Avaliação energética do ciclo de refrigeração por absorção utilizando biogás de aterros sanitários e gás natural

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação de um sistema florestal de curta rotação de Eucalyptus spp. em função da desbrota e adubação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

El gran reto de la integración de la electricidad de origen renovable en las redes eléctricas de Canarias

[ES] Las Islas Canarias carecen totalmente de recursos energéticos convencionales, representando la importación de energía primaria un 98% del consumo del Archipiélago. En la actualidad las Islas se suministran de petróleo y sus derivados, importándolos mediante buques. Sin embargo, Canarias posee un alto potencial de energías renovables, energías autóctonas y limpias, pero tan sólo un 2% del consumo de energía primaria procede de energías renovables. La búsqueda de la sostenibilidad energética es uno de los grandes desafíos de Canarias y la integración de la electricidad de origen renovable en sus redes eléctricas uno de los grandes retos que podría convertir a Canarias en un laboratorio a nivel mundial; el ejemplo de la isla de El Hierro así lo constata. Este artículo versa sobre este gran reto que supone la integración de energías renovables en las redes eléctricas de Canarias.

Atomistic simulations of cosolvent/water mixtures

In this thesis, atomistic simulations are performed to investigate hydrophobic solvation and hydrophobic interactions in cosolvent/water binary mixtures. Many cosolvent/water binary mixtures exhibit non-ideal behavior caused by aggregation at the molecular scale level although they are stable and homogenous at the macroscopic scale. Force-field based atomistic simulations provide routes to relate atomistic-scale structure and interactions to thermodynamic solution properties. The predicted solution properties are however sensitive to the parameters used to describe the molecular interactions. In this thesis, a force field for tertiary butanol (TBA) and water mixtures is parameterized by making use of the Kirkwood-Buff theory of solution. The new force field is capable of describing the alcohol-alcohol, water-water and alcohol-water clustering in the solution as well as the solution components’ chemical potential derivatives in agreement with experimental data. With the new force field, the preferential solvation and the solvation thermodynamics of a hydrophobic solute in TBA/water mixtures have been studied. First, methane solvation at various TBA/water concentrations is discussed in terms of solvation free energy-, enthalpy- and entropy- changes, which have been compared to experimental data. We observed that the methane solvation free energy varies smoothly with the alcohol/water composition while the solvation enthalpies and entropies vary nonmonotonically. The latter occurs due to structural solvent reorganization contributions which are not present in the free energy change due to exact enthalpy-entropy compensation. It is therefore concluded that the enthalpy and entropy of solvation provide more detailed information on the reorganization of solvent molecules around the inserted solute. Hydrophobic interactions in binary urea/water mixtures are next discussed. This system is particularly relevant in biology (protein folding/unfolding), however, changes in the hydrophobic interaction induced by urea molecules are not well understood. In this thesis, this interaction has been studied by calculating the free energy (potential of mean force), enthalpy and entropy changes as a function of the solute-solute distance in water and in aqueous urea (6.9 M) solution. In chapter 5, the potential of mean force in both solution systems is analyzed in terms of its enthalpic and entropic contributions. In particular, contributions of solvent reorganization in the enthalpy and entropy changes are studied separately to better understand what are the changes in interactions in the system that contribute to the free energy of association of the nonpolar solutes. We observe that in aqueous urea the association between nonpolar solutes remains thermodynamically favorable (i.e., as it is the case in pure water). This observation contrasts a long-standing belief that clusters of nonpolar molecules dissolve completely in the presence of urea molecules. The consequences of our observations for the stability of proteins in concentrated urea solutions are discussed in the chapter 6 of the thesis.

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.

Geothermal Electricity Generation in Colorado: Actual and Perceived Obstacles to Greater Implementation

The objective of this paper is to provide an analysis of the potential and obstacles to the development of geothermal energy resources in Colorado. Geothermal energy is the only renewable resource that can provide base-load electricity. While Colorado has significant geothermal energy potential, there are no such power plants. Layers of federal and state laws and regulations represent one barrier to further geothermal development. Transmission constraints represent another major barrier. High exploration and construction costs along with high-risk profiles for geothermal projects form another major barrier. Perceived barriers such as misunderstanding the impacts, risks, and benefits of geothermal energy hinder further development. Recommendations are provided to help overcome these obstacles.

