Este trabalho apresenta uma configuração alternativa para a dessalinização de água e geração de energia elétrica com recurso à energia eólica. Trata-se de um modelo físico que permite armazenar água do mar ou água salobra sob a forma de energia potencial gravitacional, através do seu bombeamento até um reservatório a uma determinada altura. O bombeamento é feito com o recurso à energia do vento. Uma vez, tendo a água sida acumulada no reservatório, sua energia potencial gravitacional EPG é usada para a sua dessalinização ou/e para a geração de eletricidade. O referido modelo é semelhante a um grupo de bombas de pistões. Os pistões possuem formato especial de modo que se consiga obter pressões elevadas suficientes quer para a dessalinização de água por osmose reversa, quer para a geração de eletricidade através de turbinas Pelton. Consegue-se o movimento alternado dos pistões a partir da transferência da energia da água acumulada (EPG) através dum sistema de roldanas e contrapesos. Assim sendo, provar que o modelo é capaz de transformar a EPG de baixa pressão (inferior a 2 bar) em energia cinética de um fluxo com alta pressão (superior a 55 bar) se apresenta como o foco principal deste trabalho. Com esse foco em mira, construiu-se um protótipo com o objetivo de demonstrar a viabilidade técnica da proposta. Imagens do protótipo são apresentadas neste trabalho. Em relação à osmose reversa, a referida configuração difere do que é convencional em plantas de dessalinização que usam esse processo, pelo fato de contemplar o uso de EPG. Com o modelo proposto, consegue-se um fluxo à entrada dos módulos de membrana (ou à saída do injetor da turbina Pelton) com pressão suficiente para a osmose reversa (ou para geração de eletricidade). Em relação à captação da energia eólica para o bombeamento de água, o modelo é divido em dois sistemas.O primeiro (sistema 1) usa cataventos tradicionais e o segundo (sistema 2) aerogeradores. É feita a comparação qualitativa entre os dois sistemas com base em alguns parâmetros tais como área ocupada, versatilidade etc. / This work presents an alternative configuration for sea, and brackish water desalination by reverse osmosis and electricity generation, resorting to wind energy. It is a physical model that allows the storage of sea or brackish water as gravitational potential energy, through its pumping to a reservoir located at a certain height. The water pumping is done resorting to wind energy. Once the water is stored in the reservoir, its gravitational potential energy GPE is used for its desalination or/and for electricity generation. The referred model is similar to a group of piston pumps. The pistons have a special shape so that it is possible to achieve the high pressures that are enough, either for water desalination by reverse osmosis or for electricity generation with Pelton turbines. The alternated movement of the pistons is achieved with the energy transfer from the stored water (GPE), through a system of pulleys and counterweights. Thus, to prove that the model is capable of transforming the GPE at low pressure (below 2 bar) into kinetic energy of a flux with high pressure (over 55 bar) is the main focus of this work. Targeting that focus, a prototype was constructed with the objective of demonstrating the technical viability of the proposal. Images of the prototype will be shown in this work. In respect of reverse osmosis, the referred configuration differs from the conventional in desalination plants that use the method, in that it incorporates the use of GPE. With the proposed model, one achieves a flux at the inlet of the membranes (or at the exit of the injector of the Pelton turbine) with enough pressure for reverse osmosis (or for electricity generation). In respect of the harvesting of wind energy for water pumping, the model is divided into two systems. The first system (system 1), uses the traditional windmills and the second one (system 2), uses wind generators.In respect of the harvesting of wind energy for water pumping, the model is divided into two systems. The first system (system 1), uses the traditional windmills and the second one (system 2), uses wind generators. It is carried out a comparison between the two systems based on some parameters such as occupied area, versatility and so on.

