BARBOSA, H. P. Utilização da busca harmônica no ajuste da curva de Weibull em energia eólica. 68 f. 2015. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-02-01T11:23:33Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_hpbarbosa.pdf: 1949772 bytes, checksum: 7acf39f72181d85339cf5be1dd197678 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-02-01T16:09:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_hpbarbosa.pdf: 1949772 bytes, checksum: 7acf39f72181d85339cf5be1dd197678 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-01T16:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_hpbarbosa.pdf: 1949772 bytes, checksum: 7acf39f72181d85339cf5be1dd197678 (MD5) Previous issue date: 2016-01-21 / The wind resource assessment is a key step in the development of wind power generation projects. Minimizing errors in this step brings significant reliability gains for the whole project. In this study we sought a reduction in the errors associated with the adjustment of the Weibull distribution with respect to data collected by an improvement of this setting. With this purpose, it was applied the optimization algorithm of Harmonic Search (HS) to find the Weibull distribution parameters with the best fit. The HS was used to find the Weibull distribution parameters for two sets of data from the Sistema de Organização de Dados Ambientais (SONDA) of the cities of Petrolina-PE and São Martinho da Serra-RS. The parameters of the HS were selected by two methods, one being a result of the novel combination of two other already presented in the literature. We therefore compared the errors for each one to determine which method provides better optimization. For evaluating the quality setting, the root mean square error (RMSE) and the correlation coefficient were used. The HS-PA method uses a selection of random parameters but, results showed more stable than the IHS. It was found for the IHS method one RMSE = 0.006418 for Petrolina and RMSE = 0.008303 for São Martinho da Serra. The HS-PA method presented a RMSE = 0.006419 for Petrolina and RMSE = 0.008303 for São Martinho da Serra. The RMSE values for the traditional methods applied to the same data set, there were two or more times greater than those found by employing the Harmonic search. / A análise de recurso eólico é uma etapa fundamental no desenvolvimento de projetos de geração de energia eólica. A minimização dos erros nesta etapa traz ganhos significativos de confiabilidade para o projeto como um todo. Neste trabalho foi buscada uma diminuição dos erros associados ao ajuste da distribuição de Weibull em relação aos dados coletados através de uma melhora deste ajuste. Visando tal intento, foi aplicado o algoritmo de otimização da Busca Harmônica (HS) para encontrar os parâmetros da distribuição de Weibull com o melhor ajuste. A HS foi utilizada para encontrar os parâmetros da distribuição de Weibull para dois conjuntos de dados provenientes do Sistema de Organização de Dados ambientais (SONDA) das cidades de Petrolina-PE e São Martinho da Serra-RS. Os parâmetros da HS foram selecionados através de duas metodologias, sendo uma delas inovadora por resultar da combinação de outras duas já apresentadas anteriormente em literatura. Foram, portanto, comparados os erros referentes a cada uma para determinar qual método fornecia uma melhor otimização. Para a avaliação da qualidade do ajuste, foram utilizados o erro médio quadrático (RMSE) e o coeficiente de correlação. O método HS-PA, embora utilize uma seleção de parâmetros aleatória, apresentou resultados mais estáveis do que o IHS. Foi encontrado para o método IHS um RMSE = 0,006418 para Petrolina e RMSE = 0,008303 para São Martinho da Serra. O método HS-PA apresentou um RMSE = 0,006419 para Petrolina e RMSE = 0,008303 para São Martinho da Serra. Os valores de RMSE para os métodos tradicionais aplicados ao mesmo conjunto de dados, foram duas ou mais vezes maiores do que os encontrados, empregando a Busca Harmônica.

