Diante do cenÃrio atual, a substituiÃÃo do tradicional modelo de geraÃÃo hidrotÃrmico para hidroeÃlioelÃtrico no Brasil à bastante promissor. Deve-se ressaltar que o sistema elÃtrico brasileiro tem se baseado, hà dÃcadas, na geraÃÃo hidrÃulica auxiliada por fontes tÃrmicas oriundas de combustÃveis fÃsseis. Recentemente, fontes de energia renovÃvel como a de biomassa, a solar e a eÃlica vÃm tambÃm sendo utilizadas. A participaÃÃo das fontes eÃlicas tem sido significante desde 2005, tendo o Estado do Cearà demonstrado grande potencial para exploraÃÃo desse recurso. Para amparar essa inserÃÃo na matriz energÃtica cearense, os perfis dos fatores de capacidades sÃo avaliados, neste trabalho, visando o planejamento de produÃÃo de energia elÃtrica nos parques eÃlicos. Para os parques eÃlicos em operaÃÃo, constata-se que a velocidade mÃdia horÃria dos ventos ao longo do perÃodo analisado à de 8,54 m/s, conforme base de dados analisada entre 2012 e 2014. As funÃÃes de probabilidade de Rayleigh e Weibull permitiram tambÃm comparar os fatores de capacidade encontrados na simulaÃÃo com os dados verificados, entre os anos 2009 e 2014, em 35 plantas eÃlicas enquadradas, conforme procedimento de rede do ONS, com o objetivo de avaliar a variaÃÃo desse indicador. AlÃm disso, à possÃvel analisar comparativamente o valor real dos fatores de capacidade em funÃÃo dos valores planejados. O fator de capacidade mÃdio, determinado empiricamente, nas plantas em operaÃÃo à 39,9%, sendo que o valor correspondente Ãs curvas de distribuiÃÃo de probabilidade da velocidade do vento, o FC mÃdio, à 48%. Dessa forma, conclui-se que a alteraÃÃo do modelo hidrotÃrmico para hidroeÃlicoelÃtrico para algumas regiÃes do Brasil à viÃvel e de significativa importÃncia, tendo em vista os cenÃrios atu-ais de nossa reserva hÃdrica. O estudo ainda permite constatar que os parques eÃlicos atualmente representam 23,7% de participaÃÃo da demanda de carga no Estado do CearÃ, que corresponde atualmente a 2 GWp. Assim, à perfeitamente possÃvel se alterar a participaÃÃo para 40%, aumentando-se em 12,3% a capacidade instalada no Estado. Em outros termos, isso significa aumentar a atual participaÃÃo de 1,1 GW para 2 GW de potÃncia instalada, sendo que o fator de capacidade mÃdio de 475 MW mÃdios ao ano passaria a ser de 800 MW mÃdio, o que permitiria a maior diversificaÃÃo da matriz energÃtica cearense. Essa diferenÃa à estimada em 325 MW mÃdios, o que corresponde a mais 30 parques eÃlicos de 30 MW cada. / Given the current scenery in Brazil, the replacement of the traditional hydrothermal-based power generation model for a hydro/wind-based one is very promising. It is worth to mention that the Brazilian power system has been based on hydropower generation for decades, but the energy matrix was gradually supplemented by the addition of thermal sources derived from fossil fuels. Recently, renewable energy sources such as biomass, solar, and wind have also been included. Within this context, the participation of the wind power has become significant since 2005, while the state of Cearà has shown great potential for the exploitation of such energy resource. In order to support the integration of the wind power to Cearà energy matrix, the profiles of capacity factors are evaluated in this work aiming at energy planning regarding wind farms. Considering the wind farms currently in operation, it can be stated that the hourly average wind speed for the analyzed period is 8.54 m/s for the database among the years 2012 and 2014. The Rayleigh and Weibull distribution functions also allow comparing the capacity factors obtained in simulation tests and actual data for the period between 2009 and 2014, involving 35 wind farms, defined according to the ONS grid procedures. Besides, it is possible to effectively compare the actual capacity factors with the predicted ones. The average capacity factor, which has been determined empirically in operating plants, is 39.9%, while the value corresponding to the distribution function curves, the FCavg, is 48%. Thus, the replacement of the current hydrothermal generation model for a hydro-wind-power-based one, in some regions of Brazil, is viable and of great importance within the current scenery of water reserves. The study also reveals that wind farms now account for 23.7% of the load demand in the state of CearÃ, which is currently equal to 2 GWp. It is then possible to increase its contribution to 40%, thus increasing the installed capacity by 12.3%. In other words, it implies increasing the installed power from 1.1 GW to 2 GW, while the average capacity factor of 475 MWavg per year is increased to 800 MWavg, with the consequent diversification of Cearà energy matrix. This difference is estimated at 325 MWavg, which corresponds to more than 30 wind farms rated at 30 MW each

