Thesis (M.Eng. (Development and Management Engineering)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2008.

In this work, a source term model for estimating the rate of spreading and vaporization of LNG on land and sea is introduced. The model takes into account the composition changes of the boiling mixture, the varying thermodynamic properties due to preferential boiling within the mixture and the effect of boiling on conductive heat transfer. The heat, mass and momentum balance equations are derived for continuous and instantaneous spills and mixture thermodynamic effects are incorporated. A parameter sensitivity analysis was conducted to determine the effect of boiling heat transfer regimes, friction, thermal contact/roughness correction parameter and VLE/mixture thermodynamics on the pool spreading behavior. The aim was to provide a better understanding of these governing phenomena and their relative importance throughout the pool lifetime. The spread model was validated against available experimental data for pool spreading on concrete and sea. The model is solved using Matlab for two continuous and instantaneous spill scenarios and is validated against experimental data on cryogenic pool spreading found in literature.

Thesis (M.Eng. (Development and Management Engineering)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2008.

Thesis (M.Eng. (Development and Management Engineering)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2008.

Thesis (M.M.A.S.)--U.S. Army Command and General Staff College, 2007. / Cover title. AD-A475 516. Includes bibliographical references. Electronic version available on the Public STINET.

A motivação para este trabalho originou-se da atual tendência do Gás Natural Liquefeito (GNL) se tornar uma importante opção para a diversificação da matriz energética brasileira. Atualmente, os terminais de gás natural liquefeito (GNL) são na maioria estruturas onshore, a construção destes terminais é custosa e muitos investimentos são necessários para atender as legislações ambientais e de segurança. Além disso, um acidente em uma destas instalações poderá produzir um grande impacto em áreas adjacentes. Sob esta perspectiva, surge uma nova proposta: uma unidade flutuante de armazenagem e regaseificação de gás natural liquefeito (FSRU - Floating Storage and Regasification Unit), o qual é uma unidade offshore e que pode trabalhar a quilômetros de distância da costa. O objetivo desta pesquisa é desenvolver uma metodologia de análise de Confiabilidade com o uso de Redes Bayesianas (RB) e aplicá-la na análise do sistema de Regaseificação do FSRU. O uso de RB, entre outras vantagens, permite a representação de incertezas no modelo e de dependências condicionais o que não é possível com as técnicas tradicionais, como por exemplo, as árvores de falhas e de eventos. Como resultado do trabalho, além da apresentação da metodologia a ser desenvolvida, serão identificados os pontos críticos do sistema contribuindo para o desenvolvimento de um plano de manutenção que assegure uma boa operabilidade do sistema com níveis razoáveis de dependabilidade. / The motivation for this research is the propensity of the Liquefied Natural Gas (LNG) becomes an important source of energy. Nowadays, LNG Import Terminals are mostly onshore; the construction of these terminals is costly and many adaptations are necessary to abide by environmental and safety laws. Moreover, an accident in one of these plants might produce considerable impact in neighboring areas. Under this perspective, a new option arises: a vessel known as FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), which is an offshore unit, that can work miles away from de coast. The goal is to develop a Bayesian Network Reliability Modeling, which will show a preview of FSRUs Regasification System behavior. Using BN is possible to represent uncertain knowledge and local conditional dependencies. The results intend to clarify the critical equipment of the system and might improve the development of an effective maintenance plan, which can provide good operability with reasonable dependability levels.

Orientador: Sergio Valdir Bajay / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T02:09:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_FranciscoJoseRochade_M.pdf: 2082998 bytes, checksum: 6b17535d59d9d8fe0bb7be02166c05d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo desta dissertação é ampliar a compreensão da geração termelétrica, em particular das termelétricas a gás natural, e da relação entre os setores elétrico e de gás natural no Brasil. Especial atenção é conferida aos leilões públicos de energia, particularmente aqueles na modalidade disponibilidade de energia, opção que tem permitido a contratação de empreendimentos termelétricos a combustíveis fósseis. O trabalho faz avaliação da atratividade do investimento em térmica a Gás Natural Liquefeito - GNL já contratada em leilões públicos. Traz, também, estimativa da competitividade de termelétricas, com ênfase para as termelétricas a GNL. Verificou-se que a capacidade instalada das termelétricas a gás natural deverá ser significativamente ampliada até 2017, o que reforçará o vínculo entre os setores elétrico e de gás natural. Foi constatado que o custo de geração em uma termelétrica a gás natural é fortemente influenciado pelo período de tempo durante o qual ela permanece em operação e pelo preço do gás natural. Adicionalmente, constatou-se que o investimento na construção das termelétricas a GNL contratadas na modalidade disponibilidade de energia mostra-se bastante atrativo / Abstract: The objective of this thesis is to improve the understanding of thermal power, in particular natural-gas-fired power plants, and the relationship between the power sector and the natural gas sector in Brazil. Close attention is paid to the public auctions to hire energy, especially the ones aimed at hiring capacity, option which has allowed the hiring of fossil-fuel power plants. The thesis gives an idea of the attractiveness of the investment in a Liquefied Natural Gas - LNG powered plant hired in a public auction. It also presents an assessment of the competitiveness of thermal plants, with emphasis to the LNG-fired power plants. It was learnt that the natural-gasfired power plant capacity will increase significantly until 2017, which will reinforce the bond between the power sector and the natural gas sector. Another important finding is that the generation cost of a natural-gas-fired power plant is strongly influenced by the length of time it operates and by the natural gas price. Furthermore, the study shows that the investment in the construction of a LNG powered plant hired in a public auction is very attractive / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

A motivação para este trabalho originou-se da atual tendência do Gás Natural Liquefeito (GNL) se tornar uma importante opção para a diversificação da matriz energética brasileira. Atualmente, os terminais de gás natural liquefeito (GNL) são na maioria estruturas onshore, a construção destes terminais é custosa e muitos investimentos são necessários para atender as legislações ambientais e de segurança. Além disso, um acidente em uma destas instalações poderá produzir um grande impacto em áreas adjacentes. Sob esta perspectiva, surge uma nova proposta: uma unidade flutuante de armazenagem e regaseificação de gás natural liquefeito (FSRU - Floating Storage and Regasification Unit), o qual é uma unidade offshore e que pode trabalhar a quilômetros de distância da costa. O objetivo desta pesquisa é desenvolver uma metodologia de análise de Confiabilidade com o uso de Redes Bayesianas (RB) e aplicá-la na análise do sistema de Regaseificação do FSRU. O uso de RB, entre outras vantagens, permite a representação de incertezas no modelo e de dependências condicionais o que não é possível com as técnicas tradicionais, como por exemplo, as árvores de falhas e de eventos. Como resultado do trabalho, além da apresentação da metodologia a ser desenvolvida, serão identificados os pontos críticos do sistema contribuindo para o desenvolvimento de um plano de manutenção que assegure uma boa operabilidade do sistema com níveis razoáveis de dependabilidade. / The motivation for this research is the propensity of the Liquefied Natural Gas (LNG) becomes an important source of energy. Nowadays, LNG Import Terminals are mostly onshore; the construction of these terminals is costly and many adaptations are necessary to abide by environmental and safety laws. Moreover, an accident in one of these plants might produce considerable impact in neighboring areas. Under this perspective, a new option arises: a vessel known as FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), which is an offshore unit, that can work miles away from de coast. The goal is to develop a Bayesian Network Reliability Modeling, which will show a preview of FSRUs Regasification System behavior. Using BN is possible to represent uncertain knowledge and local conditional dependencies. The results intend to clarify the critical equipment of the system and might improve the development of an effective maintenance plan, which can provide good operability with reasonable dependability levels.

