Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The considerable increase in energy demand has increased the interest in reducing costs, improving reliability, quality and stability of power generation systems. The connection of distributed generation (DG) can be used as a strategic element to improve the voltage levels in power system. Microturbines (MT) have certain advantages over other models of GD, such as the possibility of using various types of fuels. This thesis analyzes the main considerations that should be observed in the use of microturbines as a form of DG. At first is analyze the basic characteristics of a microturbine such as its operation cycle, fuel type, efficiency and modeling. To connect the microturbine to the distribution network is adopted a three-phase rectifier with a power factor regulation and a hybrid multilevel inverter. The three-phase rectifier hold interface synchronous generator between the MT and the high voltage cell of the multilevel inverter. The multilevel inverter operates with asymmetrical voltage in their cells. In each of its cells can be inserted energy sources such as fuel cells, photovoltaic panels and wind generators. For this work is adopted a multilevel inverter with voltage ratios (1:3:9). At higher voltage module will be inserted into the microturbine. In the other two subsequent modules is adopted fixed voltage which later could be replaced by some alternative sources of energy / O considerável aumento da demanda de energia elétrica tem aumentado o interesse por reduzir custos, aprimorando a confiabilidade, qualidade e estabilidade dos sistemas de geração de energia elétrica. A conexão da geração distribuída (GD) pode ser utilizada como elemento estratégico para melhorar os níveis de tensão no sistema elétrico de potência. As microturbinas (MT) apresentam algumas vantagens em relação a outros modelos de GD, como por exemplo, a possibilidade da utilização de vários tipos de combustíveis. Nesta dissertação serão apresentadas as principais considerações que devem ser observadas no uso de microturbinas como forma de GD. Em um primeiro momento serão analisadas as características básicas da microturbina como seu ciclo de funcionamento, tipos de combustíveis, eficiência e modelagem. Para a conexão da microturbina com a rede de distribuição será utilizado um retificador trifásico com correção de fator de potência e um inversor multinível híbrido. O Retificador trifásico realizará a interface do gerador síncrono da MT com uma das células do inversor multinível. O inversor multinível tem capacidade de operar com tensões assimétricas fazendo com que, cada uma dessas tensões, sejam fontes de energia como as Células a combustíveis, Painéis fotovoltaicos e Geradores eólicos. Para este trabalho será adotado um inversor multinível com as proporções de tensão de (1:3:9), visto que, no módulo de maior tensão, será inserida a microturbina, e para os outros dois módulos subseqüentes serão adotadas tensões fixas que posteriormente poderão ser substituídas por outras fontes alternativas de energia.

Submitted by BEATRIZ HELENE XAVIER null (beatriz_helene@hotmail.com) on 2016-10-06T01:37:14Z No. of bitstreams: 1 BeatrizHelene - Dis. Mestrado 2016.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) / Rejected by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão com o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2016-10-06T16:45:37Z (GMT) / Submitted by BEATRIZ HELENE XAVIER null (beatriz_helene@hotmail.com) on 2016-10-07T11:50:40Z No. of bitstreams: 1 BeatrizHelene - Dis. Mestrado 2016.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-10-07T13:59:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 xavier_bh_me_guara.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-07T13:59:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 xavier_bh_me_guara.pdf: 2378192 bytes, checksum: 45cf939c1d65cdb81c77d339bd66b279 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) / A preocupação com o meio ambiente e com a qualidade do ar têm sido crescente e objeto de diversos estudos. Quanto maior a densidade populacional, maior a necessidade de consumo de energia e consequentemente, maiores os índices de emissões de poluentes. Neste sentido, é essencial a procura por novas fontes e sistemas mais eficientes de geração de energia, a fim de reduzir os níveis de poluição, diminuir o efeito estufa sobre o planeta, e, principalmente, reduzir a dependência de petróleo na matriz energética mundial. Partindo deste conceito e considerando aspectos técnicos, econômicos e ecológicos, neste trabalho analisam-se três casos de cogeração utilizando motores de combustão interna (MCI) operando com gás natural em comparação com biogás e gás de síntese (syngas), ambos provenientes da biomassa. São aplicadas metodologias de pesquisadores renomados, com o objetivo de determinar a eficiência de geração de eletricidade, a eficiência de geração de calor e a eficiência global dos sistemas, e ainda como parte da análise técnica, determinam-se índices de correlação entre a produção térmica e a potência elétrica dos motores, tornando previsível a capacidade de produção de água quente, vapor e água gelada, dependendo da capacidade elétrica do motor a ser utilizado na implantação de sistemas de cogeração. São determinados os custos de geração de eletricidade e calor, período de retorno dos investimentos e posteriormente são estudadas as emissões de CO2, NOx, SOx, MP e o CO2 equivalente para a determinação do indicador de poluição e da eficiência ecológica dos sistemas de cogeração