Orientadora: Patricia Teixeira Leite / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia.

Orientador: Francisco de Assis Comarú. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2009

Orientador: Sergio Henrique Ferreira de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia.

Este trabalho trata da avaliação dos impactos que os múltiplos usos da água causam à operação dos reservatórios de uma bacia hidrográfica para a geração de energia elétrica. Apresenta-se o equacionamento do modelo HIDRO, desenvolvido em linguagem GAMS para tratamento de problemas de otimização em Programação Não Linear, cuja função objetivo inclui variáveis relacionadas não somente à geração de energia, como também ao fornecimento de água aos diversos usos do recurso hídrico tratados no problema. A aplicação do modelo é feita para a bacia do rio São Francisco, localizada entre as regiões Sudeste e Nordeste do Brasil, que conta com uma capacidade instalada de 10,7 GW em suas usinas hidrelétricas, as quais também realizam operações de controle de cheia. A região apresenta um expressivo uso consuntivo do recurso hídrico, principalmente voltado à irrigação de culturas, além de abastecimento humano e criação animal. Dentre os usos não consuntivos, têm-se a navegação e a conservação ambiental. Uma vez que grande parte da bacia é marcada por escassez hídrica, a operação de seu sistema de reservatórios vem sendo questionada no que se refere ao gerenciamento dos recursos hídricos. São avaliados os índices de atendimento da demanda de energia e da demanda hídrica para cenários de baixa afluência aos reservatórios. As relações de troca entre energia, uso consuntivo e conservação ambiental são avaliadas, levando-se em conta, também, os efeitos decorrentes da transposição das águas do São Francisco para o Nordeste Setentrional. As perdas na geração de energia decorrentes do aumento da demanda hídrica e do aumento da demanda ambiental são avaliadas. São estimados os custos relacionados às perdas na geração de energia se as demandas consuntivas atingirem o valor outorgado na bacia pelo Poder Público, valor este que não consegue ser plenamente atendido. O modelo proposto pode ser aplicado a quaisquer bacias hidrográficas com múltiplos usos do recurso hídrico. / This research presents a study conducted to evaluate the impacts of the hydroelectric power plants operation caused by the multipurpose uses of water resources. There are many conflicts involved in the operation of a reservoir system mainly due to competitive uses of water. That is the case of São Francisco River, located between the Southeast and Northeast regions of Brazil. The hydro system in this region has an installed capacity of 10.7 GW and supports 13% of the Brazilian hydro electrical power. Due to the scarcity of water in this region, the operation of this system has been questioned in the last few years. The competitive uses of water in this region are water supply, irrigation and animal raising. The non-consumptive uses of water are navigation and environmental protection. The electrical sector is planning to review the reservoir operation rules in order to attend these demands. The study was conducted by applying the HIDRO model, which is an optimization PNL model developed with GAMS software that maximizes hydropower production. A new objective function was added to the HIDRO model in order to consider the treatment of energy and water demands the both. The trade-offs among energy, consumptive uses and environment protection are presented. The lack of energy due the increasing water demand implies costs which are evaluated according to some demand scenarios and different scarcity historical periods. Also the effect due the operation of the water transfer system from São Francisco to the neighboring basins is considered.

