Modelagem e simulação de sistemas de geração de energia para o setor de petróleo e gás

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Transição energética em direção à energia renovável: revisitando a questão da política industrial como instrumento de desenvolvimento tecnológico

Pós-graduação em Ciências Sociais - FFC

Projeto de recuperação da planta termelétrica do Laboratório de Vapor do Departamento de Energia da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá

Brazil is nowadays the greatest bet of investors for the future due to its stable economy growth. The country has grown side by side with the greatest demand for electrical energy. The international appeal for renewable sources is causing a change in the Brazilian energetic matrix, raising the amount of energy generated by thermoelectric power plants. The construction of new power plants, running on biomass, requires a crescent number of capacitated personnel to run them. The Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – UNESP – has a steam laboratory; witch is deactivated, which has a thermoelectric plant of small capacity. The laboratory reactivation and the return of its activities can be an important tool in order to graduate engineer able to operate on such units. This paper proposes four new experiments to be simulated on the Collage’s Energy Dep. Steam Lab when it gets back to its educational activities

Análise comparativa entre Brasil e Alemanha sobre autoprodução de energia elétrica residencial

The energy crisis has affected many countries. With the growing warning with the emission in the atmosphere and the lack of resources, the seek for sustainable sources for energy genaration have become even bigger. Some Countries, as Germany, started first in this journey, creating an incentive program to self-generation with renewable sources (wind, photovoltaics, biomass, etc.), giving priority for smaller plants. In Germany the program called EEG started in 2004. In Brazil, since the beggining of 2012, the self-generators did not know how they could be beneficted for self-generation, and self-generation didn't become commun in the country. However, with NR 482, of April 17th, 2012, the parameters were defined, and the self-generator could have a guideline. Therewith, studyies can be redirected for a better knowlegde of the conditions the self-generator will be sujected, in addition to Germany's case as reference to compare with Brazil's case. In this paper these studies are made, focused in wind power (wind turbines) and photovoltaic panels

Análise dos parâmetros técnicos e econômicos do aquecedor solar a vácuo, visando economia de energia

This work is about a development of a vacuum solar water heater. To accomplish this, some measurements were made, such as flow, water temperature and room temperature, relative humidity, solar power density and wind speed. It first presents a brief explanation about the global situation in relation to the accelerated use of exhaustible energy sources which can result in a breakdown of these for future generations. From this, is proposed to analyze this solar water heater with vacuum tubes during the winter season in Brazil southeastern region, under different environmental conditions. From such ideas became possible to prove through the experimental part, calculations and graphical results that technology and the performance of this device are technical and economically viable, according to the life cycle of this. It was also found that the average monthly production in a maximum heat stroke situation was 193,33kWh and minimum isolation was 57,76kWh. This reveals that this instrument should start to be examined more closely by all, as a way to reduce the use of electricity, which will protect the environment without reducing the comfort of people

Otimização de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais usando programação cônica de segunda ordem inteira mista

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Utilização de procedimentos multivariados no consumo de água e energia elétrica em habitações sociais com sistema de aquecimento solar

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

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

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Estratégias de comercialização e investimento, com ênfase em energias renováveis, suportadas por modelos de otimização especializados para avaliação estocástica de risco x retorno.

A comercialização de energia elétrica de fontes renováveis, ordinariamente, constitui-se uma atividade em que as operações são estruturadas sob condições de incerteza, por exemplo, em relação ao preço \"spot\" no mercado de curto prazo e a geração de energia dos empreendimentos. Deriva desse fato a busca dos agentes pela formulação de estratégias e utilização de ferramentais para auxiliá-los em suas tomadas de decisão, visando não somente o retorno financeiro, mas também à mitigação dos riscos envolvidos. Análises de investimentos em fontes renováveis compartilham de desafios similares. Na literatura, o estudo da tomada de decisão considerada ótima sob condições de incerteza se dá por meio da aplicação de técnicas de programação estocástica, que viabiliza a modelagem de problemas com variáveis randômicas e a obtenção de soluções racionais, de interesse para o investidor. Esses modelos permitem a incorporação de métricas de risco, como por exemplo, o Conditional Value-at-Risk, a fim de se obter soluções ótimas que ponderem a expectativa de resultado financeiro e o risco associado da operação, onde a aversão ao risco do agente torna-se um condicionante fundamental. O objetivo principal da Tese - sob a ótica dos agentes geradores, consumidores e comercializadores - é: (i) desenvolver e implementar modelos de otimização em programação linear estocástica com métrica CVaR associada, customizados para cada um desses agentes; e (ii) aplicá-los na análise estratégica de operações como forma de apresentar alternativas factíveis à gestão das atividades desses agentes e contribuir com a proposição de um instrumento conceitualmente robusto e amigável ao usuário, para utilização por parte das empresas. Nesse contexto, como antes frisado, dá-se ênfase na análise do risco financeiro dessas operações por meio da aplicação do CVaR e com base na aversão ao risco do agente. Considera-se as fontes renováveis hídrica e eólica como opções de ativos de geração, de forma a estudar o efeito de complementaridade entre fontes distintas e entre sites distintos da mesma fonte, avaliando-se os rebatimentos nas operações.