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-20T15:19:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ANÁLISE OPERACIONAL DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO COM ALTA CONCENTRAÇÃO DE 10 kWp INTERLIGADO À REDE.pdf: 7127801 bytes, checksum: 39d3f0fe3404be063b56673557bb9d3d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-20T15:19:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ANÁLISE OPERACIONAL DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO COM ALTA CONCENTRAÇÃO DE 10 kWp INTERLIGADO À REDE.pdf: 7127801 bytes, checksum: 39d3f0fe3404be063b56673557bb9d3d (MD5) Previous issue date: 2015-08-13 / CNPq / No presente estudo foi avaliado o comportamento da eficiência na geração de energia, desempenho e influência sobre os parâmetros de operação da rede elétrica de um Sistema Fotovoltaico de Alta Concentração (HCPV- High Concentrating Photovoltaics) interligado à rede em condições reais de operação. O sistema foi instalado no Departamento de Energia Nuclear (DEN) da UFPE. Os ensaios experimentais, realizados com medições do recurso solar incidente no local de instalação, permitiram estabelecer o comportamento da energia gerada em condições instantâneas, médias diárias e mensais. O sistema HCPV foi comparado com um sistema convencional de Silício policristalino (Si-P), de capacidade similar, operando nas mesmas condições meteorológicas durante o mesmo período. Ao longo do período de análise verificou-se que devido ao alto índice de nebulosidade, o recurso solar em Recife não promove condições vantajosas para o aproveitamento da elevada eficiência de conversão do sistema HCPV, em média 22%, chegando a níveis de 26%. Quando comparado com o sistema Si-P, embora o sistema HCPV apresente uma eficiência maior, o mesmo gerou, em Recife, 22% a menos de energia que o sistema Si-P, devido à capacidade do Si-P de aproveitar a irradiância global, em média 40% maior que a direta normal vista pelo sistema HCPV. Para realizar uma comparação entre o desempenho e a energia gerada pelos dois sistemas foi utilizado o índice de desempenho (PR - Performance Ratio) e o fator de capacidade. Uma simulação com base nos resultados experimentais, comparando os dois sistemas, foi realizada para as cidades de Petrolina (PE), São Martinho (RS) e Barra (BA). Verificou-se que o sistema HCPV é capaz de gerar 9% a mais de energia em Petrolina que o Si-P. Os valores obtidos para São Martinho e Barra foram 22% e 32% superiores, respectivamente. Os resultados mostram que o sistema HCPV pode vir a ser viável para as localidades, com elevados níveis de irradiância direta. Foi possível verificar que devido à pequena potência instalada do sistema HCPV (10 kWp) - comparada ao nível de consumo de energia do DEN - não houve influência apreciável sobre os parâmetros de operação da rede elétrica. / This work presents an analysis of the power generation, efficiency’s behavior, performance and influence on the electrical grid of a High Concentrating Photovoltaic system (HCPV) connected to the grid operating under real conditions. The system was installed at Nuclear Energy Department (DEN) - UFPE. The experimental tests, with measurements of the solar radiation resources at the installation site, allowed establishing the behavior of generated energy in instantaneous conditions, daily and monthly averages. The HCPV system was compared with a conventional polysilicon (Si-P) system, similarly capacity, operating under the same weather conditions over the same period. Along the analysis period, it was found that due to the high amount of cloud cover, the solar resource in Recife does not promote favorable conditions to take advantage of the high conversion efficiency of the HCPV system, with average of 22%, reaching levels of 26%. When compared with the Si-P system, although the HCPV presents higher efficiency, it has generated, in Recife, 22% less energy than the Si-P system due to the ability of the Si-P to take advantage of the global irradiance, in average 40% higher than the direct normal irradiance “view” by the HCPV system. Making a comparison of the performance and of the energy generated by the two systems we used the performance ratio (PR - Performance Ratio) and capacity factor. A simulation based on the experimental results, comparing the systems, was held for the cities of Petrolina (PE), St. Martin (RS) and Barra (BA). It was found that the HCPV system is capable to generate 9% more energy in Petrolina than the Si-P. The values obtained for St. Martin and Barra were 22% and 32% larger, respectively. The results show that the HCPV system could be viable for locations with high levels of direct irradiance. The analysis of the behavior of the HCPV system connected to electrical grid shows that due to the small installed capacity of HCPV system (10kWp) - compared to the level of the Nuclear Energy Department power consumption - no appreciable influence on the operating parameters of the electric grid could be detected.