Developing Autonomous Microgrids: A Theoretical Case Study

Microgrids are autonomously operated, geographically clustered electricity generation and distribution systems that supply power in closed system settings; they are highly compatible with renewable energy sources and distributed generation technologies. Mocrogrids are currently a serially underutilized and underappreciated commodity in the energy infrastructure portfolio worldwide. To demonstrate feasibility under poor conditions (little renewable energy potential and high demand) this capstone project develops a theoretical case study in which a renewable microgrid is employed to power rural communities of southern Montgomery County, Arkansas. Utilizing commercially manufactured 1.5-megawatt wind turbines and a 1-megawatt solar panel generation system, 4-megawatts of lithium ion battery storage, and demand response technology, a microgrid is designed that supplies 235 households with reliable electricity supply.

Russia's best ally: The situation of the Russian oil sector and forecast for its future. OSW Study 39/2012

Oil is a strategic raw material for Russia and one of fundamental significance for the functioning of the state and its future. Taxes on oil production and exports are the most important source of state budget revenues which guarantee Russia maintains its political and economic stability. Russia is building its international position on the basis of its vast raw material and energy potential. While a great number of various publications have been devoted to Russian gas and Gazprom, surprisingly little research has been done into the present condition and possible future developments of the Russian oil sector, despite the fact that oil has and will have a much greater impact than gas on the functioning and the future of Russia. The main objective of this text is to describe the present situation of the Russian oil sector, its problems and the challenges it is posing, as well as the government’s policy towards this key branch of the Russian economy. This will be an introduction to an attempt to answer to the questions about the possible future production and the export levels of Russian oil, also broken down into the European and Asian directions.

Thermochemical conversion of Brewers Spent Grain combined with catalytic reforming of pyrolysis vapours

The brewing process is an energy intensive process that uses large quantities of heat and electricity. To produce this energy requires a high, mainly fossil fuel consumption and the cost of this is increasing each year due to rising fuel costs. One of the main by-products from the brewing process is Brewers Spent Grain (BSG), an organic residue with very high moisture content. It is widely available each year and is often given away as cattle feed or disposed of to landfill as waste. Currently these methods of disposal are also costly to the brewing process. The focus of this work was to investigate the energy potential of BSG via pyrolysis, gasification and catalytic steam reforming, in order to produce a tar-free useable fuel gas that can be combusted in a CHP plant to develop heat and electricity. The heat and electricity can either be used on site or exported. The first stage of this work was the drying and pre-treatment of BSG followed by characterisation to determine its basic composition and structure so it can be evaluated for its usefulness as a fuel. A thorough analysis of the characterisation results helps to better understand the thermal behaviour of BSG feedstock so it can be evaluated as a fuel when subjected to thermal conversion processes either by pyrolysis or gasification. The second stage was thermochemical conversion of the feedstock. Gasification of BSG was explored in a fixed bed downdraft gasifier unit. The study investigated whether BSG can be successfully converted by fixed bed downdraft gasification operation and whether it can produce a product gas that can potentially run an engine for heat and power. In addition the pyrolysis of BSG was explored using a novel “Pyroformer” intermediate pyrolysis reactor to investigate the behaviour of BSG under these processing conditions. The physicochemical properties and compositions of the pyrolysis fractions obtained (bio-oil, char and permanent gases) were investigated for their applicability in a combined heat power (CHP) application.

O potencial energético do gradiente térmico na plataforma continental do sul do brasil

