[pt] A dessalinização térmica é uma técnica utilizada em diversas partes do mundo para produção de água. Países como Estados Unidos, Israel, Espanha e Grécia utilizam esse tipo de sistema em grande escala, garantindo um abastecimento constante para alguns pontos de seu território e contribuindo para o aperfeiçoamento dos sistemas de produção. No Brasil, apesar da vasta bacia hidrográfica e da existência de grandes reservatórios subterrâneos, a dessalinização térmica poderia ser vista como alternativa de produção para apoiar o desenvolvimento agrícola e industrial em algumas regiões, criando também melhores condições sociais para a população beneficiada, especialmente no nordeste brasileiro. Nessa dissertação propomos um método para avaliação preliminar de diversos cenários para implantação de tais sistemas. A avaliação aborda inicialmente a definição do dessalinizador, realizada através das formulações disponíveis em trabalhos acadêmicos que têm como base a Primeira Lei da Termodinâmca. Tais formulações foram adaptadas para o caso em estudo. Em seguida são avaliados os principais parâmetros para viabilidade do projeto, tais como Valor Presente Líquido (VPL) e Índice de Lucratividade (IL), de forma a demonstrar se o projeto seria ou não viável. Para consolidação da metodologia utilizada foi criado um programa que permite a avaliação de diversos cenários de maneira independente, sendo de fácil acesso e de grande flexibilidade para o usuário interessado neste tema. / [en] Thermal desalination is a technology used in many places for water production. Some countries use desalination to produce big volume of water, like USA, Israel, Spain and Greece, aiming for the steady supply of water to some specific regions, contributing to the improvement of production systems. In Brazil, inspite of the huge volume of water available through the rivers, thermal desalination should be considered as an alternative for water production supporting the development of country for food production and for industry, specially in the northeastern region. In this work, a method of evaluation for different water supply needs was conceived, in order to perform the preliminary evaluation of this kind of system. It begins with the definition of the thermal desalinator which will compose the production system. This first step was based on First Law of Thermodynamics formulations available in technical articles used as reference. After technical analysis, the main parameters used for the study of feasibility are defined, for example, the Net Present Value. The methodology extracted from reference articles was simplified and converted into an algorithm, developted for an easy evaluation of different situations.

[pt] Nesta dissertação foi feita uma simulação do desempenho de um sistema de cogeração, a partir de dados experimentais obtidos com uma microturbina a gás natural com 30 kW de potência nominal, operada no horário de ponta, e acoplada com uma unidade recuperadora de calor e um reservatório térmico para fornecimento de água quente de consumo nos chuveiros do Ginásio da PUC-Rio. Inicialmente, o desempenho do sistema de cogeração foi medido para várias condições de operação, mostrando que a eficiência de geração de energia elétrica é inferior à que o fabricante declara (16,6%). O aproveitamento da energia térmica dos gases de exaustão é de 29,1% para plena carga e 46,3% para 25% de carga. Nesta dissertação foi desenvolvida uma metodologia para calcular a efetividade da unidade recuperadora de calor. A simulação realizada teve como objetivos o melhor conhecimento do comportamento do sistema de cogeração para diferentes vazões de água de consumo e da sua temperatura de armazenamento determinando-se o maior valor da vazão para que uma temperatura de 40ºC nos chuveiros fosse mantida. A equação da energia em relação ao tempo foi resolvida numericamente, modelando-se o desempenho de cada componente, para estimar a temperatura da água do reservatório de armazenamento em função do tempo, para diferentes cargas elétrica e térmica. Os resultados indicaram as condições para o melhor aproveitamento de energia térmica e sua viabilidade econômica, inclusive quanto à relação entre o horário de geração e o consumo da energia térmica armazenada. / [en] In this dissertation the performance of a cogeneration system was simulated using data obtained in tests of a natural gas fired 30 kW microturbine, operated during peak hours, and coupled to a heat recovery unit to generate hot water to be consumed in the showers of the PUC-Rio Gymnasium, together with a thermal reservoir to match the demand. Initially, the performance of the cogeneration system was measured at different operating conditions, showing that the electric energy generation efficiency is smaller than what is declared by the manufacturer (16,6%). The heat recovery from the exhaust gases was measured as 29,1% for full load operation and 46,3% for 25% load operation. In this dissertation a methodology was developed for calculating the effectiveness of the heat recovery unit. The performance simulation was aimed to better understand the behaviour of the cogeneration system for different water consumption rates and its storage temperature, determining the maximum allowed value so that the shower water temperature be at least 40ºC. The timewise energy equation was numerically solved, using the modelled performance of each component, to estimate the storage reservoir water temperature as a function of time, for different electric and thermal energy loads. The results indicated the conditions for better thermal energy usage and its economic feasibility, including the relationship between generation hours and the stored thermal energy consumption.