SIEBRA, Alexandra Alencar. Estratégias empresariais do setor de energia eólica no Brasil diante dos desafios das mudanças climáticas. 2012. 132 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Faculdade de Economia, Administração, Atuária e Contabilidade, Mestrado Acadêmico em Administração e Controladoria, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by Dioneide Barros (dioneidebarros@gmail.com) on 2016-02-01T13:02:56Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Alexandra Alencar Siebra.pdf: 1314467 bytes, checksum: a92cf9885d0f25c4e3c68b830c9cac1b (MD5) / Approved for entry into archive by Dioneide Barros(dioneidebarros@gmail.com) on 2016-02-01T16:54:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação de Alexandra Alencar Siebra.pdf: 1314467 bytes, checksum: a92cf9885d0f25c4e3c68b830c9cac1b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-01T16:54:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Alexandra Alencar Siebra.pdf: 1314467 bytes, checksum: a92cf9885d0f25c4e3c68b830c9cac1b (MD5) Previous issue date: 2012 / The productive operation of companies causes environmental degradation, worsened by the increasing energy demand and global dependency of non-renewable resources. One of the most serious impacts involves climate change due to emissions of greenhouse gases, which affect all the companies, including the wind sector, directly or indirectly. Companies strategically respond differently depending on how they are affected and the market they serve. This work analyzes the influence of stakeholders and political, technological and environmental factors in the strategies of brazilian wind energy producers and their suppliers, as well as the key practices used by these companies in response to challenges posed by climate change. Methodologically, it was opted to carry out bibliographic, documental and field search. In the field research was conducted an exploratory study, qualitative, with the application of interviews aimed to identify the determining factors that influence the strategies of wind power sector in the state of Ceará. Then was applied a quantitative questionnaire to brazilian wind energy producers and their suppliers. The results suggest that the factors of most influence in the business strategies of brazilian wind energy producers and their suppliers are the politicians, with emphasis on energy auctions promoted by ANEEL, through which are achieved most competitive prices in energy market. The most influential stakeholder is the shareholder, and this influence indicates the coercive power of the shareholders in the strategic decisions of brazilian wind energy producers and their suppliers. The results indicate that the business practice more widely adopted was the innovation, and the result showed that in the pursuit for mitigating the effects of climate change the companies are likely to stimulate the development of cleaner and sustainable processes, and reduce costs related to their processes, and therefore obtain competitive advantage. The adoption of business practices in order to mitigate or compensate the effects of climate change depends on the influence of external factors. The pressure and influence of stakeholders have great importance for the sector of renewable energies like wind power be consolidated in the world energy planning. In the last decade, brazilian wind power projects received more tax incentives and technology investments. In the context, the state of Ceará aims with their actions to increase their competitiveness in this segment and offer a viable alternative to minimize the environmental impacts of climate change. / A atuação produtiva das empresas provoca degradação ambiental, agravada pelo crescimento da demanda por energia e da dependência global dos recursos não-renováveis. Um dos mais sérios impactos envolve as mudanças climáticas devido às emissões de gases de efeito estufa, que afetam todas as empresas, inclusive as do setor eólico, direta ou indiretamente. As empresas respondem estrategicamente de forma diferenciada dependendo do grau em que são afetadas e do mercado em que atuam. O trabalho analisa a influência dos stakeholders e dos fatores políticos, tecnológicos e ambientais nas estratégias dos produtores de energia eólica do Brasil e de seus fornecedores, assim como as principais práticas adotadas por essas empresas em resposta aos desafios impostos pelas mudanças climáticas. Metodologicamente, optou-se pela realização de pesquisas bibliográfica, documental e de campo. Na pesquisa de campo realizou-se um estudo exploratório, de natureza qualitativa, com a aplicação de entrevistas voltadas a identificar os fatores determinantes que influenciam as estratégias do setor eólico no estado do Ceará. Após, aplicou-se um questionário, de natureza quantitativa, junto às produtoras de energia eólica do Brasil e fornecedores. Os resultados sugerem que os fatores que mais influenciam as estratégias empresariais dessas produtoras e seus fornecedores são os políticos, com ênfase nos leilões de energia promovidos pela ANEEL, por meio dos quais são atingidos preços mais competitivos no mercado de energia. O stakeholder de maior influência é o acionista, e essa influência indica sua força coercitiva nas decisões estratégicas das produtoras de energia eólica do Brasil e dos fornecedores. A prática empresarial sugerida como a mais adotada foi a de inovação, e o resultado demonstra que, na busca da mitigação dos efeitos das mudanças climáticas, as empresas podem vir a estimular o desenvolvimento de processos mais limpos e sustentáveis, além de reduzir os custos relacionados aos seus processos. A adoção de práticas empresariais com o intuito de mitigar ou compensar os efeitos das mudanças climáticas depende da influência de fatores externos. A pressão e influência dos stakeholders são de grande importância para que o setor de energias renováveis como o da energia eólica se consolide no planejamento energético mundial. Na última década os empreendimentos eólicos brasileiros receberam maior número de incentivos fiscais e investimentos em tecnologia. Nesse contexto, o estado do Ceará objetiva, com suas ações, aumentar a competitividade nesse segmento e oferecer uma alternativa viável para minimizar os impactos ambientais decorrentes das mudanças climáticas.

