Distributed Load Control in Multiphase Radial Networks

The current power grid is on the cusp of modernization due to the emergence of distributed generation and controllable loads, as well as renewable energy. On one hand, distributed and renewable generation is volatile and difficult to dispatch. On the other hand, controllable loads provide significant potential for compensating for the uncertainties. In a future grid where there are thousands or millions of controllable loads and a large portion of the generation comes from volatile sources like wind and solar, distributed control that shifts or reduces the power consumption of electric loads in a reliable and economic way would be highly valuable.

Load control needs to be conducted with network awareness. Otherwise, voltage violations and overloading of circuit devices are likely. To model these effects, network power flows and voltages have to be considered explicitly. However, the physical laws that determine power flows and voltages are nonlinear. Furthermore, while distributed generation and controllable loads are mostly located in distribution networks that are multiphase and radial, most of the power flow studies focus on single-phase networks.

This thesis focuses on distributed load control in multiphase radial distribution networks. In particular, we first study distributed load control without considering network constraints, and then consider network-aware distributed load control.

Distributed implementation of load control is the main challenge if network constraints can be ignored. In this case, we first ignore the uncertainties in renewable generation and load arrivals, and propose a distributed load control algorithm, Algorithm 1, that optimally schedules the deferrable loads to shape the net electricity demand. Deferrable loads refer to loads whose total energy consumption is fixed, but energy usage can be shifted over time in response to network conditions. Algorithm 1 is a distributed gradient decent algorithm, and empirically converges to optimal deferrable load schedules within 15 iterations.

We then extend Algorithm 1 to a real-time setup where deferrable loads arrive over time, and only imprecise predictions about future renewable generation and load are available at the time of decision making. The real-time algorithm Algorithm 2 is based on model-predictive control: Algorithm 2 uses updated predictions on renewable generation as the true values, and computes a pseudo load to simulate future deferrable load. The pseudo load consumes 0 power at the current time step, and its total energy consumption equals the expectation of future deferrable load total energy request.

Network constraints, e.g., transformer loading constraints and voltage regulation constraints, bring significant challenge to the load control problem since power flows and voltages are governed by nonlinear physical laws. Remarkably, distribution networks are usually multiphase and radial. Two approaches are explored to overcome this challenge: one based on convex relaxation and the other that seeks a locally optimal load schedule.

To explore the convex relaxation approach, a novel but equivalent power flow model, the branch flow model, is developed, and a semidefinite programming relaxation, called BFM-SDP, is obtained using the branch flow model. BFM-SDP is mathematically equivalent to a standard convex relaxation proposed in the literature, but numerically is much more stable. Empirical studies show that BFM-SDP is numerically exact for the IEEE 13-, 34-, 37-, 123-bus networks and a real-world 2065-bus network, while the standard convex relaxation is numerically exact for only two of these networks.

Theoretical guarantees on the exactness of convex relaxations are provided for two types of networks: single-phase radial alternative-current (AC) networks, and single-phase mesh direct-current (DC) networks. In particular, for single-phase radial AC networks, we prove that a second-order cone program (SOCP) relaxation is exact if voltage upper bounds are not binding; we also modify the optimal load control problem so that its SOCP relaxation is always exact. For single-phase mesh DC networks, we prove that an SOCP relaxation is exact if 1) voltage upper bounds are not binding, or 2) voltage upper bounds are uniform and power injection lower bounds are strictly negative; we also modify the optimal load control problem so that its SOCP relaxation is always exact.

To seek a locally optimal load schedule, a distributed gradient-decent algorithm, Algorithm 9, is proposed. The suboptimality gap of the algorithm is rigorously characterized and close to 0 for practical networks. Furthermore, unlike the convex relaxation approach, Algorithm 9 ensures a feasible solution. The gradients used in Algorithm 9 are estimated based on a linear approximation of the power flow, which is derived with the following assumptions: 1) line losses are negligible; and 2) voltages are reasonably balanced. Both assumptions are satisfied in practical distribution networks. Empirical results show that Algorithm 9 obtains 70+ times speed up over the convex relaxation approach, at the cost of a suboptimality within numerical precision.