[pt] A cogeração é um conceito presente nas formas de conversão energética do futuro, uma vez que propõe a otimização no aproveitamento das fontes ou recursos energéticos utilizados. A especificação do sistema passa, primeiramente, por uma análise técnica-econômica, onde todos os insumos têm seu custo marginal ponderado, e as despesas energéticas finais são quantificadas para minimizar o custo da energia produzida. Na transformação dos sistemas convencionais para operação em cogeração, existe a necessidade de estimar o consumo de energia elétrica e térmica consumida por estes, para que o sistema de cogeração possa ser dimensionado e assim deslocar a energia elétrica consumida pelos sistemas convencionais. Neste trabalho, uma metodologia foi desenvolvida para a estimativa dos perfis elétrico e térmico mês a mês ao longo do ano, a partir dos poucos dados normalmente disponíveis. No perfil elétrico, dados de consumo de energia elétrica medidos na PUC-Rio, para cada 15 minutos no período um de um ano, foram utilizados para validar esta metodologia. No perfil térmico, uma metodologia foi desenvolvida; discutir-se-á como o consumo de energia térmica pode ser estimado a partir dos valores da temperatura ambiente, cargas térmicas internas e radiação solar incidente no local. Devido à pouca disponibilidade de dados e bibliografia para a validação desta metodologia, apresenta-se, simplesmente, uma comparação no cálculo da radiação solar média da metodologia proposta com uma outra diferente e um exemplo de cálculo de cargas térmicas, para um restaurante localizado em Albuquerque - Estados Unidos. / [en] The cogeneration will be an always present concept in the forms of energy conversion in the future, since it proposes to optimize the use of the energy resources. The system specification goes primarily through a technical economic analysis, where all the investments and operational costs are quantified for minimizing the cost of the produced energy. In the transformation of conventional systems for operation in cogeneration mode, there exists the necessity to estimate of electric and thermal consumption by these, so that the cogeneration system can be planned and thus displace the electric energy that would be used by the conventional systems. This works develops a methodology for estimating the electric and thermal load profiles, month by month along the year, from the few normally available data. For the electric profile, annual consumption data of electric energy measured at PUC-Rio, every 15 minutes in period of one year, has been used to validate this methodology. For the thermal profile, a methodology was developed; it discusses how the consumption of thermal energy can be estimated from values of ambient temperature, internal thermal loads and solar radiation incident on to place. Due to little data availability a comparison of the average solar radiation calculated by the proposed methodology and the one which is usually available in the literature, is done for a typical restaurant located in Albuquerque - United States.