LOPES, A. S. Projeto e testes de um aerogerador de pequeno porte e de um sistema de medição de eficiência mecânica. 2011. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-18T18:25:22Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_aslopes.pdf: 4312632 bytes, checksum: d1be332c5666fd7fd2271c322f6533b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T17:13:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_aslopes.pdf: 4312632 bytes, checksum: d1be332c5666fd7fd2271c322f6533b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T17:13:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_aslopes.pdf: 4312632 bytes, checksum: d1be332c5666fd7fd2271c322f6533b0 (MD5) Previous issue date: 2011-02-24 / In this paper was developed a small scale wind turbine and a structure for performance testing. It was employed the BEM (Blade Element Momentum Theory) to developing, design, fabrication and tests of wind turbine and the measuring system, including the blades aerodynamic analysis which was tested, it respective loading, destructive test and performance forecast. It was considered the complete mechanical design of main components. It was defined the tests methodology involving the instruments specifications, bench tests, field experiments, collected data analysis and results exposition and discussion. In order to validate the manufactured structure and system, it was verified the aerodynamic performance of a small scale wind turbine with 490 W. The results were compared with those proposed by BEM theory. The constructed device allowed establishing an appropriate condition for bigger wind turbine rotor in the future and with more technological complexity. / Neste trabalho, foi desenvolvida um turbina eólica de 490 W em conjunto com uma estrutura para testes de desempenho de aerogeradores deste porte. Foi empregado o método analítico BEM (Blade Element Momentum Theory) para desenvolvimento, imensionamento, fabricação e testes dos componentes da turbina e do sistema de medição, abrangendo o estudo aerodinâmico das pás a serem testadas, seu respectivo carregamento, ensaio destrutivo e previsão de desempenho. Para tanto, foram consideradas as etapas do cálculo e projeto mecânico de todos os principais componentes. Também foi definida a metodologia de testes envolvendo a especificação de instrumentos, teste em bancada, testes de campo, tratamento de dados e geração de resultados. Os resultados foram posteriormente comparados com aqueles gerados pelo BEM. O aparato construído permitiu estabelecer uma estrutura adequada para futuros testes com rotores eólicos de maiores diâmetros e complexidade tecnológica.

GUIMARÃES, J. S. Sistema de conversão de energia eólica interligado à rede. 2016. 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-29T16:33:51Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_jsguimarães.pdf: 9097252 bytes, checksum: b3f63a86338aeaa5dbc5c5377f0d7a18 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-29T17:46:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_jsguimarães.pdf: 9097252 bytes, checksum: b3f63a86338aeaa5dbc5c5377f0d7a18 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-29T17:46:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_jsguimarães.pdf: 9097252 bytes, checksum: b3f63a86338aeaa5dbc5c5377f0d7a18 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / This master thesis presents the development of a Wind Energy Conversion System (WECS) with Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) operating at variable speed. The energy processing circuit is divided into two stages. In the AC-DC stage, an unidirectional three-phase bridgeless boost topology absorbs the energy supplied by the generator and injects it into the DC link. In this converter, the self-control technique allows the current extraction with low THD and high power factor. Furthermore, a - Maximum Power Point Tracking (MPPT) determines the rotational speed of the generator that will ensure the proper operating point. This mode of operation is maintained while the available power remains lower than the converter rated power. Otherwise, the MPPT algorithm is disabled and a mechanical power control loop ensures the rated power condition. On the DC-AC conversion stage, a three-phase full-bridge inverter, whose control is based on the theory of instantaneous power, provides energy to the grid complying with regulatory requirements. A complete theoretical analysis is presented as well as the simulation results considering the prototype with a rated power of 6 kW equivalent of wind turbine used. Satisfactory experimental results are shown to an output of 3 kW: the efficiency of the total system is above 90%; the current through the generator has a THD of about 2.6% with a power factor of 0.942; moreover, the current injected into the grid has a THD of about 1.639% and a power factor of 0.994. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de conversão de energia eólica (WECS - Wind Energy Conversion System) com gerador síncrono de imã permanente (PMSG - Permanent Magnet Synchronous Generator) operando com velocidade variável. O circuito de processamento de energia é dividido em dois estágios. No estágio AC-DC, uma topologia boost bridgeless trifásica unidirecional absorve a energia fornecida pelo gerador e injeta no link DC. Neste conversor, a técnica de autocontrole permite a extração de corrente com baixa taxa de distorção harmônica (THD – Total Harmonic Distortion) e alto fator de potência. Além disso, um algoritmo de rastreamento do máximo ponto de potência (MPPT - Maximum Power Point Tracking) determina a velocidade de rotação do gerador que irá garantir o ponto adequado de operação. Este modo de operação é mantido enquanto a potência disponível for menor que a potência nominal do conversor. Caso contrário, o algoritmo de MPPT é desabilitado e uma malha de controle de potência mecânica garante a condição nominal de potência. No estágio de conversão DC-AC, um inversor trifásico ponte completa, cujo controle é baseado na teoria das potências instantâneas, provê energia à rede elétrica cumprindo com as exigências normativas. Uma análise teórica completa é apresentada assim como os resultados de simulação considerando o protótipo com a potência nominal de 6 kW equivalente a turbina eólica utilizada. Resultados experimentais satisfatórios são apresentados para uma potência de 3 kW: o rendimento do sistema completo é superior a 90%; a corrente que circula no gerador apresenta THD de aproximadamente 2,6% e fator de potência de 0,942; e a corrente injetada na rede elétrica possui THD de 1,639% e fator de potência de 0,994.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2015-02-11T13:49:31Z No. of bitstreams: 1 dissertação mertrado ultima.pdf: 3011726 bytes, checksum: 9ab4fb2aeed6a99add9ca75870a9af4c (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2015-02-11T13:49:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertação mertrado ultima.pdf: 3011726 bytes, checksum: 9ab4fb2aeed6a99add9ca75870a9af4c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-11T13:49:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertação mertrado ultima.pdf: 3011726 bytes, checksum: 9ab4fb2aeed6a99add9ca75870a9af4c (MD5) / Energia solar concentrada (CSP) poderia oferecer um potencial de cerca de 94.190 MW instalados na região do Semiárido do Nordeste do Brasil, onde os valores de irradiação direita (DNI) são superiores a 2000 kWh/m2/ano. O custo nivelado da energia está fortemente correlacionado com os valores DNI e como os níveis de irradiação do Brasil são moderados, CSP eletricidade não seria viável sob USD 0.20 de kWh em 2014. Embora este é consideravelmente mais caro do que preços correntes das hidrelétricas ou eólicas, é previsto que os preços do CSP vão cair substancialmente devido a efeitos de curva de aprendizagem e massificação. CSP com armazenamento de energia térmica oferece geração de energia de base, embora no cenário energético brasileiro com muita infra-estrutura hidrelétrica para armazenagem de energia é de menor importância. O roteiro CSP do IEA prevê uma participação do CSP no total de eletricidade brasileiro de 1% (1.763 MW*) em 2020, seguido por 5% (13.050 MW*), 8% (30.909 MW*) e 15% (85.788 MW*) a ser alcançado até 2030, 2040 e 2050, respectivamente, considerando-se um crescimento anual de mercado da electricidade de 4%. Além de geração de eletricidade, CSP também poderia fornecer calor de processo industrial economicamente viável e sustentável

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-01T03:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336269.pdf: 44827518 bytes, checksum: b0742be1d133e3433f6ada5fc0679067 (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese aborda a modelagem, o projeto e a otimização, com validação experimental, de máquinas de relutância duplamente alimentadas sem escovas (BDFRM) para sistemas de geração de energia eólica. O objetivo principal dela é de contribuir para o domínio de técnicas de projeto otimizado para a BDFRM através da proposição de uma metodologia baseada em diferentes níveis de modelagem e em otimização. Discute-se como técnicas de otimização podem ser aplicadas em todas as fases de desenvolvimento com objetivos distintos. Especificamente, a metodologia proposta se concentra na definição e na solução iterativa de problemas de otimização com restrições nas saídas utilizando um algoritmo determinístico acoplado a modelos semi-analíticos de diferentes níveis. Como conclusão geral, pode-se afirmar que a BDFRM é potencialmente uma boa candidata para ser utilizada em sistemas de geração de energia eólica. Contudo, aspectos técnicos e econômicos sobre essa escolha devem ainda ser avaliados, comparando-se as diferentes topologias existentes sob o mesmo enfoque metodológico.<br> / Abstract : This thesis addresses the modeling, design and optimization with experimental validation of the Brushless Doubly-Fed Reluctance Machine (BDFRM) for wind power systems. Its main goal is to contribute on mastering the BDFRM optimized design by proposing a methodological approach based on different modeling levels and on optimization. More precisely, it draws its attention on setting the optimization problem and on the iterative solution of a constrained inputs/outputs problem by using a deterministic algorithm. As a general conclusion, the results show that the BDFRM is potentially a good candidate to be used in wind power systems. However, the technical and economic aspects on this choice must be still assessed, analyzing and comparing the overall system solution of distinct topologies within the same framework.