considerados nesta dissertação. Conclui-se com o estudo realizado que os biocombustíveis são uma importante fonte energética que vem ganhando espaço dia a dia. Na análise ambiental, o gás natural perdeu em eficiência ecológica tanto para o biogás como para o gás de síntese, e a análise energética comprovou que não há grandes perdas na utilização de biocombustíveis em substituição ao gás natural. No aspecto econômico, o biogás demonstrou-se como o mais rentável frente aos combustíveis estudados, apresentando rapidez no retorno dos investimentos e baixo custo de produção elétrica e térmica. / The concern with the environment and air quality has increased and subjected to several studies. The higher the population density, the greater the need for energy consumption and therefore higher pollutant emission rates. In this regard, the search for new sources and more efficient systems for power generation is essential in order to reduce pollution levels and the greenhouse effect on the planet, and, most importantly, reduce dependence on oil in the global energy matrix. Based on this concept and considering the technical, economic and ecological aspects, this paper analyzes three cases of cogeneration using internal combustion engines (ICEs) operating with natural gas in comparison with biogas and synthesis gas (syngas), both stemming from biomass. Methodologies from renowned researchers are applied, with the aim of determining the efficiency of electricity generation, heat generation efficiency and the overall efficiency of the systems; furthermore, as part of the technical analysis, we determine correlation coefficients between the thermal production and the power capacity of the engine, making it possible to predict hot, steam and cold water production capacities, depending on the engine power capacity used in the implementation of the cogeneration system. We determine the costs of generating electricity and heat, the payback period and then CO2, NOx, SOx, MP and equivalent CO2 emissions are studied in order to determine the pollution indicator and ecological efficiency of cogeneration systems considered in this thesis. From this study we conclude that the biofuels are an important energy source which is becoming increasingly popular. In the environmental analysis, the natural gas was less ecologically efficient than both the biogas and the syngas, and the technical analysis showed that there are not great losses when using biofuels in place of the natural gas. In the economic analysis, the biogas was the most feasible in comparison with the natural gas and the syngas, with a short payback period and low power and thermal production costs. / PRH/ANP: 2010.4698-0

Este trabalho avalia o desempenho do Estado a partir dos sistemas isolados do estado do Amazonas tendo como referência o texto de Klaus Offe (1984). Através da análise do serviço de eletricidade prestado pela concessionária de energia elétrica à sede do município de Uarini e também pelo serviço da prefeitura de Uarini oferecido às comunidades isoladas, identificam-se duas estratégias de promoção da universalização da forma-mercadoria e seus efeitos para o estabelecimento de relações sociais de produção capitalistas. Conclui-se que para o serviço da sede do município de Uarini, ofertado pela Companhia Energética do Amazonas (CEAM), não existem condições para que o mercado seja rentável. Esta condição inviabiliza a categoria da agência local, e mesmo da CEAM, de atuar como empresa, ou seja, pessoa jurídica que tem por objetivo a extração de mais-valia (requisito para o processo de acumulação). Tal fato explicita os limites e as contradições que a atuação do Estado possui em organizar as forças produtivas nesta região do país. O serviço de eletricidade oferecido pela prefeitura às comunidades locais é identificado como uma estratégia de criação de zonas de proteção artificiais. Nota-se que a aplicação desta estratégia promove a dependência dos comunitários. Além disso, trata-se de uma estratégia para a manutenção das elites políticas locais no poder, beneficiando as comunidades, porém diminuindo a arrecadação futura do Estado. / This dissertation evaluates the performance of the state from isolated systems in the state of Amazonas by reference to the text of Klaus Offe (1984). Through analysis of the service of electricity provided by the concessionaire of electricity to the headquarters of the municipality of Uarini and also for the service of the city of Uarini offered to isolated communities, two strategies were identified to universalize of the form-commodity and its effects for the establishment of social capitalist production relationship. It is concluded that for the service of the headquarters of the municipality of Uarini, offered by the Company Energy of Amazonas (CEAM), there are no conditions for the market to be profitable. This condition makes unaffordable the category of the local agency, and even the CEAM, serving as company, as legal person aiming at the extraction of added value (requirement to the process of accumulation). This fact explains the limits and contradictions that the performance of the state has to organize the productive forces in that region of the country. The service offered by the municipal electricity to local communities is identified as a strategy of creating protection artificial zones. Note that the implementation of this strategy promotes dependence of the citizens. Moreover, it is a strategy for maintaining local political elites in power, benefiting communities, but reducing future revenue from the state.