[pt] Em consonância com a expansão do aproveitamento fotovoltaico no mundo, o presente trabalho busca fomentar o conhecimento do nascente mercado desta fonte energética no país. É feita uma avaliação da viabilidade econômico-financeira de sistemas de geração fotovoltaica distribuída para grandes clientes da concessionária Light, a partir da estimação do preço de um sistema de médio/grande porte assim como do retorno financeiro do mesmo ao ser submetido à análises de sensibilidade envolvendo múltiplos cenários. A análise considerou estimativas relacionadas às seguintes figuras de mérito: valor presente líquido, taxa interna interna de retorno e payback. Considerando a taxa de câmbio média encontrada no primeiro semestre de 2015 (3,30Real/euro/dólar), foi observada uma majoritária condição de viabilidade dentre os 12 cenários propostos, que levaram em conta várias combinações de taxas de inflação, taxas de desconto e adoção ou não de crédito para financiamento do investimento inicial. Posteriormente, aplicou-se a mesma análise de viabilidade econômico-financeira desenvolvida a um cliente real da concessionária (Edifício do Ministério da Fazenda). Foi realizada a modelagem 3D da edificação e a verificação do sombreamento decorrente dos próprios elementos construtivos da cobertura e dos edifícios relevantes em seu entorno. Após estimada a geração de energia fotovoltaica anual pode-se, por aproximação, concluir que a mesma seria capaz de prover 11,68 por cento da necessidade anual do edifício. Projetando-se a geração futura de energia para toda a vida útil do sistema, foi possível analisar financeiramente a viabilidade do projeto segundo os mesmos 12 cenários definidos anteriormente, tendo a situação de viabilidade ocorrido em 9 deles. / [en] The last years showed an exponential growth in the use of photovoltaics in the world. The worldwide installed capacity of 23 GW in 2009 reached the expressive mark of 139 GW in 2013, being the European continent the holder of the largest portion of it (59 per cent or 81 GW). The most recent estimates describe a still small market in Brazil, with only 20 MW of installed capacity (EPE, 2014a) and mostly located in remote areas not covered by the interconnected system. Nevertheless, the growth potential of the domestic market is promising, greater even than that presented by the leaders in the use of this source. Based on the inherent natural advantages that the country possesses (such as high levels of solar radiation), it s safe to say that the photovoltaic power generation can be an important driver to increase the participation of renewable sources and the security of our energy matrix. In fact, this movement was already anticipated by planners of the electric sector. The Power Expansion Plan with 2024 horizon, prepared by the Energy Research Company (EPE), was published in december 2015 (EPE, 2015b). Among the main projections of the plan is the increase of the installed capacity of power generation in 73.000 MW. Half of this expansion is based on renewable sources (wind, solar, biomass and small hydropower plants), and 7.000 MW exclusively from photovoltaic generation. In this context, this dissertation seeks to contribute to the deepening of the studies devoted to the nascent national photovoltaic market, covering in particular the Estate of Rio de Janeiro. The objective is to evaluate the economic feasibility of photovoltaic distributed generation systems for large customers of the distribution utility Light, estimating not only the price of a photovoltaic system of medium/large size but also the financial return and sensitivity analysis contemplating multiple scenarios.

[pt] Nesta dissertação fazemos uma exposição do Teorema Fundamental do Apreçamento para modelos em tempo discreto, o qual afirma que, sob certas hipóteses, a ausência de oportunidades de arbitragem equivale a existência de uma medida de martingal equivalente. Discutimos inicialmente o resultado no caso de espaços amostrais finitos e posteriormente o caso geral, através da técnica da Transformada de Esscher. / [en] This dissertation is concerned with the Fundamental Asset Pricing Theorem for discrete-time models which asserts that, under suitable hypothesis, absence of arbitrage opportunities is equivalent to the existence of an equivalent martingale measure. We first discuss the case of finite sample spaces and then the general case, by the use of the Esscher Transform technique.