Optimization and Control of Power Flow in Distribution Networks

Climate change is arguably the most critical issue facing our generation and the next. As we move towards a sustainable future, the grid is rapidly evolving with the integration of more and more renewable energy resources and the emergence of electric vehicles. In particular, large scale adoption of residential and commercial solar photovoltaics (PV) plants is completely changing the traditional slowly-varying unidirectional power flow nature of distribution systems. High share of intermittent renewables pose several technical challenges, including voltage and frequency control. But along with these challenges, renewable generators also bring with them millions of new DC-AC inverter controllers each year. These fast power electronic devices can provide an unprecedented opportunity to increase energy efficiency and improve power quality, if combined with well-designed inverter control algorithms. The main goal of this dissertation is to develop scalable power flow optimization and control methods that achieve system-wide efficiency, reliability, and robustness for power distribution networks of future with high penetration of distributed inverter-based renewable generators.

Proposed solutions to power flow control problems in the literature range from fully centralized to fully local ones. In this thesis, we will focus on the two ends of this spectrum. In the first half of this thesis (chapters 2 and 3), we seek optimal solutions to voltage control problems provided a centralized architecture with complete information. These solutions are particularly important for better understanding the overall system behavior and can serve as a benchmark to compare the performance of other control methods against. To this end, we first propose a branch flow model (BFM) for the analysis and optimization of radial and meshed networks. This model leads to a new approach to solve optimal power flow (OPF) problems using a two step relaxation procedure, which has proven to be both reliable and computationally efficient in dealing with the non-convexity of power flow equations in radial and weakly-meshed distribution networks. We will then apply the results to fast time- scale inverter var control problem and evaluate the performance on real-world circuits in Southern California Edison’s service territory.

The second half (chapters 4 and 5), however, is dedicated to study local control approaches, as they are the only options available for immediate implementation on today’s distribution networks that lack sufficient monitoring and communication infrastructure. In particular, we will follow a reverse and forward engineering approach to study the recently proposed piecewise linear volt/var control curves. It is the aim of this dissertation to tackle some key problems in these two areas and contribute by providing rigorous theoretical basis for future work.

Distributed Control and Optimization for Communication and Power Systems

We are at the cusp of a historic transformation of both communication system and electricity system. This creates challenges as well as opportunities for the study of networked systems. Problems of these systems typically involve a huge number of end points that require intelligent coordination in a distributed manner. In this thesis, we develop models, theories, and scalable distributed optimization and control algorithms to overcome these challenges.

This thesis focuses on two specific areas: multi-path TCP (Transmission Control Protocol) and electricity distribution system operation and control. Multi-path TCP (MP-TCP) is a TCP extension that allows a single data stream to be split across multiple paths. MP-TCP has the potential to greatly improve reliability as well as efficiency of communication devices. We propose a fluid model for a large class of MP-TCP algorithms and identify design criteria that guarantee the existence, uniqueness, and stability of system equilibrium. We clarify how algorithm parameters impact TCP-friendliness, responsiveness, and window oscillation and demonstrate an inevitable tradeoff among these properties. We discuss the implications of these properties on the behavior of existing algorithms and motivate a new algorithm Balia (balanced linked adaptation) which generalizes existing algorithms and strikes a good balance among TCP-friendliness, responsiveness, and window oscillation. We have implemented Balia in the Linux kernel. We use our prototype to compare the new proposed algorithm Balia with existing MP-TCP algorithms.

Our second focus is on designing computationally efficient algorithms for electricity distribution system operation and control. First, we develop efficient algorithms for feeder reconfiguration in distribution networks. The feeder reconfiguration problem chooses the on/off status of the switches in a distribution network in order to minimize a certain cost such as power loss. It is a mixed integer nonlinear program and hence hard to solve. We propose a heuristic algorithm that is based on the recently developed convex relaxation of the optimal power flow problem. The algorithm is efficient and can successfully computes an optimal configuration on all networks that we have tested. Moreover we prove that the algorithm solves the feeder reconfiguration problem optimally under certain conditions. We also propose a more efficient algorithm and it incurs a loss in optimality of less than 3% on the test networks.