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-25T03:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342548.pdf: 5134967 bytes, checksum: 326ba2ac86971415e58e38b714c0af98 (MD5) Previous issue date: 2016 / O Sistema Interligado Nacional (SIN) é um sistema hidrotérmico de grande porte com predominância da geração hidrelétrica que vem passando por transformações significativas em seu perfil de geração devido a inclusão de fontes renováveis intermitentes. Nesse sentido, a energia eólica merece destaque dado que, atualmente a mesma representa 6,06 % da capacidade instalada, prevendo-se que em 2024 essa participação passará para 9,15 %.Com a crescente inserção de geração eólica no SIN e com as grandes restrições à implantação de usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares, novos desafios surgem na operação do sistema. Neste cenário, e considerando que o vento possui uma alta variabilidade e intermitência diária, o que torna difícil a previsão da geração eólica para além de algumas dezenas de horas a frente, novos estudos sobre a energia eólica devem ser realizados no âmbito do planejamento e da operação do SIN. Dentre esses estudos, tem-se a geração de cenários sintéticos de vento, de geração eólica ou de outro parâmetro correlacionado com esse tipo de geração para a inserção nos modelos de planejamento da operação energética.Nesse sentido, esse trabalho apresenta uma análise sobre a geração de cenários hidroeólicos utilizando o modelo autoregressivo periódico (PAR) para o problema do planejamento da operação energética de médio prazo, em que testes de especificação do modelo são realizados nas séries históricas e nas séries sintéticas geradas. Dessa maneira, uma análise é realizada sobre as diversas metodologias e critérios de aplicação do modelo PAR, evidenciando qual metodologia e critério de aplicação são mais adequados para cada tipo de teste da geração de séries sintéticas hidroeólicas.<br> / Abstract : The Interconnected Brazilian Power System (SIN) is a large hydrothermal system with a predominance of hydroelectric generation that has been undergoing significant changes in its generation profile due to the inclusion of intermittent renewable sources. In this sense, wind power deserves prominence given that currently it represents 6.06% of installed capacity, it is expected this share will go to 9.15% by 2024.With the expanding integration of wind power generation in the SIN and the major constraints to implementation of hydroelectric, thermal and nuclear power, new challenges arise in the system operation. In this scenario, and considering the wind has a high variability and daily intermittent, which wind power generation forecasting is difficult beyond a few hours ahead, new studies on wind power must be carried out in the context of the planning and operation of SIN. Among of these studies, there is the scenario generation of wind, wind power or other parameter correlated with this generation type for insertion into the energy operation planning models.In this sense, this work presents an analysis of the wind and hydropower scenario generation in tandem via autoregressive periodic model (PAR) for long-term energy operation planning, which specification tests for the model are performed on historical data and the synthetic series generated. Thus, an analysis is performed on various methodologies and PAR model application criteria, indicating which methodology and application criterion is the most suitable for each type of test.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-21T04:37:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344130.pdf: 4016793 bytes, checksum: cf47b999d21f2e9b5ccc1999f40c9231 (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : Airborne Wind Energy (AWE) is an emerging field of technology that investigates wind power devices capable of remaining airborne either through aerostatic or aerodynamic forces. Consequently, the heavy and expensive tower of conventional horizontal-axis wind turbines is no longer needed, allowing the AWE device to operate at higher altitudes, where the wind tends to be steadier and stronger and, therefore, more power is available. Another claimed advantage is the reduction on overall costs, especially regarding transportation and installation, due to the absence of the tower to withstand the torque caused by the rotating turbine, thus also requiring a simpler foundation. Several AWE concepts have been proposed, among which the pumping kite stands out as one of the simplest and cheapest, essentially comprising a ground winch where energy is generated, and a tethered wing that can be either flexible or rigid. This dissertation contributes to the field of AWE by addressing the pumping kite in four different aspects. The goal is to serve both as a manuscript for the lay reader with some background on physics, aerodynamics, dynamic systems, classic control and optimization techniques, as well as by specialists in either of these areas who intend to carry out deeper investigations. The first contribution is to revisit in detail important models in the literature used to simulate the flight dynamics, to design and to validate control laws. Namely, the 3D two-tether point-mass wing (to which modifications are proposed), the massless wing in dynamic equilibrium, the course angle dynamics and the logarithmic wind shear model are addressed. The second contribution is a comparative study of flight controllers whose references are computed separately from the ground winch control, in a decentralized topology. A two-loop approach is considered, where the outer loop defines a reference trajectory and generates a reference for the course angle, which is then tracked in the inner loop by manipulating the steering input of the tethered wing. A third contribution is the formulation of an optimization problem to choose the operating parameters of the traction and retraction phases that yield the maximum cycle power. One of the main findings is that, by reeling out at a lower speed than the value that maximizes the traction power, the duty cycle increases and, thereby, also the cycle power. The last major contribution is to reinterpret Loyd?s lift (the pumping kite traction phase) and drag modes as particular cases of the actuator disc considered in the derivation of the Betz limit for power extraction from the wind. The expression for the lift mode power coefficient is formulated using blade element momentum theory.