e apresenta os fatores que podem comprometer o avanço e a instituição de um futuro mercado comum de energia no continente, conclui pela viabilidade do prosseguimento de ações em prol da ampliação da integração da indústria de energia elétrica na América do Sul e tece recomendações. Os resultados e as recomendações deste trabalho oferecem um embasamento procedimental para a gestão e a atuação institucional dos envolvidos no processo de integração energética da indústria de energia elétrica da região sul americana.

Logística operacional: alocação de bases operacionais em distribuição de energia elétrica.

Ser eficiente é um requisito para a sustentabilidade das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica no Brasil. A busca pela eficiência deve estar em harmonia com a melhoria contínua da qualidade, da segurança e da satisfação dos consumidores e das partes envolvidas. O desafio de atender múltiplos objetivos requer que as empresas do setor desenvolvam soluções inovadoras, com a mudança de processos, tecnologia, estrutura e a capacitação das pessoas. Desenvolver um modelo operacional eficiente e uma gestão rigorosa dos custos são fatores-chave para o sucesso das empresas, considerando o contexto regulatório de revisão tarifária que incentiva a melhoria do desempenho. O modelo operacional é definido a partir da organização logística dos recursos para atendimento da demanda de serviços, que define também os custos fixos e variáveis de pessoal (salário, horas extras, refeições), infraestrutura (manutenção de prédios, ferramentas e equipamentos) e deslocamentos (manutenção de veículos, combustível), por exemplo. A melhor alocação e o melhor dimensionamento de bases operacionais possibilitam a redução dos custos com deslocamento e infraestrutura, favorecendo o aproveitamento da força de trabalho em campo, a melhoria do atendimento dos clientes e da segurança dos colaboradores. Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização de custos através da alocação de bases e equipes operacionais, com o modelamento matemático dos objetivos e restrições do negócio e a aplicação de algoritmo evolutivo para busca das melhores soluções, sendo uma aplicação de Pesquisa Operacional, no campo da Localização de Instalações, em distribuição de energia elétrica. O modelo de otimização desenvolvido possibilita a busca pelo ponto de equilíbrio ótimo que minimiza o custo total formado pelos custos de infraestrutura, frota (veículos e deslocamentos) e pessoal. O algoritmo evolutivo aplicado no modelo oferece soluções otimizadas pelo melhoramento de conjuntos de variáveis binárias com base em conceitos da evolução genética. O modelo de otimização fornece o detalhamento de toda a estrutura operacional e de custos para uma determinada solução do problema, utilizando premissas de produtividade e deslocamentos (velocidades e distâncias) para definir as abrangências de atuação das bases operacionais, recursos (equipes, pessoas, veículos) necessários para atendimento da demanda de serviços, e projetar todos os custos fixos e variáveis associados. A metodologia desenvolvida neste trabalho considera também a projeção de demanda futura para a aplicação no estudo de caso, que evidenciou a efetividade da metodologia como ferramenta para a melhoria da eficiência operacional em empresas de distribuição de energia elétrica.

A divulgação de provisões e passivos contingentes ambientais pelas empresas do setor de energia elétrica em comparação ao desenvolvimento da normatização da evidenciação contábil

O pressuposto desta pesquisa é de que a divulgação de informações ambientais, no âmbito das provisões e passivos contingentes, reagiu aos avanços na normatização contábil. A normatização contábil genérica sobre evidenciação de obrigações incertas era restrita, em meados de 1976, à Lei no 6.404, e assim permaneceu ao longo de pelo menos uma década e meia, quando começou a ser desenvolvida. Ao longo dos anos foram criados padrões obrigatórios de divulgação, com critérios de julgamento mais detalhados para a classificação da obrigação incerta em provável, possível ou remota. Embora ainda apresente algum grau de subjetividade, o desenvolvimento destes critérios pode ter contribuído para a diminuição da assimetria informacional: a empresa passou a contar com um conjunto de orientações mais claras e, portanto, com melhores condições de averiguar e divulgar suas obrigações incertas. Esse avanço contribuiu para que as obrigações ambientais passassem a ter maior exposição, principalmente no âmbito das empresas potencialmente poluidoras, como as do setor de energia elétrica, que utilizam recursos naturais e modificam o meio ambiente. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi analisar as evidências de passivo ambiental divulgadas pelas empresas do setor de energia elétrica, de 1997 a 2014. Para tanto, foi desenvolvido um estudo qualitativo, descritivo e longitudinal, por meio da análise de conteúdo de 941 notas explicativas, de uma população de 64 empresas do setor de energia elétrica, de acordo com listagem na BM&FBovespa, em maio de 2015. A amostra foi constituída de 26 empresas, que divulgaram o total de 468 notas explicativas no site da CVM, de 1997 a 2014. Ao longo destes 18 anos, 14 empresas da amostra (53,85%) evidenciaram passivos ambientais ao menos uma vez e 12 instituições (46,15%) não o fizeram e, do total de 468 notas explicativas, 100 (21,37%) evidenciaram passivo ambiental. O número de evidências de passivos ambientais era pequeno em meados de 1997, mas ascendeu, com um aumento mais consistente a partir de 2006, ano que coincide com a aprovação da Norma e Procedimento de Contabilidade 22 - Provisões, Passivos, Contingências Passivas e Contingências Ativas, emitida pelo IBRACON. Adicionalmente, a materialidade quantitativa estava na média de 0,61% para provisões ambientais e 0,89% para os passivos contingentes ambientais, desconsiderando-se os outliers. A dimensão das notas explicativas, em termos de quantidade de palavras, foi crescente e diversificada. Em conclusão, a evidenciação contábil pode, em adição à evidenciação voluntária, ser um meio plausível para a divulgação de questões ambientais e redução da assimetria informacional, principalmente quando a normatização contábil se faz mais clara e detalhada.