Second, we develop efficient distributed algorithms that solve the optimal power flow (OPF) problem on distribution networks. The OPF problem determines a network operating point that minimizes a certain objective such as generation cost or power loss. Traditionally OPF is solved in a centralized manner. With increasing penetration of volatile renewable energy resources in distribution systems, we need faster and distributed solutions for real-time feedback control. This is difficult because power flow equations are nonlinear and kirchhoff's law is global. We propose solutions for both balanced and unbalanced radial distribution networks. They exploit recent results that suggest solving for a globally optimal solution of OPF over a radial network through a second-order cone program (SOCP) or semi-definite program (SDP) relaxation. Our distributed algorithms are based on the alternating direction method of multiplier (ADMM), but unlike standard ADMM-based distributed OPF algorithms that require solving optimization subproblems using iterative methods, the proposed solutions exploit the problem structure that greatly reduce the computation time. Specifically, for balanced networks, our decomposition allows us to derive closed form solutions for these subproblems and it speeds up the convergence by 1000x times in simulations. For unbalanced networks, the subproblems reduce to either closed form solutions or eigenvalue problems whose size remains constant as the network scales up and computation time is reduced by 100x compared with iterative methods.

Produção de biodiesel pela rota heterogênea empregando catalisadores a base de Zn e Al

Nos últimos anos, a busca por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis têm sido objeto de intensa investigação. O biodiesel é um combustível biodegradável, derivado de fontes renováveis e é obtido em escala industrial principalmente através da reação de transesterificação de óleos vegetais e/ou gorduras animais com metanol na presença de catalisadores homogêneos, como NaOH. Entretanto, a utilização de catalisadores heterogêneos tem sido sugerida por diversos autores, por apresentar vantagens como a eliminação dos problemas de separação e purificação dos produtos obtidos. No presente trabalho foi investigada a produção de biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja com metanol utilizando óxidos mistos de Zn e Al como catalisadores sólidos básicos. A influência das variáveis: temperatura, concentração de catalisador e relação molar metanol/óleo de soja na produção de biodiesel foi avaliada. Os catalisadores preparados apresentaram predominantemente sítios básicos e foram ativos frente à reação estudada, sendo os resultados mais promissores apresentados pelo óxido misto com relação molar Al/(Al+Zn)=0,50, obtido por tratamento térmico à 450C, que apresentou rendimentos em ésteres metílicos de até 98,5% sob condições específicas. A metodologia da superfície de resposta foi utilizada visando estabelecer as condições ótimas para maximizar o rendimento em ésteres metílicos, tendo sido encontradas a temperatura de 165oC e a concentração de catalisador de 5,8% m/m em relação massa de óleo, no caso da relação molar metanol/óleo de soja limitada em 15. Essa limitação teve como objetivo garantir um processo viável em escala comercial

Proyecto de instalación eléctrica para el abastecimiento de una vivienda mediante energías renovables

El proyecto se centra en abastecer la demanda eléctrica del Centro Canino Berquier (Añorbe – Zona Media de Navarra), que cuenta una residencia canina, una consulta veterinaria y una vivienda, mediante un sistema aislado de la red y el uso de energías renovables. El abastecimiento de energía eléctrica mediante energías renovables, contará con un sistema de generación, almacenamiento y distribución, para garantizar un suministro en cantidad y calidad suficiente, del Centro Canino Berquier, Entre las opciones de abastecimiento doméstico renovable, tras un análisis preliminar de los recursos existentes en el emplazamiento del Centro Canino Berquier, se opta por una instalación híbrida eólica fotovoltaica autónoma, respaldada por un grupo electrógeno. Para el correcto dimensionado del mismo, se han seguido los siguientes pasos: - Estimación de los consumos del Centro Canino Berquier. - Caracterización del potencial eólico, evaluación y selección de la turbina eólica. - Radiación solar disponible, dimensionado, inclinación y orientación del generador FV. - Determinación de la capacidad de las baterías y del resto de componentes del sistema. - Cálculo del cableado y elementos de protección. - Esquema de conexiones. Si bien el proyecto, aparentemente, no aporta valor añadido en cuanto a la solución adoptada, (se ha empleado una tecnología técnicamente evaluada y económicamente viable), resulta recomendable como guía a la hora de afrontar proyectos de abastecimiento similares al nuestro.