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.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-01T18:52:59Z No. of bitstreams: 1 FranciscoPeresSoares.pdf: 2927417 bytes, checksum: 4c221d44011c92bdca84e1d168c15331 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-01T18:52:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoPeresSoares.pdf: 2927417 bytes, checksum: 4c221d44011c92bdca84e1d168c15331 (MD5) Previous issue date: 2016-07-14 / In this paper it is analysed the chain of the natural gas in Maranhão focusing the diagnosis of its three segments, that’s to say upstream/midstream/downstream, its offer and demand, in the world, in Brasil and in Maranhão. It is done a detailed analysis, but not exhaustive and without the aim of elaborating a predicted sampler, of the possibilities and alternatives of gas increase in the state energetic mould, being adopted a conservative estimation of offer and demand for the local market. It is shown possibilities of distribution of natural gas for dedicated gas pipeline, a state chain of gas pipelines and even so the inversion of “well to station” flow in cases where the construction of gas pipeline be unviable, pointing out to heterodox solution where “nomadic” companies bee guide to the wheel to well. The used methodology based itself on a qualitative and documental inquire, under technical information query, beyond informal interviews in order to collect expert’s, academical people’s and sector leader’s opinion, like CEO from gas productor company, economists, entrepeneurs and sector engineers as well as gas clients. The environment matter is transversally treated in every study steps, because it deals with a fossil from energetic source, however clean, flexible and efficient, inserted in the market like low carbon economy and energetic solution of low footprint and, therefore, agreeing under the great planetary expectations of sustainability. In the study conclusions it is registered propositions of increase of the natural gas chain whidr comprises all its three segments as every chain industry must be treated. It is shouwn that the local gas production is guided almost exclusively to the complemental termoelectrical generation, a restrictive sign to the increase of the demand in the local market. It is glimpsed like corollary socioeconomical profits of richness generation, work and profit in the municipalities of low HDI which are in those areas of oil and gas ventures. / Nesta dissertação, analisa-se a cadeia de valor do gás natural no Maranhão, focando-se no diagnóstico dos seus três segmentos: upstream/ midstream/ downstream. Revisa-se a literatura do mercado de gás, sua evolução na oferta e demanda, no mundo, no Brasil e no Maranhão. Faz-se uma análise pormenorizada, porém não exaustiva e sem a pretensão de elaborar modelo preditivo, das possibilidades e alternativas de incremento do gás na matriz energética estadual, adotando-se uma estimativa conservadora de oferta e demanda para o mercado local. Mostra-se possibilidades de distribuição de gás natural por gasodutos dedicados, uma Rede Estadual de Gasodutos e até mesmo a inversão do fluxo “poço ao posto” em casos onde a construção de gasoduto seja inviável, apontando para soluções heterodoxas onde empresas “nômades” sejam dirigidas à cabeça dos poços (wheel to well). A metodologia utilizada baseou-se em pesquisa qualitativa e documental, com consulta às informações técnicas, além de entrevistas informais para coleta da opinião de especialistas, acadêmicos e lideres do setor, como CEO de empresa produtora de gás, economistas, empresários e engenheiros do setor e clientes de gás. A questão ambiental é tratada transversalmente em todas as etapas do estudo, tendo em vista tratar-se de um energético de origem fóssil, porém, limpo, flexível e eficiente, inserido no mercado como economia de baixo carbono e solução energética de baixa pegada ecológica (footprint) e portanto, consentâneo com as grande expectativas planetárias de sustentabilidade. Nas conclusões do estudo registra-se propostas de incremento da cadeia de gás natural que atingem todos seus três segmentos integralmente como toda indústria de rede precisa ser tratada. Mostra-se que a produção de gás local é direcionada quase que exclusivamente à geração termelétrica complementar, sinal restritivo ao aumento da demanda no mercado local. Vislumbra-se como corolário ganhos sócio-econômicos de geração de riqueza, trabalho e renda nos Municípios maranhenses de baixo IDH localizados nessas áreas de empreendimentos de óleo e gás.