Modelagem e análise de desempenho de sistema para geração de energia elétrica através de ondas marítimas.

Mediante a crescente necessidade de aumento na oferta de energia elétrica devido à constante elevação na demanda mundial, esta dissertação avalia o desempenho de um sistema conversor de energia de ondas marítimas em energia elétrica. O sistema em análise é o de coluna de água oscilante com turbina de dupla ação instalado na costa. Utiliza-se um modelo regular de ondas como perturbação à dinâmica de uma câmara semi-submersa gerando fluxo de ar através de uma turbina à ar de dupla ação. O sistema final é não linear e com parâmetros variantes no tempo. A dissertação investiga possibilidades para o aumento do rendimento da turbina em diferentes condições de mar através do método de simulação numérica. Após a modelagem física e matemática do sistema escolhido, inicia-se a síntese de um controlador proporcional derivativo para controle da pressão de ar na turbina em torno da pressão ideal de trabalho da mesma. A análise inclui o comparativo entre os resultados do sistema com e sem controlador e a avaliação de robustez utilizando ondas com amplitude variável. O trabalho apresenta ainda propostas de otimização do sistema para trabalhar em condições similares a região de Pecém no Brasil. Pelos resultados obtidos nas simulações, conclui-se que o rendimento e a robustez do sistema podem melhorar utilizando um sistema controlado. O rendimento do sistema poderá ainda ser otimizado para a região de instalação.

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.

Importância da sustentabilidade para as empresas do setor de energia elétrica: utilização de relatório de sustentabilidade com base no GRI

O Relatório de Sustentabilidade é um instrumento que visa dar maior transparência às atividades empresariais e ampliar o diálogo da organização com a sociedade, tendo em vista a necessidade de comunicar aos stakeholders suas práticas socioambientais, além das econômicas. A presente pesquisa buscou compreender de que forma as empresas do segmento de energia elétrica, listadas na BM&F BOVESPA como Nível 1 e Novo Mercado de Governança Corporativa divulgam aos interessados seus Relatórios de Sustentabilidade. Realizou-se análise documental, através dos Relatórios de Sustentabilidade das empresas do setor elétrico: CEEE, Cemig, Cesp, Copel, CPFL, CTEEP, EDP, Eletrobrás, Equatorial, Light, Tractebel e MPX. Foram analisados os relatórios referentes aos anos de 2010, 2011 e 2012. Houve uma sutil evolução na divulgação dos indicadores da GRI-Global Reporting Initiative, possivelmente por serem reconhecidos internacionalmente, o que proporciona às empresas maior confiabilidade e transparência em suas informações.

Controle em modo dual adaptativo robusto aplicado a um sistema de geração de energia elétrica

Synchronous machines, widely used in energy generation systems, require constant voltage and frequency to obtain good quality of energy. However, for large load variati- ons, it is difficult to maintain outputs on nominal values due to parametric uncertainties, nonlinearities and coupling among variables. Then, we propose to apply the Dual Mode Adaptive Robust Controller (DMARC) in the field flux control loop, replacing the tradi- tional PI controller. The DMARC links a Model Reference Adaptive Controller (MRAC) and a Variable Structure Model Reference Adaptive Controller (VS-MRAC), incorpora- ting transient performance advantages from VS-MRAC and steady state properties from MRAC. Moreover, simulation results are included to corroborate the theoretical studies.