Análisis de las diferentes tecnologías de centrales termosolares.

[ES]En este proyecto se recoge un análisis de las diferentes tecnologías de centrales termosolares. Las energías renovables tienen un papel fundamental en el abastecimiento energético futuro, ya que son una fuente inagotable con un impacto medioambiental mínimo. Dentro de las renovables, la energía termosolar es una de las más destacables en España, que se ha situado como el país líder en termosolar. Existen cuatro tecnologías diferentes para este tipo de centrales, por lo que el objetivo de este trabajo es profundizar en su conocimiento y proporcionar un criterio objetivo que permita seleccionar la más adecuada en futuras instalaciones. Para ello, se considerarán tanto aspectos técnicos como económicos, con el fin de estudiar las principales ventajas y desventajas de cada tipo.

Gasificación de biomasa con astillas de madera.

[ES]Este proyecto tiene como objetivo generar energía eléctrica y térmica para un conjunto de viviendas aisladas, sin acceso a la red eléctrica, con una potencia requerida de 12KW. Se pretende plantear una solución que satisfaga las necesidades básicas de auto-abastecimiento de una forma económicamente rentable. Para comenzar, por un lado de cara al objetivo 20/20/20 se realizará un acercamiento a la utilización de las energías renovables como fuente de energía, disminuyendo así el impacto ambiental. Por otro lado, se plantearán diferentes alternativas para la generación de energía eléctrica y térmica, finalmente haciendo hincapié en el estudio de una planta de gasificación de biomasa mediante astillas de madera. De modo que, a lo largo de este documento se analizarán los principios y fundamentos necesarios para el diseño de una planta de generación eléctrica mediante gasificación de biomasa. Para ello se estudiarán los diferentes modelos de gasificadores existentes, el desarrollo del proceso de gasificación con sus respectivas etapas y la limpieza y adaptación del gas obtenido antes de introducirlo en el MACI. Se realizará una descripción de la planta junto al dimensionamiento tanto del almacenamiento de la materia prima como el de los equipos a instalar. Finalmente, para valorar si se trata de un proyecto viable. Se realizará el estudio económico analizando el presupuesto y análisis de rentabilidad. Asimismo, se plantearán los diferentes riesgos a los que puede exponerse una instalación como esta.

Aporte adicional de energía renovable geotérmica a instalación con cogeneración en hospital existente.

[ES]Este proyecto tiene como objetivo apoyar a la generación de energía por cogeneración mediante una fuente de energía renovable. Se pretende plantear una solución que satisfaga parte de las necesidades básicas del Hospital Universitario de Álava, en su sede del Hospital de Santiago, de una forma económicamente rentable. Este proyecto se enmarca dentro de los esfuerzos en la promoción de energías renovables que comenzaron con el protocolo Kioto, al que le siguieron los objetivos Europa 20/20/20. Se realizará un acercamiento a la utilización de la energía renovable geotérmica como fuente de energía que disminuye el impacto ambiental. El edificio hospitalario considerado ya cuenta con un sistema de generación energética con cogeneración, considerada dentro del régimen especial, por la utilización de energía residual para procesos que de otra manera hubieran requerido consumo de combustible. Se plantearán diferentes alternativas para la generación de energía térmica con geotermia, que al ser de origen renovable, es una fuente de energía de combustibles no fósiles, y se demostraran sus beneficios analizando cómo mejora la huella de carbono del hospital con la propuesta. Finalmente, para valorar si se trata de un proyecto viable se planteará el estudio económico analizando el presupuesto y análisis de rentabilidad.