Nos últimos 15 anos houve um grande aumento na presença de turbinas a gás no parque gerador de eletricidade brasileiro. O Brasil tem predominantemente climas tropicais e subtropicais com temperaturas oscilando entre 20 e 35C na maior parte do ano. A máxima potência que pode ser gerada por uma turbina a gás aumenta com a redução da temperatura do ar de entrada na turbina. Decorre daí o interesse na aplicação de sistemas de resfriamento do ar de entrada de turbinas. Dentre os sistemas de resfriamento, os de aplicação mais simples são o de resfriamento por meio evaporativo rígido e o de resfriamento por ciclo de compressão com acionamento elétrico. Não há na literatura um estudo sistemático da aplicação de sistemas de resfriamento de ar de entrada de turbinas a gás para operação no Brasil. Este trabalho estuda a aplicação dos dois tipos mais simples de sistemas de resfriamento de ar de entrada em turbinas operando ou a serem instaladas no território brasileiro. Um modelo para simulação da resposta de turbinas a gás às variações nas condições climáticas do ar de entrada (temperatura, umidade e pressão atmosférica) é desenvolvido. O modelo necessita como parâmetros somente de dados publicados em catálogo pelo fabricante da turbina. A simulação é feita para 27 localidades brasileiras comparando a operação de um mesmo tipo de turbina sem resfriamento e com os dois tipos de resfriamento. O dados climáticos usados são dos tipos anos metereológicos típicos e anos teste de referência. O modelo de turbina desenvolvido simula de maneira satisfatória as curvas de uma turbina comercial do tipo heavy duty. Um aumento de energia anual gerada de até 4,2% foi observado para o sistema de resfriamento por meio evaporativo rígido. O aumento de energia no resfriamento evaporativo depende da depressão de bulbo úmido média do local de instalação da turbina. Para o resfriamento por ciclo de compressão com acionamento elétrico o aumento observado foi de até 11,2%. O aumento de energia para este tipo de sistema depende da temperatura de bulbo seco média do local. / In the last 15 years an ever increasing presence of gas turbines was felt in electrical power generation in Brazil. Tropical and subtropical climates dominate most of the country, with temperatures ranging from 20 to 35C during most of the year. The maximum power that can be generated by a gas turbine increases at lower inlet air temperatures. Consequently, there is great interest in applying inlet air cooling systems in gas turbines. Among the inlet air cooling systems, the evaporative cooling by rigid wet media and the compression thermal cycle with electrical power chiller systems are the ones with most straightforward implementation. There is no systematic study of the application of gas turbine inlet air cooling systems for turbines operating in Brazil. This thesis studies the application of the two methods of gas turbine inlet air cooling mentioned above in turbines operating or to be installed in Brazil. A model to simulate the response of gas turbines to changes in the inlet air (temperature, humidity and pressure) is developed. The model uses turbine catalogue data as parameters. The simulation is performed for 27 Brazilian locations, comparing the operation of a model of turbine operating with and without cooling systems, for both types of cooling systems. Typical meteorological year and test reference year data are used in the study. The turbine model developed reproduces the turbines data curves with satisfactory accuracy. An annual increase in energy generation of up to 4,2% was observed for evaporative cooling. The energy gain for evaporative cooling depends on the annual mean wet bulb depression of the local. The compression thermal cycle increases the annual energy generation by up to 11,2%. The energy increase in this type of system depends on the mean dry bulb temperature of the local.

Nas últimas décadas, sistemas de suprimento de energia que utilizam recursos renováveis têm sido estudados e empregados como opção para o fornecimento de energia elétrica. Devido aos avanços da tecnologia fotovoltaica, associada à diminuição de custos e maior conhecimento de seu desempenho, os sistemas fotovoltaicos apresentam-se como uma opção tecnicamente promissora. Neste contexto, a energia solar fotovoltaica, que, além de gerar eletricidade de forma distribuída também vem ganhando cada vez mais espaço no mercado mundial. Esta tecnologia evita as emissões de gases poluentes e é uma fonte alternativa que diversifica a matriz energética. Para complemento da energia hidrelétrica é necessária uma fonte energética com várias características ecologicamente corretas, a energia solar fotovoltaica é uma dessas fontes, pois é limpa (não poluente), inesgotável, silenciosa, estática, distributiva, simples em sua operação, possui características modulares podendo-se integrar as edificações. Para viabilizar sua implantação nas edificações, vários países, inclusive o Brasil, também buscam soluções para