Este trabalho apresenta uma configuração alternativa para a dessalinização de água e geração de energia elétrica com recurso à energia eólica. Trata-se de um modelo físico que permite armazenar água do mar ou água salobra sob a forma de energia potencial gravitacional, através do seu bombeamento até um reservatório a uma determinada altura. O bombeamento é feito com o recurso à energia do vento. Uma vez, tendo a água sida acumulada no reservatório, sua energia potencial gravitacional EPG é usada para a sua dessalinização ou/e para a geração de eletricidade. O referido modelo é semelhante a um grupo de bombas de pistões. Os pistões possuem formato especial de modo que se consiga obter pressões elevadas suficientes quer para a dessalinização de água por osmose reversa, quer para a geração de eletricidade através de turbinas Pelton. Consegue-se o movimento alternado dos pistões a partir da transferência da energia da água acumulada (EPG) através dum sistema de roldanas e contrapesos. Assim sendo, provar que o modelo é capaz de transformar a EPG de baixa pressão (inferior a 2 bar) em energia cinética de um fluxo com alta pressão (superior a 55 bar) se apresenta como o foco principal deste trabalho. Com esse foco em mira, construiu-se um protótipo com o objetivo de demonstrar a viabilidade técnica da proposta. Imagens do protótipo são apresentadas neste trabalho. Em relação à osmose reversa, a referida configuração difere do que é convencional em plantas de dessalinização que usam esse processo, pelo fato de contemplar o uso de EPG. Com o modelo proposto, consegue-se um fluxo à entrada dos módulos de membrana (ou à saída do injetor da turbina Pelton) com pressão suficiente para a osmose reversa (ou para geração de eletricidade). Em relação à captação da energia eólica para o bombeamento de água, o modelo é divido em dois sistemas.O primeiro (sistema 1) usa cataventos tradicionais e o segundo (sistema 2) aerogeradores. É feita a comparação qualitativa entre os dois sistemas com base em alguns parâmetros tais como área ocupada, versatilidade etc. / This work presents an alternative configuration for sea, and brackish water desalination by reverse osmosis and electricity generation, resorting to wind energy. It is a physical model that allows the storage of sea or brackish water as gravitational potential energy, through its pumping to a reservoir located at a certain height. The water pumping is done resorting to wind energy. Once the water is stored in the reservoir, its gravitational potential energy GPE is used for its desalination or/and for electricity generation. The referred model is similar to a group of piston pumps. The pistons have a special shape so that it is possible to achieve the high pressures that are enough, either for water desalination by reverse osmosis or for electricity generation with Pelton turbines. The alternated movement of the pistons is achieved with the energy transfer from the stored water (GPE), through a system of pulleys and counterweights. Thus, to prove that the model is capable of transforming the GPE at low pressure (below 2 bar) into kinetic energy of a flux with high pressure (over 55 bar) is the main focus of this work. Targeting that focus, a prototype was constructed with the objective of demonstrating the technical viability of the proposal. Images of the prototype will be shown in this work. In respect of reverse osmosis, the referred configuration differs from the conventional in desalination plants that use the method, in that it incorporates the use of GPE. With the proposed model, one achieves a flux at the inlet of the membranes (or at the exit of the injector of the Pelton turbine) with enough pressure for reverse osmosis (or for electricity generation). In respect of the harvesting of wind energy for water pumping, the model is divided into two systems. The first system (system 1), uses the traditional windmills and the second one (system 2), uses wind generators.In respect of the harvesting of wind energy for water pumping, the model is divided into two systems. The first system (system 1), uses the traditional windmills and the second one (system 2), uses wind generators. It is carried out a comparison between the two systems based on some parameters such as occupied area, versatility and so on.

Orientadores: João Carlos Camargo, Ennio Peres da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-16T18:59:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Donadon_AntonioRoberto_M.pdf: 1117953 bytes, checksum: 01a83592806648f889aea2c35b02b7c6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O objetivo do trabalho foi propor uma minuta de norma de conexão de geradores ou pequenos sistemas de geração distribuída em baixa tensão (GDBT) com potência menor ou igual a 75 kW monofásico ou trifásico com conversão estática em paralelo com a rede de distribuição secundária da concessionária local. Para atingir esse objetivo realizou-se um levantamento do estado da arte em matéria de normas de conexão em países onde esse assunto já se encontra em situação mais avançada bem como da incipiente legislação brasileira sobre o assunto. Baseado nisso e nos os dados obtidos dos testes de operação das fontes estudadas no projeto de pesquisa Implantação de Geração Distribuída Junto à Rede de Distribuição relacionados aos aspectos de qualidade de energia e segurança chegou-se a um elenco de tópicos relevantes para a construção de uma norma. O trabalho concluiu também que fontes de GDBT que possuam conversores estáticos que atendam aos requisitos de segurança e qualidade de energia da norma internacional IEEE 1547 poderiam ser conectadas à rede de distribuição da concessionária / Abstract: The objective was to propose a draft standard for connecting small single-phase or three phase generators with rated power lower than or equal to 75 kW with static converter in parallel with low voltage utility grid (GDBT). To reach this goal it was carried out a survey of the state of the art in connection standards in countries where this matter is already more advanced state as well as the incipient Brazilian legislation on this matter. Based on this survey and the data obtained from operation tests of power sources studied in the R&D project Implementation of Distributed Generation in the Utility Grid related to safety and power quality was possible to obtain a range of relevant topics to build a connection standard. The study also concluded that GDBT power sources equipped with static converters that meet the international standard IEEE 1547 safety and power quality requirements could be connected to the utility grid / Mestrado / Engenharia Mecanica / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Flexibility describes the system ability to cope with events that may cause imbalance between electricity supply and demand while maintaining the system reliability in a cost-effective manner. Flexibility has always been present in the power system to cater for unplanned generator outages and demand uncertainty and variability. The arrival of wind generation with its variable and hard to predict nature increases the overall needs for system flexibility. This thesis provides a systematic approach for investigating the role of flexibility in different power system activities including generation scheduling, generation planning and market operation, and furthermore proposes two 'offline' indices for flexibility evaluation. Using the tools and metrics presented in this thesis, it is possible to perform the following tasks: • Conduct generation scheduling simulation to evaluate the impacts of wind on the flexibility requirement of power systems; • Use the unit construction and commitment algorithm to 1) estimate the maximum allowable wind capacity for an existing system; 2) find the optimal investment of new flexible units for accommodating more wind generation; and 3) decide an optimal generation mix for integrating a given wind penetration; • Use the market model to reveal the value and profitability of flexibility and evaluate the corresponding effects of alternative market design; • Use the two proposed flexibility indices to quantitatively assess the flexibility of individual generators and power systems without undertaking complex and time consuming simulations.

A produção de energia elétrica é uma atividade de grande importância no planejamento do crescimento de qualquer economia no mundo. O Brasil possui, em relação a outras nações, a vantagem de poder planejar sua matriz energética utilizando grandes quantidades de fontes primárias renováveis. Uma delas, focalizada neste trabalho, é a biomassa gerada pelo setor sucroalcooleiro, a qual, através da cogeração, pode contribuir significativamente para o fortalecimento da matriz brasileira. Apesar de há muito tempo disponível, observa-se que esta fonte tem sido subutilizada para a geração comercial de energia elétrica. A reformulação do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA), instituído pelo Governo Federal em 2002, e o surgimento do mercado de créditos de carbono, impulsionado pelo Protocolo de Kyoto, reverteram este quadro, fazendo com que a biomassa da cana-de-açúcar fosse utilizada de forma mais intensa, tornando-se um importante componente na matriz energética brasileira. Esta dissertação analisa os custos do processo de geração de energia a partir da biomassa, dando especial atenção à cogeração com bagaço de cana-de-açúcar. A análise se processou após a coleta de dados em quatro usinas que utilizam o bagaço de cana-de-açúcar como combustível para a geração de energia elétrica, cujo excedente é vendido para a concessionária local. Os resultados de custos da amostra das empresas analisadas indicam que a geração de energia elétrica por meio do bagaço de cana tornou-se um produto técnica e economicamente viável e atrativo para elas. Conclui-se, ainda, que os custos da energia assim produzida tendem a cair com a curva de aprendizado e o aumento natural da escala de produção. / The production of electricity is an activity of great importance for the planning of growth of any economy in the world. When compared to other nations, Brazil has an advantage in this activity, which is the possibility of planning its energy matrix by using renewable primary sources on large scale. Among these renewable primary sources this essay focuses the biomass generated by the sugar-alcohol sector which may contribute through cogeneration, on a significant basis for the strengthening of its energy matrix. However, it is observed that despite having been available for a long time, this biomass has not been fully used for commercial generation of electricity. The reformulation of the Program of Incentive to the Alternative Sources of Energy (PROINFA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia) created by the Federal Government in 2002, and the arouse of the carbon credit market, boosted by the Kyoto Protocol, reversed the situation, so that the sugar cane biomass started being used on an intense level, becoming an important component for the energy in Brazil. The present essay analyzes of the costs in the process of generating energy through biomass, with special attention to the cogeneration by using the sugar cane pulp. The analysis is based on data collected in four power plants which use sugar cane pulp as fuel for the generation of electricity and sell the excess to the local energy company. The result of costs of the samples from the analyzed power plants shows that the generation of electricity by using sugar cane pulp became technically and economically viable for them and attractive to the investors. Moreover, it is concluded that the costs of generation through the use of sugar cane pulp tend to fall according to the level of apprenticeship and the natural rise in the production scale.