Influencia del vehículo eléctrico en la red eléctrica, en función del comportamiento social.

[ES]En la actualidad, el modelo de transporte apenas ha avanzado en el intento de frenar el Cambio Climático o en el cuidado del medio ambiente. Además, el gran negocio que existe detrás del petróleo hace que este tipo de transporte sea poco sostenible. Es por eso que se está desarrollando, a nivel nacional e internacional, una solución a dicho problema que es el uso del vehiculó eléctrico (VE). La introducción masiva del VE permitirá el uso extensivo de fuentes de energía no contaminantes e intermitentes, como son las energías renovables. Sin embargo, los VEs están lejos de ser una tecnología probada. Existen aún muchos problemas en torno a él que deben ser resueltos, entre ellos se encuentra el desarrollo de las baterías, su modelo de negocio y coste o la influencia de la conexión del VE sobre la red eléctrica. Este último problema, estará muy influenciado por el comportamiento social del futuro conductor, lo cual es el eje central del proyecto.

Evolución y transcendencia del sector de las energias renovables en España

Nowadays the energies that still prevail on a global scale as a source of generation of electricity are those that come from fossil resources. Nevertheless, in a few years the future of energy will center on renewable energies. Those countries that are not involved in their development will be at a clear disadvantage at economic level, since the electrical power is the base for the development of human society and the renewable energies are essential for its production. The present work has as a target to show, in a clear and concise form, the current situation of the sector of renewable energies in Spain. In addition, we present in a brief and summarised form, an aspect that has been essential in the development of the renewable energies in Spain is tackled. This is, the legislation on the matter as well as the development plans that Spain has carried out for its promotion. Finally, the study considers the compared situation of the sector of the renewable energies and of the energy sector in general in Spain in the context of the EU. IDIOMA: Ingles

Avaliação de catalisadores à base de estanho visando à produção de biodiesel

Atualmente, existe um crescente interesse por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis. O biodiesel é uma fonte alternativa de combustível bastante atrativa em relação ao diesel em decorrência de seus benefícios ambientais. A obtenção de biodiesel é geralmente realizada através de reações de transesterificação de óleos vegetais com álcool de cadeia curta. Entretanto, também se pode produzi-lo através da esterificação de ácidos graxos livres utilizando-se matérias-primas de baixa qualidade como rejeitos industriais, domésticos ou gorduras animais. O estudo de catalisadores que melhorem os resultados destas reações tem importante papel no desenvolvimento da produção de biodiesel. Normalmente, utilizam-se catalisadores básicos como o NaOH, nas reações de transesterificação. No entanto, o uso destes catalisadores causa impactos ambientais, além de promover a reação de saponificação quando a matéria-prima apresenta teores significativos de acidez, reduzindo o rendimento e dificultando a separação de fases. Este trabalho apresenta o estudo de catalisadores ácidos, à base de estanho, com ênfase especial no sulfato de estanho II, voltados para utilização na reação de esterificação de cargas contendo elevados teores em ácidos graxos. Avaliou-se a influência das variáveis: temperatura, concentração do catalisador, tipo de sistema reacional, quantidade de etanol, tipo de álcool, acidez, natureza dos ácidos graxos e temperatura de calcinação. Uma comparação entre os catalisadores, a questão da reutilização do catalisador e das mudanças proporcionadas pelo tratamento térmico ao qual foram submetidos também foram analisadas. Dentre os catalisadores estudados, os de sulfato de estanho mostraram maior atividade catalítica frente à reação estudada, os mais promissores sendo os calcinados até a temperatura de 500C. O principal motivo para os altos rendimentos encontrados foi associado ao comportamento pseudo-homogêneo do SnSO4, que se solubiliza, acidificando o meio reacional durante as reações de esterificação