<br> / Energia eólica aérea (Airborne Wind Energy (AWE), em inglês) é uma tecnologia de energia renovável que trata de dispositivos que aproveitam a energia cinética do vento e são capazes de se manter no ar através de forças aerostáticas ou forças aerodinâmicas. Este campo de estudos vem atraindo cada vez mais pesquisas devido a duas grandes vantagens previstas sobre a tecnologia convencional de turbinas de eixo horizontal. A primeira vantagem é que a substituição da torre por cabos de comprimento variável permite ao dispositivo operar em altitudes mais elevadas, onde os ventos tendem a soprar mais consistentemente e a uma velocidade maior, caracterizando, portanto, um potencial energético maior. A segunda vantagem é uma redução substancial nos custos do empreendimento, especialmente nos quesitos de transporte e instalação, devido à ausência de uma torre que deva suportar o torque causado pela operação da turbina. Assim, acredita-se que a fundação para o ponto de ancoragem do sistema também se torna mais simples e barata. Os dispositivos de AWE que mantêm-se em voo através de forças aerodinâmicas são denominados de aerofólios cabeados . Várias estruturas com aerofólios cabeados já foram propostas, dentre as quais destaca-se o pumping kite por ser uma das mais simples e de menor custo. O pumping kite consiste, essencialmente, de duas unidades uma de solo e a outra, de voo com possíveis variações quanto ao tipo de aerofólio (rígido ou flexível), número e função dos cabos, atuadores para controle de voo no solo ou junto ao aerofólio, etc. Em uma das configurações mais usuais, tem-se uma máquina elétrica no solo acoplada a um carretel através de uma redução mecânica. À medida em que o aerofólio descreve uma trajetória que visa maximizar a força de tração no cabo, este desenrola-se do carretel, fornecendo potência mecânica à máquina elétrica que, nessa fase, opera como gerador. Quando o comprimento de cabo atinge um valor pré-determinado, encerra-se a fase de tração e inicia-se a fase de recolhimento, durante a qual a máquina elétrica opera como motor para enrolar o cabo até seu comprimento inicial. Para isto o aerofólio é reconfigurado para uma condição de baixa força aerodinâmica, permitindo o recolhimento com um pequeno gasto energético e, assim, aumentando a potência média entregue à rede (potência de ciclo) ao final deste ciclo com duas fases. A unidade de voo é composta essencialmente pelo aerofólio, por um microcomputador embarcado e pelos atuadores de controle de voo. Esta tese visa contribuir à área de AWE em quatro diferentes aspectos. O objetivo é servir tanto como um documento para o leitor leigo interessado no assunto e que tenha conhecimentos em física, aerodinâmica, sistemas dinâmicos, controle clássico e otimização, bem como uma referência para especialistas que estejam buscando avançar em qualquer uma destas frentes. A primeira contribuição é a discussão em detalhes de alguns modelos importantes usados para a simulação, análise e projeto de controladores de voo para aerofólios cabeados. Dentre estes modelos está o aerofólio ponto de massa com dois cabos, cuja construção é explicada passo-a-passo, incluindo a proposição de pequenas modificações relativas ao efeito da massa dos cabos nas equações de movimento. Em seguida também é feita a derivação do modelo que representa a dinâmica do ângulo de curso ( ângulo de giro ) do aerofólio, que é uma variável frequentemente utilizada para o controle de voo. Um terceiro modelo discutido é o modelo logarítmico que descreve a variação da intensidade média do vento de acordo com o coeficiente de rugosidade do solo. Para fins ilustrativos, o modelo foi interpolado para algumas localidades com base em um banco de dados norte-americano aberto ao público. A segunda contribuição desta tese é um estudo comparativo sobre abordagens para controle de voo em uma topologia decentralizada, na qual as leis de controle da unidade de solo e de voo são computadas separadamente. O controle de voo utiliza uma estratégia com duas malhas em cascata. Durante a fase de tração, uma opção é a malha externa utilizar a lemniscata de Bernoulli como referência para a trajetória de oito deitado desejada para o voo do aerofólio. Com base no erro de seguimento da lemniscata, é gerada uma referência para o ângulo de curso, que é repassada à malha interna. Já para a fase de retração, a referência do ângulo de curso é mantida apontando para o zênite, fazendo com que o aerofólio saia da zona de potência (condição de vento cruzado, crosswind) e possa ser recolhido com baixo gasto energético. Uma outra possibilidade discutida, mais simples, é o uso de apenas dois pontos de atração (atratores) como referência de posição do aerofólio na malha externa, com apenas um dos atratores ativo. Assim que o aerofólio cruza a coordenada azimute de um atrator, o outro torna-se o ativo, levando o aerofólio