Since the late 1980s, the energy sector in Great Britain has undergone some core changes in its functionality; beginning with the early 1990s privatisation, followed by an increased green ambition, and commencing a transition towards a low-carbon economy. As the British energy sector prepares itself for another major overhaul, it also puts itself at risk for not being sufficiently prepared for the consequences this transition will have on the existing generating capacity, security of supply, and the national electricity market. Upon meeting existing targets, the government of the United Kingdom risks becoming complacent, putting energy regulation to the backseat and focusing on other regulatory tasks, while introducing cuts for thriving renewable and other low-carbon energy generating technologies. The government has implemented a variety of directives, initiatives, and policies that have sometimes been criticised due to their lack of clarity and potential overlap between energy and climate change directives. The government has introduced policies that aim to provide stable short-term solutions. However, a concrete way of resolving the energy trilemma and some of the long-term objectives and more importantly ways of achieving them are yet to be developed. This work builds on analysing each low-carbon technology individually by assessing its past and current state in the British energy mix. By accounting for the changes and progress the technology underwent in its journey towards becoming a part of the energy capacity in Great Britain, its impact on the future wholesale electricity prices is studied. Research covered in this thesis presents an assessment of the existing and incoming low-carbon technologies in Great Britain and their individual and combined impact on the future of British energy economics by studying their implications for the electricity market. The methodological framework presented here uses a cost-minimisation merit order model to provide useful insights for novel methods of electricity production and conventional thermal energy generation to aid with the aftermath of potential inadequate operational and fiscal flexibility. The thesis covers a variety of scenarios differing in renewable and thermal penetration and examines the impact of interconnection, energy storage, and demand side management on the British wholesale electricity prices. The implications of increasing low-carbon capacity in the British energy mix are examined and compared to similar developments across Europe. The analysis highlights that if the optimistic scenarios in terms of green energy installation are followed, there is sufficient energy supply, which results in renewable resources helping to keep the wholesale price of electricity down. However, if the desired capacity targets are not met, the lack of available supply could result in wholesale prices going up, especially in the case of a natural gas price increase. Although initially costly, the modernisation of the British grid leads to a long-term decrease in wholesale electricity prices and provides a greater degree of security of supply and flexibility for all market participants.

A produção de energia elétrica é uma atividade de grande importância no planejamento do crescimento de qualquer economia no mundo. O Brasil possui, em relação a outras nações, a vantagem de poder planejar sua matriz energética utilizando grandes quantidades de fontes primárias renováveis. Uma delas, focalizada neste trabalho, é a biomassa gerada pelo setor sucroalcooleiro, a qual, através da cogeração, pode contribuir significativamente para o fortalecimento da matriz brasileira. Apesar de há muito tempo disponível, observa-se que esta fonte tem sido subutilizada para a geração comercial de energia elétrica. A reformulação do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA), instituído pelo Governo Federal em 2002, e o surgimento do mercado de créditos de carbono, impulsionado pelo Protocolo de Kyoto, reverteram este quadro, fazendo com que a biomassa da cana-de-açúcar fosse utilizada de forma mais intensa, tornando-se um importante componente na matriz energética brasileira. Esta dissertação analisa os custos do processo de geração de energia a partir da biomassa, dando especial atenção à cogeração com bagaço de cana-de-açúcar. A análise se processou após a coleta de dados em quatro usinas que utilizam o bagaço de cana-de-açúcar como combustível para a geração de energia elétrica, cujo excedente é vendido para a concessionária local. Os resultados de custos da amostra das empresas analisadas indicam que a geração de energia elétrica por meio do bagaço de cana tornou-se um produto técnica e economicamente viável e atrativo para elas. Conclui-se, ainda, que os custos da energia assim produzida tendem a cair com a curva de aprendizado e o aumento natural da escala de produção. / The production of electricity is an activity of great importance for the planning of growth of any economy in the world. When compared to other nations, Brazil has an advantage in this activity, which is the possibility of planning its energy matrix by using renewable primary sources on large scale. Among these renewable primary sources this essay focuses the biomass generated by the sugar-alcohol sector which may contribute through cogeneration, on a significant basis for the strengthening of its energy matrix. However, it is observed that despite having been available for a long time, this biomass has not been fully used for commercial generation of electricity. The reformulation of the Program of Incentive to the Alternative Sources of Energy (PROINFA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia) created by the Federal Government in 2002, and the arouse of the carbon credit market, boosted by the Kyoto Protocol, reversed the situation, so that the sugar cane biomass started being used on an intense level, becoming an important component for the energy in Brazil. The present essay analyzes of the costs in the process of generating energy through biomass, with special attention to the cogeneration by using the sugar cane pulp. The analysis is based on data collected in four power plants which use sugar cane pulp as fuel for the generation of electricity and sell the excess to the local energy company. The result of costs of the samples from the analyzed power plants shows that the generation of electricity by using sugar cane pulp became technically and economically viable for them and attractive to the investors. Moreover, it is concluded that the costs of generation through the use of sugar cane pulp tend to fall according to the level of apprenticeship and the natural rise in the production scale.