Estudo da previsão de propriedades do biodiesel utilizando espectros de infravermelho e calibração multivariada

O biodiesel tem sido amplamente utilizado como uma fonte de energia renovável, que contribui para a diminuição de demanda por diesel mineral. Portanto, existem várias propriedades que devem ser monitoradas, a fim de produzir e distribuir biodiesel com a qualidade exigida. Neste trabalho, as propriedades físicas do biodiesel, tais como massa específica, índice de refração e ponto de entupimento de filtro a frio foram medidas e associadas a espectrometria no infravermelho próximo (NIR) e espectrometria no infravermelho médio (Mid-IR) utilizando ferramentas quimiométricas. Os métodos de regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), regressão de mínimos quadrados parciais por intervalos (iPLS), e regressão por máquinas de vetor de suporte (SVM) com seleção de variáveis por Algoritmo Genético (GA) foram utilizadas para modelar as propriedades mencionadas. As amostras de biodiesel foram sintetizadas a partir de diferentes fontes, tais como canola, girassol, milho e soja. Amostras adicionais de biodiesel foram adquiridas de um fornecedor da região sul do Brasil. Em primeiro lugar, o pré-processamento de correção de linha de base foi usado para normalizar os dados espectrais de NIR, seguidos de outros tipos de pré-processamentos que foram aplicados, tais como centralização dos dados na média, 1 derivada e variação de padrão normal. O melhor resultado para a previsão do ponto de entupimento de filtro a frio foi utilizando os espectros de Mid-IR e o método de regressão GA-SVM, com alto coeficiente de determinação da previsão, R2Pred=0,96 e baixo valor da Raiz Quadrada do Erro Médio Quadrático da previsão, RMSEP (C)= 0,6. Para o modelo de previsão da massa específica, o melhor resultado foi obtido utilizando os espectros de Mid-IR e regressão por PLS, com R2Pred=0,98 e RMSEP (g/cm3)= 0,0002. Quanto ao modelo de previsão para o índice de refração, o melhor resultado foi obtido utilizando os espectros de Mid-IR e regressão por PLS, com excelente R2Pred=0,98 e RMSEP= 0,0001. Para esses conjuntos de dados, o PLS e o SVM demonstraram sua robustez, apresentando-se como ferramentas úteis para a previsão das propriedades do biodiesel estudadas

Estudo Comparativo de Controladores Fuzzy Aplicados a um Sistema Solar Fotovoltaico.

Neste trabalho apresenta-se o modelo de um controlador baseado em Lógica Fuzzy para um sistema de energia baseado em fonte renovável solar fotovoltaica (photovoltaic - PV) multi-string em operação isolada, para o aproveitamento da máxima potência desta fonte. O sistema é composto por painéis solares, conversor CC-CC tipo elevador de tensão (boost), armazenamento por banco de baterias, inversor trifásico e carga trifásica variável. O sistema fotovoltaico foi modelado no MATLAB/Simulink de forma a representar a curva característica V-I do módulo PV, e que é baseado nos dados disponíveis em data-sheets de painéis fotovoltaicos comerciais. Outros estudos de natureza elétrica tais como o cálculo dos valores eficazes das correntes no conversor CC-CC, para avaliação das perdas, indispensáveis para o dimensionamento de componentes eletrônicos, foram realizados. O método tradicional Perturb and Observe de rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking MPPT) de painéis foi testado e comparado com métodos que usam a Lógica Fuzzy. Devido ao seu desempenho, foi adotado o método Fuzzy que realiza o MPPT por inferência do ciclo de trabalho de um modulador por largura de pulso (Pulse Width Modulation - PWM) através da variação da potência pela variação da corrente do painel solar. O modelo Fuzzy adotado neste trabalho foi testado com sucesso. Os resultados mostraram que ele pode ser robusto e atende à aplicação proposta. Segundo alguns testes realizados, este controlador pode realizar o MPPT de um sistema PV na configuração multi-string onde alguns arranjos fotovoltaicos são usados. Inclusive, este controle pode ser facilmente adaptado para realizar o MPPT de outras fontes de energia baseados no mesmo princípio de controle, como é o caso do aerogerador.