[pt] Os modelos GAS (generalized autoregressive score) são modelos de séries temporais com parâmetros variantes no tempo, os quais possuem sua evolução ditada pelo vetor score ponderado da função de verossimilhança. A avaliação da verossimilhança nestes modelos é bastante simples, bem como incorporação de efeitos como assimetria, memória longa e outras dinâmicas. Por serem baseados no score da verossimilhança, exporta-se a estrutura completa da distribuição preditiva para o mecanismo de atualização dos parâmetros, e não apenas a média ou momentos de ordem superior. Estas características, somadas á capacidade de lidar com processos multivariados e não estacionários, tornam a classe em estudo uma nova alternativa para a construção de modelos com parâmetros variantes, particularmente para séries temporais não gaussianas. Nesta dissertação, foram desenvolvidos modelos GAS univariados para a análise das séries mensais de vazão do Rio Paraibuna (MG) e de fator de capacidade de uma usina é olica não divulgada do Nordeste, utilizando as distribuições gama e beta, respectivamente. Além disso, foi derivado um novo modelo GAS bivariado com marginais gama e beta para a modelagem conjunta dos processos de vazão e vento, de modo a explorar a complementaridade sazonal entre as séries. / [en] The GAS models (generalized autoregressive score) are time series models with time-varying parameters, which have their update mechanism drived by the scaled score of the likelihood function. The likelihood evaluation in these models is quite simple, as well as the incorporation of effects like asymmetry, long memory and other dynamics. Because they are based in the scaled score of the likelihood, it exploits the full structure of the predictive distribution to the update mechanism of the parameters, and not just mean or higher order moments. These characteristics, coupled with the ability to handle with multivariate and non-stationary processes, make the studied class a new alternative to the construction of models with time-varying parameters, particularly for non-Gaussian time series. In this dissertation, univariate GAS models were developed to analyze monthly series of streamflow of Paraibuna river (MG) and of capacity factor of a wind farm undisclosed in Northeast, using the gamma and beta distributions, respectively. In addition, a new bivariate GAS model with gamma and beta marginals was derived for the joint modeling of the streamflow and wind processes, in order to explore the seasonal complementarity between the series.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2006. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-14T23:00:46Z No. of bitstreams: 1 acunha,i.c.pdf: 3231145 bytes, checksum: 59b7e3a2e51d332d1eb99c5b968beb88 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-04T16:01:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 acunha,i.c.pdf: 3231145 bytes, checksum: 59b7e3a2e51d332d1eb99c5b968beb88 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-04T16:01:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 acunha,i.c.pdf: 3231145 bytes, checksum: 59b7e3a2e51d332d1eb99c5b968beb88 (MD5) Previous issue date: 2006 / O objetivo deste trabalho é analisar o desempenho de um gerador eólico de pequeno porte. Para isto foi instalado um aerogerador de velocidade variável com potência nominal de 250 W. O aerogerador utiliza o sistema de estol ativo para controle de rotação e proteção, maximizando a eficiência aerodinâmica, minimizando a complexidadee os custos de fabricação do sistema os quais poderiam ser impeditivos à geração de energia com estes equipamentos em função da sua pequena capacidade de geração. Para monitoramento do sistema foi instalada uma torre anemométrica contendo dois anemômetros de três conchas, um sensor de direção do tipo leme direcional e um sistema de aquisição e armazenamento de dados (data logger), um amperímetro tipo alicate utilizado para medição da corrente elétrica e um voltímetro para medição da tensão, ambos com um sistema de armazenamento de dados e um medidor de energia. Com os dados de vento medidos no local e a potência convertida, calculada através da tensão e corrente elétrica produzida pelo aerogerador foi construída acurva de potência deste e comparada com a curva de potência fornecida pelo fabricante, onde concluímos que o desempenho deste foi muito próximo do desempenho apresentado pelo fabricante, sendo em algumas situações superior. O gráfico do coeficiente de potência deste aerogerador foi construído a fim de verificar a relação entre a potência real convertida e o potencial eólico disponível para as diversas velocidades do vento experimentadas. Com os dados de vento tratados estatisticamente utilizando a função densidade de probabilidade de Weibull e a curva de potência, foi calculada aenergia convertida pelo aerogerador e o seu fator de capacidade, o qual representa a relação entre a energia convertida pelo aerogerador em um certo intervalo de tempo e a energia existente no vento para o mesmo intervalo. Foi concluído que o aerogerador possui um desempenho aceitável para as velocidades do vento a que o mesmo foi submetido durante a operação. / This study aims to analyze the performance of a small wind turbine. Thus, it was set up a wind turbine of variable speed with nominal power of 250W. The wind turbine uses the active stall system to control rotation and protection, maximizingthe aerodynamic efficiency, minimizing the complexity and the manufacturing costs of the system, which could be hindering for energy production with such equipment once it has a small generation capacity. In order to monitor the system it was installed an anemometric tower with two anemometers of three shells, a direction sensor with