a executar uma curva e, dessa forma, realizar a trajetória desejada de oito deitado. Devido à descontinuidade no erro de seguimento quando chaveia-se entre os atratores, ocorre uma descontinuidade no sinal de controle, razão pela qual esta estratégia é conhecida como bang-bang . É discutido como o bang-bang pode ser vantajoso no caso de aerofólios cabeados com um curto perímetro (comprimento de arco) da trajetória, situação em que o período de amostragem do controle torna-se relativamente grande, o que dificulta a estabilização do controle. Por outro lado, no caso de trajetórias com perímetro maior, a ausência de um percurso bem definido entre os dois atratores pode resultar em uma trajetória aproximadamente geodésica ( reta angular), afastando-se, assim, das trajetórias ótimas de oito deitado sugeridas na literatura. Neste caso, a opção com a lemniscata de Bernoulli pode tornar-se vantajosa. Para a malha interna do controle de voo também foram investigadas algumas alternativas, entre as quais um controlador proporcional. Usando o modelo da dinâmica do ângulo de curso linearizado em alguns pontos principais, é computado o intervalo do ganho proporcional que garante estabilidade em malha fechada, supondo conhecidos os parâmetros do modelo. Também com base no mesmo modelo do ângulo de curso, projetou-se um controlador de realimentação linearizante que impõe uma dinâmica estável de primeira ordem ao erro de rastreamento da malha interna. Tal controlador linearizante requer, em sua lei de controle, o conhecimento da derivada da referência do ângulo de curso. Dado que esta derivada pode ser difícil de se obter, na prática, com baixo ruído, é investigada uma variante do controlador linearizante sem a mencionada derivada. Considerando, para os três controladores, aproximadamente a mesma constante de tempo do sistema em malha fechada, o controlador linearizante completo obteve o melhor desempenho, seguido pelo proporcional, enquanto o linearizante sem derivada da referência do ângulo de curso ficou com o pior desempenho. Uma terceira contribuição ao estudo do pumping kite é a formulação de um problema de otimização para um ciclo de operação, considerando-se a topologia de controle decentralizado. Já que a lei de controle de voo é computada separadamente da unidade de solo, é necessário determinar os valores de alguns parâmetros de operação cuja escolha pode ter um impacto significativo na potência de ciclo. Mostra-se como a potência média durante a fase de tração varia em função do ângulo de ataque médio, e como o ângulo de ataque base pode ser determinado para operar-se no ponto de máxima potência. A fase de tração é parametrizada em termos de um ângulo de ataque base, uma velocidade de desenrolamento, um ângulo polar médio da trajetória, e um comprimento médio do cabo. Já a fase de retração é parametrizada por meio de dois coeficientes que definem a inclinação das rampas de força de tração e ângulo de ataque base, e dois patamares ao final destas rampas. São consideradas restrições no mínimo ângulo de ataque importante no caso de aerofólios flexíveis e na máxima velocidade de enrolamento alcançada pela máquina elétrica. A ideia é reduzir a força de tração e o ângulo de ataque do aerofólio enquanto a velocidade de enrolamento aumenta e, dessa forma, obter-se uma fase de retração eficiente. Para fins ilustrativos, o problema de otimização é resolvido para os valores de patamar através de uma busca em grid, enquanto os coeficientes de inclinação de rampa são definidos de maneira ad hoc. Entre as principais conclusões está que, para o aerofólio do tipo foil (ram-air) kite com 12 m2 de área projetada sujeito a um vento nominal de aproximadamente 10 m/s, ao desenrolar-se o cabo a 2.3 m/s, o que corresponde a uma redução de 25.8 % com relação à velocidade que maximiza a potência na fase de tração, obtém-se um acréscimo de 9.3 % na potência de ciclo. Com base em um método simplificado para cálculo da potência de ciclo, também é obtida a curva de potência do pumping kite, discutindo-se as suas distintas regiões de operação. A última contribuição desta tese refere-se à interpretação dos aerofólios cabeados como um caso específico do disco atuador considerado na derivação do limite de Betz para extração de potência do vento. No caso do disco atuador, a potência extraída é abstraída como o produto entre o empuxo sofrido pelo disco e a velocidade do vento atravessando o disco. No caso da turbina eólica de eixo horizontal, a potência dá-se pelo produto entre o torque no disco e a sua velocidade angular. Já no caso do modo de sustentação de Loyd (a fase de tração do pumping kite), a potência decorre do produto entre o empuxo no disco e a velocidade de translação do disco no sentido do vento (velocidade de desenrolamento ). Finalmente, no caso do modo de arrasto de Loyd (turbina acoplada ao aerofólio cabeado), a potência aproveitada surge do produto entre a velocidade tangencial do disco e a força de arrasto (empuxo) sofrida pela turbina. A tese é concluída com a formulação da expressão do coeficiente de potência para o modo de sustentação de Loyd, evidenciando-se o problema do cálculo dos fatores de indução axial, radial, e o ângulo de ataque parcial para cada anel do disco.