Benchmarking e regulação do setor de distribuição de energia elétrica nacional: proposta para avaliação dos custos operacionais eficientes

In Brazil, the National Agency of Electric Energy (ANEEL) represents the energy regulator. The rates review have been one of its main tasks, which establish a pricing practice at a level to cover the efficient operating costs and also the appropriate return of the distributors investments. The changes in the procedures to redefine the efficient costs and the several studies on the methodologies employed to regulate this segment denote the challenge faced by regulators about the best methodological strategy to be employed. In this context, this research aims to propose a benchmarking evaluation applied to the national regulation system in the establishment of efficient operating costs of electricity distribution utilities. The model is formulated to promote the electricity market development, partnering with government policies ant to society benefit. To conduct this research, an integration of Data Envelopment Analysis (DEA) with the Stochastic Frontier Analysis (SFA) is adopted in a three stages procedure to correct the efficiency in terms of environmental effects: (i) evaluation by means of DEA to measure operating costs slacks of the utilities, in which environmental variables are omitted; (ii) The slacks calculated in the first stage are regressed on a set of environmental variables by means of SFA and operating costs are adjusted to account the environmental impact and statistical noise effects; and, (iii) reassess the performance of the electric power distribution utilities by means of DEA. Based on this methodology it is possible to obtain a performance evaluation exclusively expressed in terms of management efficiency, in which the operating environment and statistical noise effects are controlled.

Análise computacional do desempenho de estratégia para o religamento controlado de linhas de transmissão

The search for mitigation solutions, with respect to the effects of overvoltages linked to the energization and reclosing maneuvers of transmission lines include a challenging subject with strong impact on the insulation coordination of electrical systems. Although the recognition of classical and commercial proposals to mitigate these phenomena, other possibilities are certainly still worthwhile highlighting and investigations. In this context, the present work is grounded in the exposure of the physical and mathematical foundations of a strategy based on controlled switchings, whose moments to the line reclosing are pre-programmed. The computational evaluation of the effectiveness of the methodology is made using the ATP simulator, which are studies in a typical electrical system subjected to the action of short-circuits fallowed by shutdowns and subsequent reclosing, under the action of technology here focused and lack thereof.

Uma estratégia para otimizar a geração de arranjos em subestações virtuais de energia elétrica

The Virtual Reality techniques applied in Electricity Environments provide a new supervisory control paradigm. The fact of existing a virtual environment (VE), geometrically similar to a real substation, reduces the difference of mental models built by field operators compared with those built by system center operation improving the communication. Beside this, those systems can be used as visualization interfaces for electricity system simulators, training systems for professors and undergraduate students, field operators and maintenance professionals. However, the development process of these systems is quite complex, combining several activities such as implementation, 3D modeling, virtual sceneries construction, usability assessment and management project techniques. In this context, this work present a GUI strategy to build field arrangements based on scene graphs, to reduce time in Virtual Electricity Substations Arrangement development. Through this, mistakes during the VE building can be avoided making this process more reliable. As an concept proof, all toolkits developed in this work were applied in the virtualization of the substations from a Brazilian power concessionary named CEMIG.

Conversor de energia das ondas em energia elétrica com dispositivo de coluna de água oscilante: simulação numérica e estudo geométrico

Os oceanos representam um dos maiores recursos naturais, possuindo expressivo potencial energético, podendo suprir parte da demanda energética mundial. Nas últimas décadas, alguns dispositivos destinados à conversão da energia das ondas dos oceanos em energia elétrica têm sido estudados. No presente trabalho, o princípio de funcionamento do conversor do tipo Coluna de Água Oscilante, do inglês Oscillating Water Colum, (OWC) foi analisado numericamente. As ondas incidentes na câmara hidro-pneumática da OWC, causam um movimento alternado da coluna de água no interior da câmara, o qual produz um fluxo alternado de ar que passa pela chaminé. O ar passa e aciona uma turbina a qual transmite energia para um gerador elétrico. O objetivo do presente estudo foi investigar a influência de diferentes formas geométricas da câmara sobre o fluxo resultante de ar que passa pela turbina, que influencia no desempenho do dispositivo. Para isso, geometrias diferentes para o conversor foram analisadas empregando modelos computacionais 2D e 3D. Um modelo computacional desenvolvido nos softwares GAMBIT e FLUENT foi utilizado, em que o conversor OWC foi acoplado a um tanque de ondas. O método Volume of Fluid (VOF) e a teoria de 2ª ordem Stokes foram utilizados para gerar ondas regulares, permitindo uma interação mais realista entre o conversor, água, ar e OWC. O Método dos Volumes Finitos (MVF) foi utilizado para a discretização das equações governantes. Neste trabalho o Contructal Design (baseado na Teoria Constructal) foi aplicado pela primeira vez em estudos numéricos tridimensionais de OWC para fim de encontrar uma geometria que mais favorece o desempenho do dispositivo. A função objetivo foi a maximização da vazão mássica de ar que passa através da chaminé do dispositivo OWC, analisado através do método mínimos quadrados, do inglês Root Mean Square (RMS). Os resultados indicaram que a forma geométrica da câmara influencia na transformação da energia das ondas em energia elétrica. As geometrias das câmaras analisadas que apresentaram maior área da face de incidência das ondas (sendo altura constante), apresentaram também maior desempenho do conversor OWC. A melhor geometria, entre os casos desse estudo, ofereceu um ganho no desempenho do dispositivo em torno de 30% maior.