directional rudder and a data acquisition and storing system (data logger), an amperimeter pincers-typeused for measuring electric current and one voltmeter for tension measuring, both with a data storing system and an energy gauger. With the data from wind measured in the place and the power converted, calculated by tension and electric current produced by the wind turbine, it was built its power curve and compared with power curve provided by the marker, where weconcluded that the performance of this wind turbine was very close to the performance shown by the marker, and on some occasions even higher. The graphic of the power coefficient of this wind turbine was constructed in order to examine the relation between the real power converted and the wind power available for the different wind velocities. With the data from the wind statistically seen using the function of Weibull`s density of probability and the power curve, it was calculated the converted energy by the wind turbine and its capacity factor, which represents the relationship between the wind turbine converted energy and the available wind energy at the same time interval. We conclude that, by the power coefficient that the wind turbine performs acceptable within the wind speeds under which it was submitted during the operation.

O uso de fundações por estacas helicoidais tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, devido às suas vantagens comparadas a outros tipos de fundação, como a sua rápida instalação e sua capacidade de resistir simultaneamente a esforços de tração e de compressão. No entanto, os métodos de previsão do comportamento deste tipo de fundação submetida a esforços de tração (denominadas ancoragens helicoidais neste caso), ainda são insatisfatórios, e normalmente são observadas discrepâncias entre os resultados estimados por métodos teóricos e medidos em provas de carga. Entre outras razões, estas diferenças ocorrem principalmente pelo fato dos efeitos da instalação destas ancoragens no solo não serem considerados nos métodos de previsão disponíveis. No momento da instalação, os parâmetros do solo atravessado são modificados, e como é o volume de solo alterado que deve resistir ao carregamento da ancoragem sob tração, é essencial entender e quantificar este efeito de instalação para uma previsão adequada da capacidade de carga deste tipo de ancoragem. Para contribuir com o entendimento deste efeito, no presente trabalho foram realizadas simulações numéricas com o software FLAC3D, para se conhecer as modificações ocorridas no solo devido à instalação de uma ancoragem helicoidal em areia compacta. Para este fim, na simulação do solo penetrado pela hélice, foram reduzidos os valores de ângulo de atrito e do módulo de elasticidade da areia. O modelo foi validado por meio da comparação com a curva carga-deslocamento obtida experimentalmente em ensaios realizados em centrifuga. Após o ajuste do modelo numérico, foi realizada uma análise paramétrica com o objetivo de investigar o efeito da instalação no fator de capacidade de carga (Nq). Por meio da análise paramétrica também foram avaliados o deslocamento da ancoragem sob carga máxima e as tensões horizontais atuantes na superfície de ruptura. Os resultados estimados de Nq foram comparados com estudos anteriores, e mostraram um bom ajuste com resultados de provas de carga in situ e em centrifuga. Além disso, o estudo paramétrico indicou que as tensões horizontais atuantes na zona de ruptura são distribuídas em forma de tronco de cone, e variam de acordo com o diâmetro da hélice. / The use of helical foundations has increased considerably in recent years due to its advantages compared to other types of foundations, such as rapid installation and the capacity of resisting tensile and compressive loads. However, the methods normally used to predict the behavior of this type of foundation under tensile loads (called helical anchors in this case), are still unsatisfactory, and discrepancies are usually observed between the results estimated by theoretical methods and measured in load tests. Among other reasons, these differences occur mainly because the effects of helical anchor installation in the soil are not considered in the available predicting methods. During installation, the parameters of the soil penetrated are modified, and since it is this disturbed soil volume that must support the loading of the anchor under tension, it is essential to understand and quantify this installation effect for an adequate prediction of the uplift capacity of this type anchor. In order to contribute to the understanding of this effect, in the present work numerical simulations with the software FLAC3D were performed to evaluate the modifications occurred in the soil due to the installation of a helical anchor in dense sand. For this purpose, in the simulation of the soil penetrated by the helices, the values of friction angle and modulus of elasticity of the sand were reduced. The model was validated by means of the comparison with a load-displacement curve obtained experimentally in centrifuge model tests. After adjusting the numerical model, a parametric analysis was carried out to investigate the effect of the installation on the breakout factor (Nq). The parametric analyses were also used to investigate the anchor displacement at the peak load and the horizontal stresses acting on the failure surface. The estimated Nq values were compared with previous studies, and showed a good agreement with experimental results obtained by field and centrifuge tests. Additionally, the parametric study indicated that the horizontal stresses acting on the failure zone are distributed in the shape of a truncated cone, and vary with the helix diameter.

O uso de fundações por estacas helicoidais tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, devido às suas vantagens comparadas a outros tipos de fundação, como a sua rápida instalação e sua capacidade de resistir simultaneamente a esforços de tração e de compressão. No entanto, os métodos de previsão do comportamento deste tipo de fundação submetida a esforços de tração (denominadas ancoragens helicoidais neste caso), ainda são insatisfatórios, e normalmente são observadas discrepâncias entre os resultados estimados por métodos teóricos e medidos em provas de carga. Entre outras razões, estas diferenças ocorrem principalmente pelo fato dos efeitos da instalação destas ancoragens no solo não serem considerados nos métodos de previsão disponíveis. No momento da instalação, os parâmetros do solo atravessado são modificados, e como é o volume de solo alterado que deve resistir ao carregamento da ancoragem sob tração, é essencial entender e quantificar este efeito de instalação para uma previsão adequada da capacidade de carga deste tipo de ancoragem. Para contribuir com o entendimento deste efeito, no presente trabalho foram realizadas simulações numéricas com o software FLAC3D, para se conhecer as modificações ocorridas no solo devido à instalação de uma ancoragem helicoidal em areia compacta. Para este fim, na simulação do solo penetrado pela hélice, foram reduzidos os valores de ângulo de atrito e do módulo de elasticidade da areia. O modelo foi validado por meio da comparação com a curva carga-deslocamento obtida experimentalmente em ensaios realizados em centrifuga. Após o ajuste do modelo numérico, foi realizada uma análise paramétrica com o objetivo de investigar o efeito da instalação no fator de capacidade de carga (Nq). Por meio da análise paramétrica também foram avaliados o deslocamento da ancoragem sob carga máxima e as tensões horizontais atuantes na superfície de ruptura. Os resultados estimados de Nq foram comparados com estudos anteriores, e mostraram um bom ajuste com resultados de provas de carga in situ e em centrifuga. Além disso, o estudo paramétrico indicou que as tensões horizontais atuantes na zona de ruptura são distribuídas em forma de tronco de cone, e variam de acordo com o diâmetro da hélice. / The use of helical foundations has increased considerably in recent years due to its advantages compared to other types of foundations, such as rapid installation and the capacity of resisting tensile and compressive loads. However, the methods normally used to predict the behavior of this type of foundation under tensile loads (called helical anchors in this case), are still unsatisfactory, and discrepancies are usually observed between the results estimated by theoretical methods and measured in load tests. Among other reasons, these differences occur mainly because the effects of helical anchor installation in the soil are not considered in the available predicting methods. During installation, the parameters of the soil penetrated are modified, and since it is this disturbed soil volume that must support the loading of the anchor under tension, it is essential to understand and quantify this installation effect for an adequate prediction of the uplift capacity of this type anchor. In order to contribute to the understanding of this effect, in the present work numerical simulations with the software FLAC3D were performed to evaluate the modifications occurred in the soil due to the installation of a helical anchor in dense sand. For this purpose, in the simulation of the soil penetrated by the helices, the values of friction angle and modulus of elasticity of the sand were reduced. The model was validated by means of the comparison with a load-displacement curve obtained experimentally in centrifuge model tests. After adjusting the numerical model, a parametric analysis was carried out to investigate the effect of the installation on the breakout factor (Nq). The parametric analyses were also used to investigate the anchor displacement at the peak load and the horizontal stresses acting on the failure surface. The estimated Nq values were compared with previous studies, and showed a good agreement with experimental results obtained by field and centrifuge tests. Additionally, the parametric study indicated that the horizontal stresses acting on the failure zone are distributed in the shape of a truncated cone, and vary with the helix diameter.