Este trabalho avalia o desempenho do Estado a partir dos sistemas isolados do estado do Amazonas tendo como referência o texto de Klaus Offe (1984). Através da análise do serviço de eletricidade prestado pela concessionária de energia elétrica à sede do município de Uarini e também pelo serviço da prefeitura de Uarini oferecido às comunidades isoladas, identificam-se duas estratégias de promoção da universalização da forma-mercadoria e seus efeitos para o estabelecimento de relações sociais de produção capitalistas. Conclui-se que para o serviço da sede do município de Uarini, ofertado pela Companhia Energética do Amazonas (CEAM), não existem condições para que o mercado seja rentável. Esta condição inviabiliza a categoria da agência local, e mesmo da CEAM, de atuar como empresa, ou seja, pessoa jurídica que tem por objetivo a extração de mais-valia (requisito para o processo de acumulação). Tal fato explicita os limites e as contradições que a atuação do Estado possui em organizar as forças produtivas nesta região do país. O serviço de eletricidade oferecido pela prefeitura às comunidades locais é identificado como uma estratégia de criação de zonas de proteção artificiais. Nota-se que a aplicação desta estratégia promove a dependência dos comunitários. Além disso, trata-se de uma estratégia para a manutenção das elites políticas locais no poder, beneficiando as comunidades, porém diminuindo a arrecadação futura do Estado. / This dissertation evaluates the performance of the state from isolated systems in the state of Amazonas by reference to the text of Klaus Offe (1984). Through analysis of the service of electricity provided by the concessionaire of electricity to the headquarters of the municipality of Uarini and also for the service of the city of Uarini offered to isolated communities, two strategies were identified to universalize of the form-commodity and its effects for the establishment of social capitalist production relationship. It is concluded that for the service of the headquarters of the municipality of Uarini, offered by the Company Energy of Amazonas (CEAM), there are no conditions for the market to be profitable. This condition makes unaffordable the category of the local agency, and even the CEAM, serving as company, as legal person aiming at the extraction of added value (requirement to the process of accumulation). This fact explains the limits and contradictions that the performance of the state has to organize the productive forces in that region of the country. The service offered by the municipal electricity to local communities is identified as a strategy of creating protection artificial zones. Note that the implementation of this strategy promotes dependence of the citizens. Moreover, it is a strategy for maintaining local political elites in power, benefiting communities, but reducing future revenue from the state.

Nos últimos anos, o consumo de energia vem crescendo mundialmente nos grandes centros urbanos, e esforços na área de eficiência energética estão sendo implantados, a fim de reduzir o consumo no horário da ponta e interrupções da rede. O aproveitamento das fontes renováveis, como o fotovoltaico em uma edificação se torna um atrativo a mais para a matriz energética num momento em que o país prima pela universalização dos serviços de energia e a classificação de edifícios comerciais, de serviço e públicos, além dos residenciais quanto à eficiência energética através do Procel Edifica (RTQ-C e RTQ-R). Os sistemas fotovoltaicos podem configurar perfis de uso nas edificações de modo a gerar energia para consumo próprio ou ligado à rede e ainda ter influência na arquitetura do prédio com revestimento: os perfis podem está em telhados, fachadas ou janelas, amenizando em alguns casos a carga térmica no prédio com sombreamento arquitetônico. Hoje, com o avanço da tecnologia no setor de armazenagem é possível, o atendimento com segurança e eficiência a uma edificação ou direcionar esta armazenagem a uma demanda específica como o atendimento à demanda de ciclo profundo, tais como, iluminação externa e recarga de veículos elétricos. Partindo da premissa de sistemas interruptos de energia, UPS, uso de fonte secundária como FV, baterias e Flywheel é apresentado uma forma de melhor gerenciar a energia armazenada, podendo estender a vida útil da bateria e conseqüentemente de todo o sistema fotovoltaico na edificação. Esta forma de armazenar energia proporciona um serviço de uso contínuo sem percepção das interrupções da rede com garantia de 20 anos, tal qual o módulo fotovoltaico, com esta proposta as perdas de energia elétrica na edificação serão atenuadas, pois a eletricidade será utilizada de forma eficiente e inteligente. O ponto de partida do estudo de caso no prédio do IBAM são