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T05:47:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villalva_MarceloGradella_D.pdf: 10773240 bytes, checksum: aeccba84d675a257bed00100b3d011cb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de conversores eletrônicos para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída de energia elétrica. O objetivo principal é apresentar o desenvolvimento e os resultados de um conversor eletrônico trifásico para a conexão de um conjunto de painéis solares fotovoltaicos à rede elétrica de baixa tensão. São apresentados resultados experimentais e estudos teóricos sobre a modelagem e a simulação de dispositivos fotovoltaicos, a regulação da tensão fotovoltaica, o rastreamento da máxima potência e a modelagem e o controle de um conversor eletrônico de dois estágios / Abstract: This work is a contribution to the study of power converters for photovoltaic distributed generation systems. The main objective is to present the development and results of a threephase power converter for a grid-connected photovoltaic plant. The work presents experimental results and theoretical studies on the modeling and simulation of photovoltaic devices, regulation of the photovoltaic voltage, maximum power point tracking, and the modeling and control of a two-stage grid-connected power converter / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomilio, Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:21:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MorenoMartinez_RodolfoManuel_D.pdf: 3227759 bytes, checksum: b66cea18c73d62eee160d3b5cf012d1f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O presente trabalho estuda problemas do controle de fluxo de potência e de gestão de ilhamento em sistemas de geração distribuída de pequeno porte nos quais a interface com a rede elétrica sejam feitas por meio de conversores eletrônicos de potência. O sistema completo apresenta conversor "on-line", no qual a potência produzida localmente é totalmente processada pelo conversor, juntamente com uma estrutura "interativa com a rede", na qual o conversor opera para manter determinados padrões de desempenho sem, no entanto, processar potência ativa. É também focalizado o problema de qualidade da energia elétrica, analisando-se maneiras de operar os conversores de modo a mitigar problemas relacionados a harmônicos. Além de estudos de modelagem e simulação, avança-se na implementação experimental de algumas das técnicas analisadas / Abstract: This work studies problems of power flow control and islanding management in small power distributed generation systems in which the interface with the grid is made through electronic power converters. The complete system has "on-line" behavior, in which the power produced locally is fully processed by the converter, and also a structure "line-interactive," in which the converter operates to maintain certain performance standards without, however, process active power. It is also focused on the problem of power quality, analyzing ways to operate the converter in order to mitigate problems related to harmonics. In addition to modeling and simulation, some experimental implementation of the proposed techniques are realized / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:52:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gazoli_JonasRafael_M.pdf: 7156744 bytes, checksum: 8382e373834c6001d3a70cd31e6f291f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta uma contribuição à pesquisa e ao desenvolvimento de microinversores monofásicos para sistemas fotovoltaicos de energia solar conectados à rede elétrica de baixa tensão. O objetivo principal da pesquisa é apresentar o projeto, a construção e os resultados experimentais de um microinversor eletrônico que processa a energia proveniente de um painel fotovoltaico e faz a conexão deste dispositivo com a rede El. São apresentados estudos teóricos e simulações sobre painéis fotovoltaicos, sobre a modelagem e o controle de conversores eletrônicos e sobre o algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência. São apresentados resultados experimentais obtidos com um microinversor experimental desenvolvido em laboratório, constituído de dois estágios de conversão (CC-CC e CC-CA) / Abstract: This thesis presents a contribution to research and development of single-phase micro-inverters for low voltage grid-connected photovoltaic systems. The main goal of this research is to present the project, the development and experimental results of an electronic micro-inverter that processes the energy from a photovoltaic panel and connects this device to the main grid. Theoretical studies and simulations on photovoltaic panels are shown, as the modeling and control of the electronic converters and the maximum power point tracking algorithm. Results with an experimental microinverter consisting of two stages (DC-DC and DC-AC) are also shown / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica