[pt] A busca por uma matriz limpa de geração de energia vem incentivando a expansão de fontes alternativas de geração de energia ao redor do mundo. No Brasil, Pequenas Centrais Hidroelétricas (PCHs) e Usinas a Biomassa de Cana de Açúcar (Biomassa) vêm se mostrando alternativas atraentes nos últimos anos. No entanto, ambas as tecnologias são caracterizadas por perfis de geração sazonais (mas complementares). Este fato gera riscos que por muitas vezes inviabilizam a comercialização de maneira individual da energia produzida por essas usinas. As PCHs, em particular, têm uma opção de mitigação de parte desse risco participando do Mecanismo de Realocação de Energia (MRE). O MRE traz às PCHs a flexibilidade de sazonalizar sua Garantia Física ao longo do ano, o que se mostra uma ferramenta adicional para mitigar o risco da sazonalidade da geração hidráulica no Brasil. Neste trabalho, será estudado como a combinação de PCHs e Biomassas em um mesmo portfólio pode trazer ganhos sinérgicos para os Geradores. Em particular, será estudado como essa combinação altera a estratégia de sazonalização da Garantia Física da PCH participante do MRE e como essa sazonalização diferenciada resulta em benefícios para os geradores. Para isto, será proposto um modelo de otimização estocástica utilizado para simular o processo decisório de como sazonalizar a Garantia Física de PCHs combinadas com Biomassas em uma proporção fixa ou no contexto de otimização de portfólios compostos por estes dois tipos de usinas. Serão apresentados estudos de caso mostrando diferentes estratégias de comercialização de energia por parte destes Geradores e como a decisão de sazonalização da Garantia Física da PCH se comporta em cada um desses casos. / [en] The search for clean energy development has motivated the expansion of renewable sources of generation around the world. In Brazil, Small Hydro Plants (SHP) and Cogenaration from Sugarcane waste (Biomass) have proven themselves to be attractive alternatives during the last years. Nevertheless, both tecnologies have seazonal (yet complementary) availability. This fact results in financial risks that can make the commercialization of these plants energy individually too risky. SHPs have the option of mitigating their risk by joining the Energy Realocation Mecanism (ERM). The ERM, additionally, gives the SHPs the flexibility of allocate its firm energy in different manners along the year, which can be a valuable tool in mitigating the risks due to the seasonal availability of these plants. In this work, the combination of SHPs and Biomass in a single portfolio will be studied as a tool to mitigate the risks each plant faces individually. In particular, we will study the impact that this combination has over the decision process of SHPs on how to allocate their firm energy and how this different allocation can prove to be beneficial to both generators. In order to do so, a stochastic optimization model will be proposed to simulate the decision process of the SHPs on how to allocate its firm energy when combined in a portfolio with a Biomass in a fixed proportion or in the context of portfolio optimization. Case studies will be presented showing different strategies of commercialization by these generators and how the firm energy allocation decision by the SHP changes in each case.

[pt] Atualmente, uma das principais metas do governo alemão é o desenvolvimento do mercado de veículos elétricos no país. Para tanto, o real potencial de redução de emissões atmosféricas através do uso de carros elétricos precisa ser analisado em detalhes. Para que o impacto ambiental causado por veículos elétricos seja minimizado faz-se necessário o uso de energias renováveis. Considerando-se a intermitência de tais fontes energéticas, baterias estacionárias podem ser utilizadas para aumentar a eficiência do sistema energético. Um método quantitativo se faz então necessário para determinar se o uso de energia renovável produzida em pequena escala, incluindo o sistema de armazenamento, é ambientalmente mais vantajoso quando comparado ao uso da energia fornecida pela rede elétrica Alemã. Essa análise quantitativa é possível através do método chamado análise de ciclo de vida (LCA, sigla em inglês). Esse estudo aborda o caso da concessionária de energia de Braunschweig, Alemanha, BS Energy, que pretende instalar um sistema fotovoltaico com uma bateria estacionária para o carregamento de sua frota de veículos elétricos. Para tanto, o presente trabalho tem como objetivo realizar uma análise do ciclo de vida do sistema de carregamento da frota de veículos elétricos da BS Energy para avaliar o real impacto ambiental provocado por tal sistema e fazer uma comparação com o impacto gerado pelo uso de energia proveniente da rede elétrica de Braunschweig. Para dar suporte ao trabalho será realizada uma revisão de literatura sobre o método análise de ciclo de vida, veículos elétricos, baterias de lítio e geração de energia solar. Baseado em informações disponíveis na literatura, bem como nos dados fornecidos pela BS Energy, é construído e calculado o fluxo do ciclo de vida do sistema em questão. / [en] The stated aim of the German federal government is the market preparation and launch of battery electric vehicles in Germany. The potential of electric vehicles for reducing the harmful environmental impacts of road transport in everyday conditions has to be analyzed and evaluated in detail. If electric vehicles shall realize their potential to reduce emissions and minimize the consumption of resources, the use of renewable energy is necessary. Locally generated and stored energy could increase the use of renewable energy sources for electric vehicles. A quantitative method is necessary to determine if the use of local energy is environmentally advantageous in comparison to the use of renewable energy from the grid. Life cycle assessment is a method which quantifies potential environmental impacts, and, therefore, it is a suitable method to examine the research question. The local energy provider BS/ENERGY uses electric vehicles and plans on the installation of a stationary energy storage. Within this scenario the LCA method is applyed to analyze the environmental impacts of this solution.This work carries out a detailed life cycle assessment for the local energy storage system of BS/ENERGY. To support this work a theoretic background of the method life cycle assessment and of the local generation and storage of renewable energy is presented. Based on this information, a generic workflow for the LCA of the use of locally generated and stored energy for electric vehicles is created. This workflow serves as a basis to evaluate the key parameters for the result of the LCA, identifying hot spots and uncertainties. Finally, the specific case of BS/ENERGY is analyzed, with its specific battery chemistry and use pattern. With this, it is expected that the presente work will be able to support BS Energy decision of whether to invest on the stationary battery or not, from an envirionmental point of view.

[pt] O presente trabalho trata da implementação de um sistema integrado de fornecimento de energia elétrica a sistemas isolados da rede de distribuição através de célula a combustível, combustível renovável (etanol) e painéis fotovoltaicos. Apresenta como objetivo a construção de um simulador para a otimização do sistema integrado de fornecimento de energia elétrica. O sistema consiste em um reformador de hidrogênio que utiliza etanol para a reforma do hidrogênio, uma célula a combustível do tipo PEM, painéis fotovoltaicos, banco de baterias de chumbo, inversor de corrente, compressor de hidrogênio. O sistema foi dimensionado para atender um consumidor SIGFI 45. A partir da implementação do sistema foram realizados diferentes tipos de ensaios a fim de caracterizar o funcionamento de cada um dos equipamentos separadamente. Conhecendo o funcionamento de cada equipamento foi possível simular o funcionamento deles em diferentes condições de operação. Posteriormente foi implementado um simulador em VBA desse sistema e os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com os simulados para a validação desse simulador. Com o simulador validado foi possível simular diversos casos de operação com o intuito de otimizar o funcionamento desse sistema. / [en] This current work deals with the implementation of an integrated electrical power supply system with isolated fuel cell distribution networks: renewable fuel (ethanol) and photovoltaic panels. This thesis presents the objective of constructing a simulator in order to optimize the integrated electrical power supply system. The system consists of a hydrogen reformer that uses ethanol to produce hydrogen, a PEM fuel cell, photovoltaic panels, lead battery bank, current inverter, hydrogen compressor. The system has been sized to meet SIGFI 45 consumer. During the implementation and application of the system, different types of tests were carried out in order to characterize the behavior of each component separately. Knowing the function of each component within the system, it was possible to simulate their behavior in different operating conditions. Later, a VBA simulator of this system was created and then implemented. The results produced by the simulator were compared with those carried out experimentally to validate the accuracy of this simulation. With the validation of the simulator it was possible to simulate several operational cases in order to optimize the function of this system.