O crescimento da demanda energética, prevista para a metade do século XXI, com números embasados no crescimento demográfico e de consumo dos países em desenvol- vimento, sugere a busca por fontes energéticas renováveis e de menor impacto ao meio ambiente, conforme os tratados da política internacional. Portanto, o fornecimento de energia suplementar se torna vital nas sociedades modernas e sua extensão até o mar tem se constituído uma recente preocupação do ponto de vista enérgico e ecológico. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para a energia dos gradientes térmicos. A Plataforma Continental Sul do Bra- sil (PSCB) possui alta variabilidade espacial e temporal nos campos de temperatura, de forma que existe a necessidade de uma análise das regiões de maior potencial energético com respeito ao gradiente vertical de temperatura. Neste estudo, foram utilizados dados do modelo OCCAM com uma grade de resolu- ção horizontal de 0, 25o e resolução vertical de 66 níveis, distribuídos ao longo de um sistema de coordenadas vertical. Foram utilizadas imagens de temperatura superfícial do mar (TSM) obtidas a partir do sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Ra- diometer) de forma a realizar a validação dos dados do modelo OCCAM. A análise da média dos dados do modelo indicou um sítio energético de maior viabilidade devido oC ao padrão médio do gradiente térmico de aproximadamente 0, 17 ao longo da coluna vertical (545 m de profundidade) no oceano. Neste local, foram coletados os dados, e aplicados a um módulo de conversão de energia térmica dos oceanos que vem sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande - FURG. A região de estudo de- monstrou possuir um local com ótimo potencial energético, onde a produção máxima de energia pode alcançar 111, 9MW , associada com um padrão variabilidade tempo- ral dominante de 12 meses. Este sítio energético demonstra maior eficiência durante o período de verão e outono ao longo dos anos e sua média para todo o período é de 94, 3MW . Neste estudo, duas correntes: Corrente do Brasil (CB) e a Contra Corrente Costeira (CCC), com águas de origem tropical e subantártica com aportes continentais, respecti- vamente, tem alta correlação com os valores dos gradientes térmicos e com os significa- tivos eventos de conversão energética. O sítio energético demonstrou alta estabilidade à sazonalidade e à gama de eventos meteorológicos e oceanográficos, de forma que pode ser qualificado como uma fonte suplementar a matriz energética do país para um futuro próximo.

Avaliação do potencial passível de conversão em energia elétrica das correntes na plataforma continental sul brasileira

O contínuo crescimento da população mundial aumenta a demanda e a competição por energia, colocando grande esforço sobre as fontes de energia não renováveis existentes. Devido a isso, políticas globais para geração de energias renováveis e menos poluentes estão sendo fortalecidas, além de promoverem o desenvolvimento de novas tecnologias. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para os conversores de energia das correntes a base de turbinas, que demonstram alta capacidade de conversão energética e já se encontram em funcionamento. O modelo tridimensional TELEMAC3D foi utilizado para a investigação dos processos hidrodinâmicos. Este modelo foi acoplado ao módulo de conversão de energia para as análises nos locais de maior viabilidade e conversão energética na Plataforma Continental do Sul do Brasil. A região de estudo demonstrou possuir duas regiões com alto potencial para a exploração da energias das correntes marinhas, entretanto a região mais viável para a instalação de conversores de corrente é a região norte delimitada entre o Farol da Conceição e o Farol da Solidão, podendo atingir potência média de 10kW=Dia, e alcançando valores integrados de 3:5MW=Ano. Através de uma análise da sazonalidade foram observados, durante a primavera os períodos mais energéticos em ambas as regiões estudadas. As maiores intensidades de conversão de energia foram estimadas com variabilidade temporal de 16 dias, demonstrando alta correlação com eventos associados à passagem de frentes meteorológicas na região. O sítio da região norte, com a presença de barreiras que representam a forma dos conversores, se destaca mantendo boa conversão durante os eventos de ótimo potencial energético. Esta melhora se deve ao efeito de intensificação do campo de correntes associado à presença da estrutura física que otimiza a eficiência do sítio. Não foram observadas diferenças significativas no padrão de variabilidade temporal das simulações estudadas, indicando que a presença das barreiras não induz grandes alterações no padrão temporal da conversão de energia nas escalas temporais analisadas neste trabalho. Os eventos de alta geração de energia foram relacionados a incidência de fortes ventos de quadrante sul e norte, indicando que pelo formato e disposição dos conversores, ventos de sudoeste e norte podem favorecer ótimos eventos de conversão de energia. As simulações dos sítios de conversão demonstraram alta capacidade de geração energética, com quatro eventos de extrema geração de energia. Entretanto, o sítio da região norte demonstrou eficiência superior a 59,39 GWh ao ano, equivalendo a 0.22% do consumo energético do estado do Rio Grande do Sul no ano de 2010.