Rapporté à la tonne de fret, le trafic maritime est un mode de transport relativement « propre ». Néanmoins, par l’intensification des échanges mondiaux, sa part dans les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) au niveau mondial est appelée à augmenter. Conscients des effets néfastes associés aux GES, les pays membres des nations unies, via l’organisation maritime internationale, imposent le cadre réglementaire pour que ce secteur, vital dans une économie mondialisée, demeure écologiquement acceptable. Des objectifs ambitieux sont établis à court (2020) et moyen terme (2050). Or, d’après l’hypothèse faible de Porter, fixer des objectifs environnementaux sans imposer les moyens à mettre en oeuvre favorise l’innovation. Aussi, dans l’industrie du « shipping », les solutions fleurissent au premier rang desquelles figure l’emploi du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) en tant que combustible. D’un point de vue thermodynamique, les inévitables infiltrations thermiques à travers les parois des réservoirs cryogéniques entraînent une variation de la pression dans le réservoir et des fluctuations de la qualité du gaz à l’admission moteur. Selon le schéma d’exploitation navire, ces deux phénomènes impactent significativement la pertinence de l’option GNL. En réponse, cette thèse propose un ensemble de modèles 0D pour, à partir d’un profil opérationnel, évaluer :1. l’évolution de la pression dans les réservoirs ;2. l’évolution de la qualité du gaz à l’admission moteur.Dans une première partie, des modèles sont proposés pour simuler les infiltrations thermiques à travers le réservoir, l’évaporation du GNL, son vieillissement (altération des propriétés du gaz par évaporation différenciée des composés) et l’évolution du taux de méthane à l’admission moteur. Puis, les modèles sont assemblés à travers une étude de cas apportée par un acteur du transport maritime. / In proportion to the ton of cargo, shipping is a relatively “clean” transportation mode. Nevertheless, due to global trade intensification, its share in the global greenhouse gas (GHG) emissions should increase. Aware that GHG adverse effects are a major concern for humanity, united nation member states impose, via the international maritime organization, a regulatory framework so that this vital sector in a global economy remains sustainable. Short (2020) and medium (2050)-term goals are set. According to the weak version of Porter’s hypothesis, strict environmental regulations encourage innovations. Hence, in the shipping industry solutions flourish among which the use of Liquefied Natural Gas (LNG) as a fuel. On a thermodynamic basis, the unavoidable heat leaks into the cryogenic tanks cause variations of the tank pressure and the natural gas quality at engine inlet. Depending on the ship’s operational profile, those two phenomena will impact significantly the LNG as a fuel option relevance. One major bottleneck slowing the uptake of LNG as a marine fuel is the lack of methods and models to perform, at a concept design level, the feasibility study. In response, this thesis proposes 0D models to assess from the operational profile:1. the tank pressure evolution;2. the gas quality evolution at engine inlet.In the first part, models are proposed to simulate heat leaks into the tanks, LNG vaporization, ageing (the alteration of natural gas thermophysical properties by a differentiate vaporization of its compounds) and methane number evolution at engine inlet. Then, the models are put together and applied on a case study. The ship concept is proposed by a freight company.