[pt] A avaliação e seleção de tecnologias de geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis visa melhorar a eficiência nas decisões de expansão dos sistemas elétricos em geral, elencando tecnologias mais adequadas em função de seus impactos ambientais, sociais, econômicos, técnicos e políticos. Os processos decisórios referentes à escolha de tecnologias de geração de energia caracterizam-se por subjetividade, incerteza e ambiguidade. Os métodos multicritério de apoio à decisão, combinados com a lógica dos conjuntos fuzzy constituem uma alternativa adequada para a modelagem de avaliação e seleção de tecnologias em ambientes sob incerteza. O objetivo principal desta dissertação é propor um modelo de avaliação e seleção de tecnologias para geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, com o auxílio de métodos multicritério fuzzy de apoio à decisão. A pesquisa pode ser considerada aplicada, descritiva e metodológica. Quanto aos meios de investigação, a metodologia compreende pesquisa bibliográfica e documental; pesquisa experimental, com a aplicação de métodos multicritério fuzzy de apoio à decisão para hierarquização de alternativas tecnológicas de energia elétrica a partir de fontes renováveis; e desenvolvimento de um estudo empírico no Estado do Rio de Janeiro. Destacam-se como resultados a seleção de tecnologias mais adequadas em função de seus impactos ambientais, sociais, econômicos, técnicos e políticos e a demonstração da aplicabilidade do modelo proposto. No caso do Estado do Rio de Janeiro, a tecnologia que se mostrou mais adequada, dado potencial de fontes renováveis, foi a solar fotovoltaica. / [en] Assessment and selection of renewable energy generation technologies addresses to improve efficiency in electrical system expansion decisions, by selecting technologies that are more appropriate considering some criteria, like environmental, social, economic, technical and political. The decision-making processes regarding the choice of energy generation technologies are characterized by subjectivity, uncertainty and ambiguity. Multicriteria decision support method, combined with fuzzy logic, is an adequate alternative for measuring and evaluating the performance of technologies in environment under uncertainty. The main aim of this dissertation is to propose a model for selection the performance of technologies for electric power generation from renewable sources, with the support of multicriteria fuzzy decision-making methods. The research can be considered applied, descriptive and methodological. As for means of investigation, the methodology comprises bibliographical and documentary research; Experimental research, with the application of multicriteria fuzzy decision-making methods for hierarchization of technologies for electric power generation alternatives from renewable sources; and development of an empirical study in the State of Rio de Janeiro. The results highlight the selection of the most appropriate technologies according to their environmental, social, economic, technical and political impacts and the demonstration of the applicability of the proposed model. In the case of the State of Rio de Janeiro, the most appropriate technology, given the potential of renewable sources, was solar photovoltaic.

[pt] O aumento da penetração de fontes de energia intermitentes é uma realidade dentro da matriz energética brasileira. A utilização em larga escala de energia renovável diminui a flexibilidade operativa com a redução da inércia equivalente sincronizada no sistema, podendo colocar em risco a segurança e a qualidade do suprimento de energia dos sistemas elétricos de potência com a diminuição da capacidade de regulação de frequência. Com expectativas de crescimento acentuado, surgem os dispositivos de armazenamento de energia (Energy Storage Devices – ESD) como uma alternativa viável para contornar essas dificuldades, principalmente quando se trata de um sistema de potência isolado. Nesta dissertação, avalia-se o comportamento dinâmico do sistema elétrico do estado de Roraima, através de uma metodologia desenvolvida para quantificar a penetração de energia renovável intermitente em sistemas isolados. Avalia-se também como a utilização de dispositivos de armazenamento de energia podem contribuir para o controle de frequência, observando as vantagens que tais dispositivos podem acarretar nesse sistema. A construção do Mapa de Decisão pode auxiliar as análises tanto na etapa de planejamento como na fase de programação e operação dos sistemas. Nas simulações realizadas foi possível constatar que a utilização de ESD pode promover um aumento significativo na penetração de usinas renováveis intermitentes, como eólica e solar fotovoltaica, em sistemas de potência isolados / [en] The increase in the penetration of intermittent energy sources is a reality within the Brazilian energy matrix. The large-scale use of renewable energy decreases the operational flexibility with the reduction of the equivalent inertia synchronized in the system, which can endanger the safety and quality of the energy supply of electric power systems with the reduction of the frequency regulation capacity. With expectations of sharp growth, energy storage devices (ESD) appear as a feasible alternative to overcome these difficulties, particularly when it comes to an isolated power network. In this dissertation, the dynamic assessment of the electrical system of the state of Roraima is evaluated, using a methodology developed to quantify the penetration of intermittent renewable energy in isolated systems. It is also evaluated how the use of energy storage devices can contribute to frequency control, observing the advantages that such devices can bring to this system. The construction of the Decision Map can assist the analyses during the planning, programming and operation phases. In the simulations carried out, it was possible to verify that the use of ESD can promote a significant increase in the penetration of intermittent renewable plants, such as wind and solar photovoltaic, in isolated power systems.

[pt] Esta dissertação teve como objetivo desenvolver um modelo de previsão de geração de energia elétrica por meio de esforço muscular de seres humanos, utilizando uma bicicleta geradora, conectada à rede elétrica comum. A motivação resultou da experiência do autor na área de geração distribuída, que identificou uma dificuldade em instalar sistemas de geração solar fotovoltaica em topo de edifícios. Como metodologia de pesquisa, o trabalho, utilizou a regressão linear múltipla, com o software IBM SPSS servindo como executor das tarefas. As regressões apresentaram resultados promissores, apresentando um R(2) ajustado elevado, respeitando todas as premissas de uma regressão linear múltipla, e confirmando algumas suspeitas. As simulações feitas com base no modelo criado mostram um potencial de geração de energia considerável para o Brasil. Como conclusão, apesar do modelo criado ser de boa capacidade preditiva, recomenda-se mais estudos antes de uma extrapolação populacional ou um investimento financeiro. / [en] This dissertation aimed to develop a model for predicting the generation of electrical energy through human muscular effort, using a generator bicycle, connected to the common electrical grid. The motivation resulted from the author s experience in distributed generation, which identified a difficulty in installing photovoltaic solar generation systems on top of buildings. As a research methodology, the work used multiple linear regression, with the IBM SPSS software serving as the executor of the tasks. The regressions showed promising results, presenting a high ajusted R(2), considering all the premises of a multiple linear regression, and confirming some suspicions. The simulations made based on the model created show a considerable energy generation potential for Brazil. In conclusion, despite the model created being of good predictive capacity, further studies are recommended before a population extrapolation or a financial investment.

[pt] Esta dissertação analisa o custo, viabilidade e otimização do desempenho de um sistema híbrido de produção de energia elétrica, constituído de módulos fotovoltaicos, banco de baterias e gerador diesel. Foram realizadas simulações para diferentes configurações de sistema, variando tanto a profundidade de descarga quanto a capacidade total e operacional do banco de baterias, e o consumo total. O perfil do consumo foi mantido inalterado em todas as simulações realizadas. Para a simulação foi utilizado banco de dados constituído por informações meteorológicas, preços dos equipamentos do sistema, demanda de eletricidade e perfil de consumo da agrovila de Campinas (AM). Em posse desse conjunto de informações foi então elaborada análise de viabilidade econômica do fornecimento de eletricidade para uma comunidade rural localizada em uma região remota. Ou seja, localizada em uma região distante do acesso as redes de distribuição de energia elétrica. A simulação foi configurada para um sistema que possibilitasse acesso a equipamentos básicos (atendendo o Manual de Projetos Especiais – necessidade de atender refrigeração, comunicação e iluminação), fornecendo eletricidade com o menor custo possível. A avaliação do projeto demonstra que o mesmo é uma boa opção de investimento, considerando que o fornecimento elétrico é peça chave para o desenvolvimento econômico e social de qualquer localidade. Para a realização do estudo utilizou-se banco de dados de radiação solar e temperatura do município de Manaus, pertencente ao Estado do Amazonas, pressupondo-se que a localidade em questão possui condições meteorológicas semelhantes à área de estudo, desprezando-se possíveis diferenças. Além do que, o referido estudo adotou um período de vida útil de 25 anos ou mais para o sistema. / [en] This dissertation analyses the cost, feasibility and optimization performance of a hybrid electric energy production system, composed of photovoltaic modules, storage batteries and a diesel generator. Several performance simulations were made for different system configurations, varying discharge depth, both total and operating capacity of the storage batteries, and total consumption, using the same profile shape. A data base was used for the simulations, using meteorological information, component prices, and electric energy power and consumption profiles for the rural Village of Campinas (AM). As a result, an economically feasible proposal was detailed for supplying electric energy to a rural village, which is away from available commercial networks. The simulation was used to determine the basic equipment configuration to minimize the electricity cost. The project evaluation shows it is a good investment option, considering that electric energy supply is fundamental for the social and economic development. Solar radiation and temperature data for the city of Manaus, AM, ware used for the simulations, which is considered to be approximately the same as for the rural Village of Campinas due to its proximity. In addition, this study adopted a working life of 25 years or more for the system.

[pt] O desenvolvimento econômico-social desde a revolução industrial está relacionado à abundância de recursos naturais e à evolução de atividades produtivas baseadas na economia fóssil, em especial, a exploração e produção de petróleo e derivados. Todavia, os danos ambientais deste progresso e a escassez dos recursos não renováveis vêm conduzindo tal economia fóssil ao centro de um debate exatamente sobre a sua sustentabilidade. Surge, então, a bioeconomia, um conjunto de atividades produtivas geradoras de riqueza renovável e sustentável, estabelecendo-se como pauta prioritária nas agendas de governos e empresas. Nesse sentido, a pesquisa lança mão de um arcabouço teórico voltado à análise relacional, o Global SNA Framework, almejando investigar a sustentabilidade estratégica do negócio de biodiesel do Sistema Petrobras, parte de um dos maiores portfólios de empresas de energia do mundo, considerando as suas alianças e o contexto das redes de valor intra e supra-setoriais, na bioeconomia global. Para tanto, o método de estudo de caso mostrou-se o mais adequado, apoiando-se em múltiplas fontes de evidências: documentais, entrevistas e questionários de percepção com executivos da empresa. Os resultados indicaram que a estratégia caracterizada com o tipo Analítico é adequada à luz de Milles e Snow, não obstante o tipo Prospectivo ter sido evidenciado de forma relevante, durante a investigação. Alguns insights forjados durante a pesquisa inspiraram sugestões de temas aplicáveis a novos estudos acadêmicos e à própria gestão do negócio. / [en] The economic and social development since the industrial revolution is related to the abundance of natural resources and the evolution of productive activities based on fossil economy, in particular, the exploration and production of oil and its derived products. However, the environmental damage caused by this way of progress and the intrinsic scarcity of non-renewable fossil resources are leading this issue to the center of a debate precisely regarding its sustainability. Then comes the bioeconomy, as a set of productive activities that generates renewable and sustainable wealth, establishing itself as a priority issue in the agendas of governments and companies. In this sense, the research makes use of a theoretical framework aimed at relational analysis, the Global SNA Framework, intending to investigate the strategic fit of Petrobras System biodiesel business, which composes one of the largest energy companies’ portfolios in the world, considering its alliances and value nets through the global bioeconomy context. Thus, the case study method revealed to be the most appropriate, relying on multiple sources of evidences: documentary, interviews and perception questionnaires with company executives. The results indicated that the strategy characterized with the Analytical type fits well and is sustainable in light of Milles and Snow, despite the Prospective type have arisen in a relevant way through the investigation. Some insights obtained during this case study inspired suggestions of themes for academic research and the business management itself.

[pt] A energia solar é única. Se por um lado é abundante e limpa, condição que a coloca no centro da discussão do desenvolvimento de uma matriz energética global mais sustentável, por outro, engloba a tecnologia de painéis solares fotovoltaicos, que cresce exponencialmente por permitir a produção própria de eletricidade. Neste contexto, o Brasil figura em posição ímpar: embora disponha de um dos maiores índices de irradiação solar do mundo, atualmente apenas 0,014 por cento da matriz energética brasileira provém deste tipo de energia. Portanto, em face a este potencial, julga-se fundamental compreender a percepção do consumidor sobre esta tecnologia. Neste sentido, o presente estudo propõe um modelo baseado na integração dos principais conceitos de distintas linhas teóricas comportamentais (theory of planned behavior; diffusion of innovations; value-belief-norm theory) com o objetivo de verificar os fatores que influenciam a Intenção de Uso de painéis solares instalados em residências. Ainda, analisa a influência da alternativa de aquisição da tecnologia por propriedade de terceiros (leasing) como variável moderadora da pesquisa. Os dados coletados por via de survey online com 441 participantes revelam fatos interessantes, como, por exemplo, a importância da capacidade do sistema em gerar economia financeira, do apoio de pessoas próximas ao potencial usuário, e de um sentimento de obrigação moral em adotar a tecnologia para evitar danos ao clima. Dado o pioneirismo desta pesquisa no país, os resultados alcançados podem representar um primeiro passo para a formulação de políticas que estimulem a difusão de painéis solares no Brasil. / [en] Solar energy is unique. While on the one hand it is abundant and clean, which puts it at the center of the discussion of the development of a more sustainable global energy matrix, on the other hand, it comprises the technology of photovoltaic solar panels, which grows exponentially in the world by allowing owners to produce their own electricity. In this context, Brazil is in a unique position: although it has one of the highest solar irradiation rates in the world, currently only 0.014 percent of the Brazilian energy matrix comes from this type of energy. Therefore, in view of this potential, it is considered fundamental to understand the consumer s perception of this technology. In this sense, the present study proposes a model based on the integration of the theory of planned behavior, diffusion of innovations and value-belief-norm theory in order to verify the factors that influence the Intention of Use of solar panels installed in homes. Also, it analyzes the influence of the alternative of technology acquisition by third party property (leasing) as a moderator variable of the research. Data collected through an online survey of 441 participants reveal interesting facts, such as the importance of the system s ability to generate money savings, the support of people close to the potential user, and a sense of moral obligation to adopt technology to prevent climate damage. Given the pioneering nature of this research, the results achieved can represent a first step towards the formulation of policies that stimulate the diffusion of solar panels in Brazil.

[pt] O tema das mudanças climáticas é um dos maiores desafios globais por parte de governos nacionais e articulações internacionais, visando estabilizar as concentrações de Gases do Efeito Estufa (GEE) e evitar interferências antropogênicas perigosas sobre a atmosfera e o sistema climático global. De acordo com o Painel Intergovernamental para a Mudança de Clima (IPCC), as principais causas das mudanças climáticas estão relacionadas as emissões liberadas pela queima dos combustíveis fósseis que compõem a matriz energética de muitos países industrializados, tornando-se necessária a limpeza do componente fóssil, particularmente do carbono. O Brasil está entre os dez países que mais emite GEE, apesar de possuir uma das matrizes energéticas com mais energias renováveis do mundo, assumiu em 2015 na convenção do clima em Paris o compromisso global de descarbonização da economia e de aumentar a participação de fontes de energia renováveis, como a eólica e a solar, na sua matriz energética. Valendo-se do alto potencial de irradiação solar no território brasileiro, o presente estudo aponta a geração distribuída de energia fotovoltaica como um dos caminhos para acelerar o ingresso do Brasil na economia de baixo carbono honrando o compromisso de mitigação dos GEE. Simulando cenários com base no ano de 2010 e usando o recurso de geoprocessamento, concluiu-se que com a instalação massiva de sistema fotovoltaico nos telhados dos domicílios brasileiros, é possível antecipar metas de mitigação dos GEE e gerar excedentes de emissões evitadas posicionando o Brasil como um importante protagonista na descarbonização da economia global até o final do século. / [en] Since the last decades of the twentieth century, human society has been facing economic and environmental crisis, influencing each other, drawing attention of national governments, international and non-governmental organizations together with several sectors of civil society. The economic crisis recently experienced by several countries and aggravated by various pressures of a global population that reached 7.3 billion in 2015 with a projected growth for 2030 of 8.5 billion people, will require an increase of employment, food production, water supply, energy production and industry development. As far as the environment is concerned, there is sufficient agreement by the scientific community, attributing to industrial processes, the use of fossil fuels, deforestation and land use throughout the 19th and 20th centuries, several environmental impacts such as: cumulative discharge of waste contaminating the soil, rivers and oceans; overexploitation of natural resources often leading to the risk of their depletion; emission of polluting gases (particularly CO2) causing global temperature rise, warming the atmosphere and oceans reducing snow and melting ice from the glacial regions, acidifying and raising the level of the oceans; use of agrochemicals and pesticides in agricultural activities contaminating soil and food; deforestation leading to severe ecological imbalances, biodiversity loss and changes in climate patterns. From this global context, several countries have been restructuring their laws and economies to stop the predatory exploitation of natural resources and implementing actions to clean up their energy matrix and decarbonize the economy reducing carbon emissions of fossil fuels sources responsible for the environment contamination.