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-21T05:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344103.pdf: 2411602 bytes, checksum: 1f315b107644c3c256a32f200a0bda88 (MD5) Previous issue date: 2016 / O sistema Elétrico Brasileiro (SEB) é um sistema hidrotérmico com predominância de geração hidrelétrica, porém ao longo dos últimos 10 anos a geração eólica vem ocupando um percentual significativo da matriz energética com forte tendência de crescimento. As incertezas associadas a essa geração, como consequência da forte dinâmica dos ventos, traz novos desafios para o planejamento da operação do Sistema Interligado Nacional (SIN). Nessa dissertação apresentam-se os resultados da análise e da avaliação multiárea do desempenho do sistema de geração de energia elétrica, considerando os subsistemas que compõem o SIN com foco no planejamento e operação de longo-prazo e considerando a inclusão do recurso eólico na matriz energética. A partir do estudo da reserva estática e operacional de longo-prazo, avalia-se a adequação do sistema composto através da análise dos índices tradicionais de confiabilidade (índices de risco), capazes de fornecer informações importantes para auxiliar o Operador do Sistema nas tomadas de decisões relativas ao planejamento do Sistema.<br> / Abstract : The Electric Brazilian Power System (SEB) is a large hydrothermal system with predominance of hydroelectric generation, but over the last 10 years, wind generation has been occupying a significant percentage of the energy matrix, with strong growth trend. Uncertainties associated with this generation as a result of the strong dynamic of the winds, brings new challenges for planning the operation of the National Interconnected System (SIN). This dissertation presents the results of the analysis and evaluation Multiarea performance of the power generation system, considering the subsystems that compose the Brazilian system focused on planning and long-term operation and considering the inclusion of the wind resource in energy matrix. From the study of the static and operational reserve long-term, is evaluating the adequacy of the system made by analyzing the traditional indices of reliability (risk indices), able to provide important information to assist the System Operator in making decisions relating to the planning system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344644.pdf: 4287031 bytes, checksum: df51b0a1e8a46a3d53e3196cbbb16141 (MD5) Previous issue date: 2016 / A demanda por fontes de energia renováveis limpas é um fenômeno de escala mundial. O Brasil acompanha essa tendência e, desde 2009, vem incentivando o crescimento destas formas de geração de energia. Particularmente, a energia eólica chama atenção pela velocidade com que se expande no país. Por outro lado, este mercado tem apresentado resultados que precisam ser devidamente analisados. Estudos realizados com parques eólicos em operação no Brasil mostram que muitos destes estão produzindo abaixo do esperado, um problema que afeta o proprietário do parque, em termos de receita; o governo, em termos de planejamento estratégico e fornecimento de energia; e a população, que paga por uma energia mais cara e que não tem ainda a devida garantia de disponibilidade. Em face deste contexto, apresenta-se um Modelo para Garantia da Disponibilidade de Turbinas Eólicas, fundamentado na organização e sistematização do conhecimento, e estruturado em técnicas para prover ações de manutenção. Pretende-se que as soluções desenvolvidas contribuam para adequar a quantidade de energia produzida ao nível da estimada nos diversos parques eólicos já em funcionamento no Brasil. Com o intuito de facilitar e viabilizar a aplicação do modelo proposto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional denominada MADE. Tanto o modelo, quanto o software, passaram por um processo de validação, junto a profissionais do setor eólico e da área de metodologia e sistematização, a fim de autenticar sua aplicabilidade e resposta ao problema. Os resultados obtidos indicam que a solução proposta é, de fato, um caminho para suportar a gestão de manutenção com vistas à garantia de disponibilidade dos parques eólicos em operação.<br> / Abstract : The demand for clean renewable energy sources is a worldwide phenomenon. Brazil follows this trend and since 2009 has encouraged the growth of these forms of energy generation. Particularly wind power draws attention due the fast expansion in the country. In the other hand, this same market has shown results that must be properly analyzed. Studies of wind farms in operation in Brazil show that many of these parks are producing below the expectations: a problem that affects the owner of the park in terms of revenue; the government, in terms of strategic planning and energy supply; and the people who pay for a more expensive energy and that does not present the due availability guarantee. Given this context, one presents a Model for Availability Guarantee of Wind Turbines, based on the organization and systematization of knowledge, and structured techniques to provide maintenance actions. The solutions presented aims to contribute for the adequacy of the quantity of energy produced by the several wind farms already operating in Brazil. For the purpose of facilitate and make viable the implementation of the proposed model, a computational tool called MADE was developed. Both model and software went through a validation process with professionals of the wind sector and the methodology and systematization area in order to authenticate their applicability and response to the problem. The results indicate that the proposed solution is indeed one way to support the maintenance management to guarantee availability of farms in operation.