Estudo de viabilidade técnica, econômica e ambiental preliminar da aplicação da tecnologia de Tratamento Térmico de Resíduos e Materiais Multifásicos-TTRM a resíduos de terra diatomácea de usina genérica de produção de biodiesel.

O cenário mundial de matriz energética apresenta dados crescentes de contribuição das energias renováveis. No Brasil, o governo tem realizado esforços para aumento da parcela de combustíveis renováveis, e com isso isso também para o aumento da produção de biodiesel. O principal processo de fabricação de biodiesel com seu polimento em via seca gera quantidades significativas de resíduos, dentre eles, o resíduo de terra diatomácea, com potenciais características de inflamabilidade. Em contrapartida existe a Política Nacional de Resíduos Sólidos com objetivos de não geração, redução, reutilização, reciclagem e redução de periculosidade dos resíduos, e envio para aterro somente de resíduos sem qualquer possibilidade viável de tratamento. O presente trabalho objetiva realizar um estudo de viabilidade técnica, econômica e ambiental preliminar da aplicação da tecnologia de Tratamento Térmico de Resíduos e Materiais Multifásicos - TTRM a resíduo de terra diatomácea - RTD de usina genérica de biodiesel. Foram utilizados como base para o estudo: os resultados dos testes da PETROBRAS e da ALBRECHT realizados em escala de bancada de laboratório e em planta piloto que simularam a aplicação do TTRM ao RTD; premissas técnicas; premissas operacionais; e dados econômicos de referência. Foram estabelecidos cenários específicos para o estudo da aplicabilidade e realizada análise de sensibilidade para os principais fatores da composição dos custos. Observou-se para este estudo preliminar que: na dimensão técnica o TTRM demonstrou ser aplicável; na dimensão econômica, os indicadores são positivos em sua totalidade no cenário esperado, mesmo após análise de sensibilidade com variações de 25% dos principais parâmetros de entrada do estudo de viabilidade; na dimensão ambiental o TTRM demonstrou ser uma alternativa que incorpora os conceitos para uma gestão alinhada com a Política Nacional de Resíduos Sólidos, seja na redução da periculosidade do resíduo, na potencial minimização da geração dos resíduos ou no reuso e reaproveitamento resíduos.

Utilização de coletor de composto parabólico de concentração solar na indústria de asfalto.

Esta dissertação apresenta a avaliação térmica, econômica e ambiental de um sistema de aquecimento solar (SHS) que é usado em uma usina de asfalto, através de simulação computacional com TRNSYS. O processo escolhido é o aquecimento do betume a partir da temperatura de armazenamento até a temperatura de mistura, usando óleo mineral como fluido de transferência de calor (HTF). Os componentes do sistema são o trocador de calor HTF-betume, o coletor concentrador solar parabólico composto (CPC), o aquecedor auxiliar e a bomba de circulação. A simulação no TRNSYS calcula os balanços de massa e energia no circuito fechado do HTF a cada hora. Dados horários do Ano Meteorológico Típico (TMY) do Rio de Janeiro foram utilizados para executar este trabalho. Em muitos casos, a temperatura do HTF ultrapassou 238C, mostrando que o CPC é apropriado para esta aplicação. Economia de combustível e emissões evitadas foram consideradas para as análises economica e ambiental. Este trabalho descreve as fontes renováveis de energia, os tipos de usinas de asfalto e de aquecedores de betume. Ele também mostra a fração brasileira de algumas destas fontes. Os resultados, portanto, mostram ser possível encorajar políticas públicas ambientalmente corretas para incentivar o uso de energia solar na indústria de asfalto. Além disso, este trabalho pode ajudar na redução da elevada emissão dos gases de efeito estufa a partir da utilização dos combustíveis fósseis nesta indústria.