Validation of PigBal model predictions for pig manure production

PigBal is a mass balance model that uses pig diet, digestibility and production data to predict the manure solids and nutrients produced by pig herds. It has been widely used for designing piggery effluent treatment systems and sustainable reuse areas at Australian piggeries. More recently, PigBal has also been used to estimate piggery volatile solids production for assessing greenhouse gas emissions for statutory reporting purposes by government, and for evaluating the energy potential from anaerobic digestion of pig effluent. This paper has compared PigBal predictions of manure total, volatile, and fixed solids, and nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), with manure production data generated in a replicated trial, which involved collecting manure from pigs housed in metabolic pens. Predictions of total, volatile, and fixed solids and K in the excreted manure were relatively good (combined diet R2 ≥ 0.79, modelling efficiency (EF) ≥ 0.70) whereas predictions of N and P, were generally less accurate (combined diet R2 0.56 and 0.66, EF 0.19 and –0.22, respectively). PigBal generally under-predicted lower N values while over-predicting higher values, and generally over-predicted manure P production for all diets. The most likely causes for this less accurate performance were ammonium-N volatilisation losses between manure excretion and sample analysis, and the inability of PigBal to account for higher rates of P uptake by pigs fed diets containing phytase. The outcomes of this research suggest that there is a need for further investigation and model development to enhance PigBal’s capabilities for more accurately assessing nutrient loads. However, PigBal’s satisfactory performance in predicting solids excretion demonstrates that it is suitable for assessing the methane component of greenhouse gas emission and the energy potential from anaerobic digestion of volatile solids in piggery effluent. The apparent overestimation of N and P excretion may result in conservative nutrient application rates to land and the over-prediction of the nitrous oxide component of greenhouse gas emissions.

Validation of PigBal model predictions for pig manure production

PigBal is a mass balance model that uses pig diet, digestibility and production data to predict the manure solids and nutrients produced by pig herds. It has been widely used for designing piggery effluent treatment systems and sustainable reuse areas at Australian piggeries. More recently, PigBal has also been used to estimate piggery volatile solids production for assessing greenhouse gas emissions for statutory reporting purposes by government, and for evaluating the energy potential from anaerobic digestion of pig effluent. This paper has compared PigBal predictions of manure total, volatile, and fixed solids, and nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), with manure production data generated in a replicated trial, which involved collecting manure from pigs housed in metabolic pens. Predictions of total, volatile, and fixed solids and K in the excreted manure were relatively good (combined diet R2 ≥ 0.79, modelling efficiency (EF) ≥ 0.70) whereas predictions of N and P, were generally less accurate (combined diet R2 0.56 and 0.66, EF 0.19 and -0.22, respectively). PigBal generally under-predicted lower N values while over-predicting higher values, and generally over-predicted manure P production for all diets. The most likely causes for this less accurate performance were ammonium-N volatilisation losses between manure excretion and sample analysis, and the inability of PigBal to account for higher rates of P uptake by pigs fed diets containing phytase. The outcomes of this research suggest that there is a need for further investigation and model development to enhance PigBal's capabilities for more accurately assessing nutrient loads. However, PigBal's satisfactory performance in predicting solids excretion demonstrates that it is suitable for assessing the methane component of greenhouse gas emission and the energy potential from anaerobic digestion of volatile solids in piggery effluent. The apparent overestimation of N and P excretion may result in conservative nutrient application rates to land and the over-prediction of the nitrous oxide component of greenhouse gas emissions. © CSIRO 2016.

A implantação de hidrelétricas na Amazônia brasileira, impactos socioambientais e à saúde com as transformações no território : o caso da UHE de Belo Monte

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Humanas, Departamento de Geografia, Pós-Graduação em Geografia, 2016.

Caracterização analítica e geométrica da metodologia geral de determinação de distribuições de Weibull para o regime eólico e suas aplicações

O regime eólico de uma região pode ser descrito por distribuição de frequências que fornecem informações e características extremamente necessárias para uma possível implantação de sistemas eólicos de captação de energia na região e consequentes aplicações no meio rural em regiões afastadas. Estas características, tais como a velocidade média anual, a variância das velocidades registradas e a densidade da potência eólica média horária, podem ser obtidas pela frequência de ocorrências de determinada velocidade, que por sua vez deve ser estudada através de expressões analíticas. A função analítica mais adequada para distribuições eólicas é a função de densidade de Weibull, que pode ser determinada por métodos numéricos e regressões lineares. O objetivo deste trabalho é caracterizar analítica e geometricamente todos os procedimentos metodológicos necessários para a realização de uma caracterização completa do regime eólico de uma região e suas aplicações na região de Botucatu - SP, visando a determinar o potencial energético para implementação de turbinas eólicas. Assim, foi possível estabelecer teoremas relacionados com a forma de caracterização do regime eólico, estabelecendo a metodologia concisa analiticamente para a definição dos parâmetros eólicos de qualquer região a ser estudada. Para o desenvolvimento desta pesquisa, utilizou-se um anemômetro da CAMPBELL.