A produção brasileira de gás natural (GN) cresceu 7,7% ao ano, entre 2006 e 2016, acompanhada do crescimento das descobertas de reservas de GN associado ao petróleo, oriundas dos campos contidos no polígono do pré-sal. Observa-se que a demanda por GN apresenta taxa de crescimento anual de 3,4% no período compreendido entre 2006 e 2018. No âmbito da oferta de GN, a reinjeção em poços demonstra um crescimento de 200% no período compreendido entre 2013 e 2018. Destaca-se na fonte de suprimento importada, através do gasoduto Bolívia-Brasil, o término da vigência do contrato de suprimento, previsto para 2019, que permitirá a renegociação das condições de fornecimento em termos de quantidade, preço e prazo. Tal importação também deverá se adequar às realidades de consumo e expectativas de crescimento da oferta doméstica no longo prazo. Este desequilíbrio, entre oferta e demanda, se apresenta como uma oportunidade no plano do aprimoramento da segurança energética do país, bem como nas diferentes dimensões de atrações de investimentos para expansão da indústria gasífera, através de métodos alternativos de movimentação de GN. Estes métodos são caracterizados neste trabalho como gás natural comprimido (GNC) e gás natural liquefeito em pequena escala (GNL). Identifica-se a competividade destes métodos de movimentação bem como são apresentados os principais elementos que compõem a formação de custos destes sistemas de movimentação de GN. Em seguida, é proposto um modelo de estimação de custos por unidade energética (USD/MMBTU), cuja competitividade, obtida através de simulações e comparadas com custos de gasodutos (utilizando-se o método abordado no PEMAT), é avaliada. Demonstra-se que, para volumes movimentados de 0.1MTPA, o a movimentação de GN por gasoduto apresenta menor custo por unidade energética até distâncias de 380 quilômetros (km). A partir desta distância, a movimentação através de sistemas de GNL apresenta-se mais competitiva. Observa-se que o GNC é mais competitivo que o GNL para distâncias de até 18 km, para o mesmo volume movimentado. Analisa-se as mesmas curvas para volumes movimentados de 0.5 MTPA e 1 MTPA, cuja competitividade do GNL, frente ao gasoduto, é observado em 650 km de distância no primeiro caso e não pode ser verificada no segundo caso. Em adição, o GNC apresentou resultados competitivos para volumes movimentados inferiores, cerca de 100 vezes, aos avaliados neste trabalho. Após a modelagem de estimação custos, aplica-se o modelo de GNL em pequena escala para abastecimento dos municípios situados no estado de São Paulo e em conjunto com o plano de metas do setor de gás natural (PMGN) para o estado. Observa-se que, dos 139 municípios avaliados, 103 municípios apresentaram competitividade ponderada para substituição de eletricidade e óleo combustível para fins térmicos industriais por GN. Do universo estudado, 85 municípios estavam contidos no PMGN com expectativa de instalação de infraestrutura de distribuição de GN entre 2022 e 2029 e cujo suprimento de NG poderia ser antecipado pelo sistema de GNL em pequena escala. / The Brazilian natural gas (NG) production has been growing 7,7% per year during 2006 and 2016, this growth has been followed by the increase of the reserves of oil associated natural gas from the fields within the pre-salt polygon. From the demand side, one can observe a growth of 3,4% per annum for the period starting in 2006 to 2018. It Worth to mention that the imported NG supply contract from Bolivia has its termination due to 2019, which will enable the negotiation of conditions of supply such as quantities, term and price. This import contract is expected to reflect the current conditions of demand and future supply from indigenous production in the long term. Based on that, on can observe an imbalance between supply and demand, which can be explored as an opportunity for improvements in the energy security of the country and also as an opportunity for investments in alternative methods for transportation of NG, in order to foster the industry. These alternative methods are described in this research as compressed natural gas (CNG) and small-scale LNG (SSLNG). It is explored not only the competitiveness of those methods but also the cost indicatives and the state of the art technologies are presented. Followed the characterising of CNG and SSLNG, a cost per-unit-of-energy estimation model is proposed for CNG and SSLNG and compared with the pipelines cost estimation adopted in the PEMAT. It is demonstrated that, for the transportation volumes of 0.1MTPA, pipelines option is more competitive than SSLNG up to 380 kilometres (km) transportation distance. SSLNG option was observed more competitive for transportation distances higher than 380 km. On the other hand, CNG option has demonstrated competitiveness only against SSLNG option and for transportation distances up to 18 km. For the transportation volumes of 0.5 MTPA and 1 MTPA, the SSLNG option was observed more competitive than the pipeline option, for transport distances higher than 650 km for the former volumes transported and no competitiveness was observed for the latter volumes transported. Additionally, for the sake of illustration, CNG has demonstrated competitiveness against SSLNG and pipeline for lower transported volumes, around 100 times lower than 0.1MTPA. After the cost estimation modelling, the SSLNG model was applied in the municipalities of the state of São Paulo and together with the plan of targets for the NG sector (PMGN) for the state. One can observe 103 municipalities out of 139 have shown competitive costs of SSLNG in the displacement of electricity and oil fuel for the thermic energy uses in the industrial and agricultural sector. 85 municipalities out of the 103 were considered in the PMGN as municipalities that would have NG distribution pipelines infrastructure from 2022 to 2029 and could anticipate the use on NG by adopting the SSLNG.