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.

Modelagem e análise dinâmica de um sistema de conversão de energia eólica dotado de gerador síncrono de imã permanente utilizando a plataforma ATP

Human development requires a broad balance between ecological, social and economic factors in order to ensure its own sustainability. In this sense, the search for new sources of energy generation, with low deployment and operation costs, which cause the least possible impact to the environment, has been the focus of attention of all society segments. To do so, the reduction in exploration of fossil fuels and the encouragement of using renewable energy resources for distributed generation have proved interesting alternatives to the expansion of the energy matrix of various countries in the world. In this sense, the wind energy has acquired an increasingly significant role, presenting increasing rates of power grid penetration and highlighting technological innovations such as the use of permanent magnet synchronous generators (PMSG). In Brazil, this fact has also been noted and, as a result, the impact of the inclusion of this source in the distribution and sub-transmission power grid has been a major concern of utilities and agents connected to Brazilian electrical sector. Thus, it is relevant the development of appropriate computational tools that allow detailed predictive studies about the dynamic behavior of wind farms, either operating with isolated load, either connected to the main grid, taking also into account the implementation of control strategies for active/reactive power generation and the keeping of adequate levels of voltage and frequency. This work fits in this context since it comprises mathematical and computational developments of a complete wind energy conversion system (WECS) endowed with PMSG using time domain techniques of Alternative Transients Program (ATP), which prides itself a recognized reputation by scientific and academic communities as well as by electricity professionals in Brazil and elsewhere. The modeling procedures performed allowed the elaboration of blocks representing each of the elements of a real WECS, comprising the primary source (the wind), the wind turbine, the PMSG, the frequency converter, the step up transformer, the load composition and the power grid equivalent. Special attention is also given to the implementation of wind turbine control techniques, mainly the pitch control responsible for keeping the generator under the maximum power operation point, and the vector theory that aims at adjusting the active/reactive power flow between the wind turbine and the power grid. Several simulations are performed to investigate the dynamic behavior of the wind farm when subjected to different operating conditions and/or on the occurrence of wind intensity variations. The results have shown the effectiveness of both mathematical and computational modeling developed for the wind turbine and the associated controls.

Proposta de uma matriz de decisão em energia hidrelétrica com o uso do método multicritério, para formulação de políticas públicas no estado do Paraná

Brazil is internationally acknowledged for its renewable sources, most notably, hydroelectric power plant projects which correspond to 65% of electricity production supply to the National Interconnected System. The main question behind this research is: what are the weights and the relative importance of the variables which have influence on the decision making process for the expansion of hydroelectric generation projects in Parana? The main objective is to propose a multi-criteria decision procedure, in association with water sources options that take into consideration the weight and relative importance of the alternatives having influence on the decision by enterprises in the generation of electricity in the state of Paraná. As far as the approach to the problem is concerned, this research can be classified as having mixed methodologies, applying Content Analysis, Delphi technique and the Analytic Hierarchy Process. Following Delphi methodology, a group of 21 was selected for data collection, all of those linked to Paranaense hydroelectricity market. And the main result was the construction of a decision tree in which it was possible to identify the importance and relative weight of the elements associated with the four dimensions of energy. In environmental dimension, the highest relative weight was placed on the loading capacity of Parana system; the economic dimension, the amortization of investment; in social dimension, the generation of direct work places and in institutional dimension, the availability of suitable sources of financing. Policy makers and business managers make their decisions based on specific criteria related to the organization segment, market information, economic and political behavior among other indicators that guide them in dealing with the typical tradeoffs of projects in hydropower area. The results obtained in the decision tree show that the economic bias is still the main factor in making investment decisions. However, environmental impacts on the State loading capacity, income generation, providing opportunities for direct as well as indirect jobs. And at an institutional level, the absence of funding sources show that the perception of experts is focused on other issues beyond the logic behind development per se. The order of priority of variables in this study indicates that in the current environment of uncertainty in the Brazilian economy as many variables must be analyzed and compared in order to optimize the scarce resources available to expand local development in relation to Paranaense water matrix.

Cenários de mudanças climáticas para a América do Sul : impacto no zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) através do seu Quarto Relatório de Avaliação das Mudanças Climáticas Globais (IPCC-AR4), publicado em 2007, atribui as emissões de gases de efeito estufa como a principal causa do aumento médio das temperaturas e alerta para uma elevação entre 1,8 ºC e 6,4 ºC até 2100, podendo modificar assim a aptidão climática para as culturas agrícolas em diversas regiões do planeta. Diante disso, existe a necessidade de substituição dos combustíveis fósseis por fontes renováveis e limpas de energia, como o etanol. A cana-de-açúcar apresenta-se, portanto, como uma cultura estratégica na produção do etanol. O presente trabalho teve como objetivos: 1) avaliar o desempenho dos Modelos Climáticos Globais (MCGs) do IPCC-AR4 na simulação de dados climáticos de temperatura do ar e precipitação pluviométrica para o período anual e mensal; 2) elaborar o zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar para a América do Sul considerando o clima referência e o futuro para as décadas de 2020, 2050 e 2080 em função do cenário de emissão A1B considerado pessimista e que usa um equilíbrio entre todas as fontes de energia. Para a avaliação do desempenho dos MCGs, foram utilizados dados climáticos médios mensais observados de precipitação e temperatura do ar provenientes do Climatic Research Unit (CRU) e dados simulados oriundos dos 22 MCGs do IPCC (cenário 20c3m) compreendidos entre o período de 1961-1990, além do Multimodel (ensemble) – MM que é a média da combinação dos dados de todos os modelos. O desempenho dos MCGs foi avaliado pelos índices estatísticos: desvio padrão, correlação, raiz quadrada da média do quadrado das diferenças centralizadas e o “bias” dos dados simulados com os observados, que foram representados no diagrama de Taylor. Para a etapa da elaboração do zoneamento agroclimático procedeu-se o cálculo dos balanços hídricos (referência e futuros) da cultura, pelo método de Thornthwaite & Mather (1955). Para o cenário referência, utilizaram-se dados das médias mensais da precipitação e temperatura provenientes do CRU, enquanto que para as projeções futuras, dados provenientes das anomalias do Multimodel (ensemble) – MM para as décadas de 2020, 2050 e 2080, que foram ajustados, obtendo-se assim as projeções futuras para cada período analisado. Baseado nos mapas temáticos reclassificados de deficiência hídrica anual, temperatura média anual, excedente hídrico anual e no índice de satisfação das necessidades de água (ISNA), realizou-se uma sobreposição dessas informações obtendo assim, os mapas finais do zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar. Posteriormente ao zoneamento, realizou-se a análise das transições (ganhos, perdas e persistências) entre as classes de aptidão climática da cultura. Os resultados mostram que o Multimodel (ensemble) – MM para o período mensal apresenta o melhor desempenho entre os modelos analisados. As áreas inaptas correspondem a maior parte da América do Sul e uma expressiva transição entre as classes de aptidão climática da cultura.

Potencialidade de produção de biodiesel por óleos e gorduras residuais na cidade de Itabira-MG

Grande parte da energia produzida no Brasil provém de fontes renováveis. Porém, as energias não-renováveis são mais utilizadas, em especial o petróleo, cujas reservas são finitas. Uma alternativa para substituição do diesel é o biodiesel, biocombustível produzido por fontes renováveis ou recicladas, como óleos e gorduras residuais, OGRs, que geram menos poluentes que os combustíveis derivados do petróleo. O objetivo deste trabalho foi verificar, por meio de questionário, a geração de OGRs pelos estabelecimentos comerciais da cidade de Itabira-MG, de forma a avaliar e discutir a potencialidade de produção de biodiesel na localidade em função da oferta de OGRs, retorno financeiro e fatores logísticos. Para isso, na Prefeitura de Itabira foram levantados dados de todos os estabelecimentos que possuem alvará de funcionamento, escolhendo-se os que estão localizados em áreas centrais da cidade. Verificou-se a geração de quantidades insuficientes de óleo de soja e de gordura hidrogenada residuais, inviabilizando no momento a produção de biodiesel em grande escala. Contudo, em relação à simulação feita com os custos de produção do biocombustível, os valores encontrados são compatíveis aos do mercado consumidor. Além disso, um dado preocupante levantado foi a doação dos óleos de soja residuais para a reutilização por pessoas carentes da cidade, um destino perigoso à saúde dessas pessoas.