o futuro, elaborando estudos para avaliar a eficácia dessa tecnologia. Adicionalmente, como a energia é cada vez mais necessária para o desenvolvimento humano, utilizar a fonte de geração próxima ao ponto de consumo é uma maneira eficaz de reduzir as perdas por transmissão e distribuição. Esta dissertação tem por objetivo apresentar os conceitos, aspectos e aplicações das células solares de filmes finos na inserção como gerador fotovoltaico de energia elétrica integrada a estrutura das edificações. O foco principal do tema da dissertação é o estudo de área disponível na edificação, estimando o potencial fotovoltaico de geração existente no envoltório. Através desta análise, pode-se quantificar a contribuição energética de uma unidade geradora fotovoltaica para a redução de consumo energético na rede em que a edificação estiver conectada. / In recent decades, energy supply systems that use renewable resources have been studied and used as an option for the supply of electricity. Due to advances in photovoltaic technology, coupled with lower costs and greater knowledge of its performance, photovoltaic systems are presented as an option technically promising. In this context, photovoltaic solar energy, this, besides generating electricity in distributed also gaining more and more space in the world market. This technology avoids the emissions of greenhouse gases and is an alternative source to diversify the energy matrix. To complement the hydropower energy supply is needed with various features eco-friendly, photovoltaic solar energy is one of those sources, because it is clean (clean) endless, silent, static, distributive, simple in its operation, has modular features can to integrate the buildings. To enable its deployment in buildings, several countries, including Brazil, also look for solutions for the future, preparing studies to evaluate the effectiveness of this technology. Additionally, energy is increasingly necessary for human development, using the power generation near the point of consumption is an effective way to reduce transmission and distribution losses. This paper aims to present the concepts, issues and applications of thin film solar cells in photovoltaic generator insertion as power integrated structure of buildings. The main focus of the dissertation topic is the study of the available area in the building, estimating the potential of photovoltaic generation in existing wrap. Through this analysis, one can quantify the energy contribution of a photovoltaic generating unit to reduce energy consumption in the network in which the building is connected.

Orientador: Osmar de Carvalho Bueno / Banca: Paulo André de Oliveira / Banca: Leonardo de Barros Pinto / Banca: Osmar Delmanto Junior / Banca: Zacarias Xavier de Barros / Resumo: A energia é fundamental para a vida humana, já a energia elétrica é um fator determinante para o desenvolvimento e facilitador das atividades diárias. Para a geração da mesma no Brasil há diversas fontes, que podem ser classificadas como renováveis ou não renováveis. Buscando uma matriz elétrica mais limpa, no país procura-se investir cada vez mais em fontes renováveis, dentre elas a energia hídrica, a partir de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs). Porém, a implantação desses projetos vem sendo afetada pela dificuldade de obtenção de licenças ambientais e pela resistência por parte da comunidade do local da implantação. O presente trabalho tem como objetivo analisar a importância da comunicação no processo de estudo, autorização e implantação de PCHs e verificar a efetividade da comunicação entre os atores envolvidos no caso do rio Pardo - SP. O material utilizado foi a realidade brasileira no que tange a legislação para implantação de PCHs realizando um estudo de caso na bacia do rio Pardo - SP. O presente estudo foi elaborado por meio de pesquisa exploratória e descritiva; tendo suas informações sido coletadas em publicações de institutos, agências, departamentos e órgãos envolvidos no processo, bem como na bibliografia especializada existente. Com base no resultado deste estudo, conclui-se que a comunicação é de grande importância para o processo. Para que essa aconteça de maneira satisfatória é necessário que a comunidade conheça o estudo realizado e contribua com dado... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Energy is fundamental for human life, but electric power is a determining factor for development and facilitator of daily activities. For its generation, Brazil has several sources, which can be classified as renewable or non-renewable. Searching for a cleaner electrical matrix, the country seeks to invest more and more in renewable sources, among them hydroelectric power from Small Hydroelectric Power Plants (SHPs). However, the implementation of these projects has been affected by the difficulty of obtaining environmental licenses and by the local community's resistance. The present work aims to analyze the importance of the communication in the process of study, authorization and implementation of SHPs and to verify the effectiveness of communication among the actors involved in the Pardo river - SP case. The material used was the Brazilian reality regarding the legislation for the implementation of SHPs conducting a case study in the Pardo river basin - SP. The present study was elaborated through exploratory and descriptive research; having its information been collected in publications of institutes, agencies, departments and institutions involved in the process, as well as in the existing specialized bibliography. Based on the result of this study, it is concluded that the communication is of great importance for the process. For this to happen in a satisfactory way, it is necessary that the community be aware of the study and contribute with consistent data and information and that the entrepreneur knows the community's afflictions and endeavors to develop a project in line with the studied area, covering economic, environmental and social spheres, so that the project contemplates the expectation of sustainability. In the case of projects planned for the Rio Pardo-SP, the local community had several actors, including the Rio Pardo Vivo Association ("Vivo" means alive), which one has great... / Doutor

Nas últimas décadas, sistemas de suprimento de energia que utilizam recursos renováveis têm sido estudados e empregados como opção para o fornecimento de energia elétrica. Devido aos avanços da tecnologia fotovoltaica, associada à diminuição de custos e maior conhecimento de seu desempenho, os sistemas fotovoltaicos apresentam-se como uma opção tecnicamente promissora. Neste contexto, a energia solar fotovoltaica, que, além de gerar eletricidade de forma distribuída também vem ganhando cada vez mais espaço no mercado mundial. Esta tecnologia evita as emissões de gases poluentes e é uma fonte alternativa que diversifica a matriz energética. Para complemento da energia hidrelétrica é necessária uma fonte energética com várias características ecologicamente corretas, a energia solar fotovoltaica é uma dessas fontes, pois é limpa (não poluente), inesgotável, silenciosa, estática, distributiva, simples em sua operação, possui características modulares podendo-se integrar as edificações. Para viabilizar sua implantação nas edificações, vários países, inclusive o Brasil, também buscam soluções para o futuro, elaborando estudos para avaliar a eficácia dessa tecnologia. Adicionalmente, como a energia é cada vez mais necessária para o desenvolvimento humano, utilizar a fonte de geração próxima ao ponto de consumo é uma maneira eficaz de reduzir as perdas por transmissão e distribuição. Esta dissertação tem por objetivo apresentar os conceitos, aspectos e aplicações das células solares de filmes finos na inserção como gerador fotovoltaico de energia elétrica integrada a estrutura das edificações. O foco principal do tema da dissertação é o estudo de área disponível na edificação, estimando o potencial fotovoltaico de geração existente no envoltório. Através desta análise, pode-se quantificar a contribuição energética de uma unidade geradora fotovoltaica para a redução de consumo energético na rede em que a edificação estiver conectada. / In recent decades, energy supply systems that use renewable resources have been studied and used as an option for the supply of electricity. Due to advances in photovoltaic technology, coupled with lower costs and greater knowledge of its performance, photovoltaic systems are presented as an option technically promising. In this context, photovoltaic solar energy, this, besides generating electricity in distributed also gaining more and more space in the world market. This technology avoids the emissions of greenhouse gases and is an alternative source to diversify the energy matrix. To complement the hydropower energy supply is needed with various features eco-friendly, photovoltaic solar energy is one of those sources, because it is clean (clean) endless, silent, static, distributive, simple in its operation, has modular features can to integrate the buildings. To enable its deployment in buildings, several countries, including Brazil, also look for solutions for the future, preparing studies to evaluate the effectiveness of this technology. Additionally, energy is increasingly necessary for human development, using the power generation near the point of consumption is an effective way to reduce transmission and distribution losses. This paper aims to present the concepts, issues and applications of thin film solar cells in photovoltaic generator insertion as power integrated structure of buildings. The main focus of the dissertation topic is the study of the available area in the building, estimating the potential of photovoltaic generation in existing wrap. Through this analysis, one can quantify the energy contribution of a photovoltaic generating unit to reduce energy consumption in the network in which the building is connected.