[pt] O controle de tensão em sistemas de potência no Brasil é realizado de forma sistemática através de instruções operativas elaboradas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS, onde constam instruções passo-a-passo de ações de utilização de recursos disponíveis dentro de uma região geoelétrica. Esse processo demanda elevado tempo de elaboração, simulação e análise de engenheiros para atender à operação em tempo real. Diante disso, este trabalho propõe um método onde há uma busca de uma solução operativa viável de forma automática, sendo desenvolvido um algoritmo em MATLAB. Dentre as soluções viáveis possíveis, o método irá buscar aquela que percebeu a mínima variação das tensões terminais das barras de tensão controlada. Esta solução encontrar-se-á na fronteira da região de viabilidade de tensão. A região de viabilidade de tensão será definida como uma região do espaço, onde as variáveis serão as tensões das barras de tensão controlada e, dado um determinado sistema ou área de controle, será possível antever a viabilidade ou não dos pontos de operação, de forma visual ou calculada, a depender do número de barras de tensão controlada. O método proposto é uma alternativa a vários outros métodos existentes, genericamente nomeados como Fluxo de Potência Ótimo. O método proposto tem características práticas. O algoritmo de busca, a partir de um ponto de operação inviável, realiza análise pelas suas vizinhanças em busca de uma solução viável, dentro da premissa de minimizar a variação das tensões terminais. Caso haja mais de um ponto de operação viável com a mesma variação de tensões terminais, o critério de desempate será dado pela máxima variação das tensões nas barras de cargas, as barras PQ, e então, o ponto de operação ótimo é encontrado. Os resultados se mostraram positivos, pois o algoritmo encontrou soluções ótimas para sistemas teste com duas, três, quatro e cinco barras de tensão controlada. As soluções encontradas pelo algoritmo foram pontos de operação factíveis, soluções que os operadores reconhecem como sendo um ponto de operação operável, dado que houve uma mínima variação da tensão terminal das barras de tensão controlada. Isso demonstra que é possível haver um maior desenvolvimento de ferramentas para aplicações no Sistema Interligado Nacional – SIN, a fim de automatizar, ou pelo menos auxiliar, a busca de pontos viáveis de operação. / [en] Voltage control in power systems in Brazil is performed systematically through operating instructions prepared by the National Electric System Operator (ONS), which contain step-by-step instructions for the use of resources available within a geoelectric region. This process takes a long time to design, simulate and analyze from engineers to support real-time operation. Given this, this work proposes a method where there is a search for a viable operating solution automatically, being developed an algorithm in MATLAB. Among the possible viable solutions, the method will look for the one that noticed the minimum variation of the terminal voltages of the controlled voltage bus bars. This solution will be at the boundary of the voltage viability region. The voltage viability region will be defined as a region of space, where the variables will be the voltages of the controlled voltage buses and, given a certain power system or a control area, it will be possible to predict the viability or unviability of the operating points. visual or calculated, depending on the number of voltage-controlled buses. The proposed method is an alternative to several other existing methods, generically named as Optimum Power Flow. The proposed method has practical characteristics. The search algorithm, from an unviable point of operation, analyzes its surroundings in search of a viable solution, under the premise of minimizing the variation of terminal voltages. If there is more than one viable operating point with the same voltage variation, the tie breaking criterion will be given by the maximum load bus voltage variation, the PQ buses, and then the optimal operating point is found. The results were positive because the algorithm found optimal solutions for two, three, four and five voltage-controlled test systems. The solutions found by the algorithm were feasible operating points, solutions that operators recognize as an operable operating point, since there was minimal variation in the terminal voltage of the controlled voltage buses. This demonstrates that further development of application tools is possible in the National Interconnected System (SIN) to automate, or at least assist, the search for viable operation points.

[pt] O objetivo da presente dissertação é capturar o valor da flexibilidade que uma planta XTL oferece na entrada do sistema produtivo, onde podem ser utilizados diversos tipos de insumos como matéria-prima. A saída do sistema produtivo também permite que diferentes produtos sejam produzidos. Desta forma, o autor considera que a metodologia das opções reais é a mais indicada para se avaliar tais flexibilidades, sendo o objeto principal deste estudo a análise da opção de conversão (Input/Output Switch option) através da utilização do processo estocástico de reversão à média com saltos. Os resultados desta dissertação podem auxiliar a tomada de decisão dos gestores da área de petróleo e energia, onde outros projetos já foram avaliados através dessa mesma metodologia, no entanto, não existe qualquer interesse em comprovar a eficiência da teoria das opções reais frente às metodologias de avaliação financeira usuais. / [en] The objective of this dissertation is to value the operational flexibility that a GTL plant can offer at the entrance of the productive process where multiples inputs can be used as row material. Different products also can be produced. The real options theory is considered by the author as the most indicated financial methodology to value theses flexibilities and the main goal of the present study is to value the Input/Output switch option and the mean reversion with jumps stochastic process. The aim of this study is also to support manager´s investment decision from oil and energy field, where others projects has been already valuated with real options theory so the proof of the theory efficiency against traditional valuation methodologies is not object from this study.

[pt] A aplicação de soluções e sistemas prediais sustentáveis em edificações, em especial em habitação, tem sido promovida pela adoção recente de leis pertinentes e pela maior consciência sobre o tema da sustentabilidade. Isto tem levado à iniciativas pontuais que visam redução de custos e de consumo de recursos como energia e água. Porém, é pouco comum verificar no mercado habitacional do Rio de Janeiro o surgimento de novos lançamentos imobiliários que já contemplem soluções sustentáveis em seus projetos, mostrando falta de atenção por parte dos incorporadores imobiliários e clientes compradores com relação à adoção de práticas sustentáveis e de gestão de recursos durante o desenvolvimento e operação da edificação. Este trabalho analisa parâmetros de incorporação e custos de operação de um empreendimento residencial hipotético, com oito pavimentos tipo, na cidade do Rio de Janeiro, no qual é avaliada a inclusão de quatro sistemas: geração de energia solar fotovoltaica, reuso de águas cinzas, captação de água de chuvas e uso de hidrômetros individualizados. A análise financeira é realizada através da montagem de seis cenários de avaliação, o primeiro considerando a edificação sem nenhuma solução sustentável, os quatro seguintes com cada uma das soluções aplicadas separadamente, e a última considerando todas as soluções implementadas simultaneamente. Os resultados financeiros são comparados para avaliar dados do interesse do agente incorporador, como custos de incorporação, necessidades de correção nos preços de venda e disposição a pagar do consumidor, e dados de interesse do cliente comprador, como economias geradas durante a operação e payback do investimento. / [en] The increase in the global population and the ever-increasing development of cities have given rise to various challenges to be overcome in environmental, social, cultural and economic terms. This situation makes it important to encourage the use of new technological solutions to build more sustainable cities and the real estate market has an important role in this process, because the incorporation of sustainable practices into buildings is decided upon during the design of real estate developments. With respect to the Brazilian market, the managers of developers currently bear the responsibility of being the decision-makers on the use of sustainable building systems and on the reduction of energy consumption over the lifespan of buildings. On the other hand, within the real estate market in the city of Rio de Janeiro, it is unusual to find multi-family housing developments that already feature such solutions integrated from the beginning into their designs, thereby demonstrating that real estate developers and buying customers overlook resource management during construction. Notably, financial considerations govern market relations and it is supposed that the implementation of sustainable solutions is still an unknown variable in terms of financial results, since the probable increase in the cost of initial construction still does not lead to visible, immediate gains for real estate developers. In addition, consumers do not have clarity on the gains tied to acquiring sustainable buildings. Information is lacking on the benefits in ecological terms and mainly, in financial terms, relating to the reduction in operating costs from the use of energy and natural resources during the lifespan of the building.

[pt] A pesquisa analisou a viabilidade econômica para implantação de um sistema de aproveitamento de água de chuva em condomínio do Programa Minha Casa Minha Vida (PMCMV), já construído, na cidade do Rio de Janeiro. A água é um recurso natural de valor econômico, estratégico e social, além de essencial para manter a existência humana e dos ecossistemas no planeta. A falta de água, que no Brasil se manifesta de modo mais grave desde 2014, envolvendo problemas de seca e de gestão dos recursos naturais, não afetaria somente residências, mas também agricultura e indústrias, as últimas localizadas principalmente na região Sudeste. No entanto, em face dessas perspectivas, a cidade do Rio de Janeiro optou por isentar os empreendimentos imobiliários vinculados ao PMCMV da construção de sistemas de aproveitamento e reuso da água de chuva, apesar de decreto municipal já aprovado desde 2004. O aproveitamento poderia diminuir a necessidade da utilização de água tratada em determinadas atividades, além de contribuir com a diminuição dos custos do condomínio e o impacto de enchentes em meio urbano. Nesta dissertação foi feita a análise econômica da implantação de um sistema de aproveitamento de água de chuva, considerando três alternativas de reservatório, que representa o maior custo da implantação do sistema, por meio de indicadores como o valor presente (VP), o valor presente líquido (VPL), a taxa interna de retorno (TIR), o índice de lucratividade (IL) e o payback simples. Como resultado, foi constatada a viabilidade econômica do sistema de aproveitamento de água de chuva, com redução de 3,6 por cento no consumo de água tratada do condomínio e um valor presente líquido (VLP) de 14.258,04 reais. / [en] Water is the most important natural resource for society, due to its economical, strategical and social value, being vital for life on the planet. As a renewable good, it must be managed in a conscious way, once it may become scarce. With population growth and the development of economies, there is a tendency for the enhancement of its demand. In a survey carried out by the United Nations - UN (2018), this increase varies around 20 percent to 30 percent, that is, 4600km cubic/ year until 2050. In Brazil, the lack of water peaked in 2014, but it is recurrent in the country s large urban centers. As well as in the Northeast region due to climatic and meteorological aspects. Therefore, the rainwater utilization arises as a response for the problems of the impacts caused by the lack of water in large urban centers. This form of treatment would minimize the use of water sources, the cost of water treatment, the impacts of floods and the costs of the population with water bills. With the use of rainwater being implemented in condominiums, the perspective is to reduce the demand for treated water. As a result, lower water bill payments and, thus, reducing the impact of the population s cost of living. A and not less important, to reduce the pressure on the demand of the companies and to smooth the withdrawal of water resources from the environment. As a goal, the research analyzed the system to be implemented, its cost and economic viability in buildings already constructed. In urban centers, there is a demographic density already established, which demands a large amount of water, and also consolidated buildings that aggravate the impact of water scarcity. To achieve this objective, this research simulated the implementation of a rainwater recovery system, considering three reservoir alternatives. Then, a case study was carried out in the Park Riviera da Costa condominium, in the city of Rio de Janeiro, in the neighborhood of Campo Grande, using indicators such as Present Value (VP), Net Present Value (NPV), the Internal Rate of Return (IRR), Profitability Index (IPV) and simple payback.

[pt] O mercado brasileiro de energia elétrica ainda não encontrou um modelo de mercado e de formação de preço que garanta a expansão auto-sustentada da oferta. Investigando em detalhe o modelo atual de despacho da geração e formação do preço, demonstramos a sua pouca eficácia na atração de investimentos, e identificamos a causa dessa falha como sendo a miopia do modelo de despacho, uma vez os estados críticos do sistema só aprecem de forma significativa quando o sistema já estiver degradado. São estudados três modelos alternativos que modificam a função-objetivo ou a regra de formação do preço, ajustados de modo a viabilizar e tornar suficientemente atrativos os investimentos na expansão da oferta. Finalmente, estes modelos são então comparados entre si e com o modelo atual, quanto ao valor para o investidor e quanto ao custo para o sistema e para o consumidor. Um mercado é dito completo se permite aos agentes alocar livremente seus recursos e demandas quando estiverem disponíveis e/ou forem necessários e permite que os agentes condicionem estes recursos / demandas ao estado (preço) do mercado. Estas funcionalidades são implementadas através dos derivativos financeiros, negociados no mercado futuro. Neste trabalho fazemos uma análise conceitual do mercado futuro de energia elétrica, indicando a diferença em relação ao de outras commodities e apresentando um modelo da oferta e demanda por contratos futuros de energia elétrica. / [en] The Brazilian Market of Electrical Energy has not yet found a stable market and price model that ensues the feasibility and makes attractive a self-sustained investment for the expansion of electrical energy generation. Researching the current generation dispatch and spot price model, we show that it is ineffective to attract investments because the model is myopic, since the range of critical system states that is foreseen at the current state is not significant until the system is already too degraded. Stemming from this conclusion, we develop three alternative models, modifying the dispatch model objective and the price formation rule. These alternative models are tuned to make the investments in generation expansion feasible and attractive. The models are compared regarding their value to the investor and the cost to the system and to the consumer. A complete market allows the economic agents to freely allocate their resources and requirements whenever they are available and/or required. A complete market also allows conditional settlement, i.e., to condition the resource availability and/or requirement to a particular market state (price). These features are realized by financial derivatives, in the, so called, futures market. We present a conceptual analysis of the electrical energy s future market, pointing the differences to other commodities future markets that are due to economical unfeasibility of storing electricity. We also present an equilibrium model for the forward electrical energy contracts.