os sistemas fotovoltaicos com geração distribuída (mini-redes) conectados à rede que são instalados para fornecer energia ao consumidor, complementando a quantidade de energia demandada, caso haja algum aumento do consumo de energia na edificação, ou ainda utilizar o sistema fotovoltaico na hora da ponta e interrupções do sistema da rede no período fora da ponta. A estocagem inercial por meio do Flywheel tem um papel fundamental nesta mini-rede (Flywheel, bateria VRLA, UPS, inversor e STS), pois a sua utilização pode ser apontada como uma inovação tecnológica quanto à regulação de tensão no sistema de energia elétrica, além de preparar a edificação para o smart-grid. Esta configuração de acumulação de energia permitiu a analise do deslocamento desta energia armazenada para o consumo no horário de ponta, mudando o conceito de sistemas fotovoltaicos autônomos no meio urbano e rural no país. Este conceito de armazenagem se confirma então como um aporte na eficiência de energia na edificação, podendo carrear economia de energia substancial, além de proporcionar uma confiabilidade no serviço de energia, com um baixo retorno do investimento e com uma garantia de funcionamento com pequena ou nenhuma manutenção durante o período de vida de 20 anos. / In recent years, energy consumption is globally growing in urban centers, and efforts in the area of energy efficiency are being implemented to reduce consumption of this at the time of the tip and grid outages. The use of renewable sources such as photovoltaic in a building becomes a more attractive energy matrix for a moment in which Brazil press for universal energy service and labeling of commercial buildings, service and public and residential on the efficiency energy through Procel Build (RTQ RTQ-C and-R). Photovoltaic systems can be used as coatings on buildings to generate energy for its own or connected to the mini-grid and still have influence on the architecture of the building: the coatings can is in roofs, facades or windows, softening in some cases the thermal load on building with architectural shading. Putting photovoltaic panels on the facades of the building allows us to serve the demand of the load with deep cycle, such as exterior lighting and possibly charging for electric vehicles. Today, with advancing technology in the storage industry is possible to service safely and efficiently in a storage building or direct this to a specific demand. Assuming uninterrupted power systems, UPS, use of secondary sources like PV, batteries and Flywheel is presented a way to better manage the stored energy and can extend battery life and consequently the entire PV system in the building. This way of storing energy provides a service perception of continuous use without interruption of the network with 20-year warranty, like the PV module, with this proposed loss of electricity in the building will be softened because the electricity will be used efficiently and intelligently. The starting point of the case study conducted in a commercial building in Rio de Janeiro is the photovoltaic systems with distributed generation (mini-grids) that are connected to the grid installed to provide power close to consumers, enhancing the amount of energy ofered if there is some increase in energy consumption in the building, or to use the PV system at the time of the tip and the grid system outages during off-peak. The storage through the inertial flywheel has a key role in this mini-grid (Flywheel, VRLA battery, UPS, inverter and STS), because their use can be considered a technological innovation for the voltage regulation in electric power system, and to prepare the building for the smart-grid. The accumulation of power by batteries and Flywheel UPS allowed the analysis of displacement of energy stored for consumption at peak hours, the same being managed by mini-grids, changing the concept of photovoltaic systems in urban and rural areas in Brazil . This form of storage is then confirmed as an intake of energy efficiency in building, as well as for the Brazilian energy matrix. Thus may carry substantial energy savings, and provide a service reliability of power, with a low return on investment and a guarantee of operation with little or no maintenance during the life of 20 years.

Nos últimos anos, o consumo de energia vem crescendo mundialmente nos grandes centros urbanos, e esforços na área de eficiência energética estão sendo implantados, a fim de reduzir o consumo no horário da ponta e interrupções da rede. O aproveitamento das fontes renováveis, como o fotovoltaico em uma edificação se torna um atrativo a mais para a matriz energética num momento em que o país prima pela universalização dos serviços de energia e a classificação de edifícios comerciais, de serviço e públicos, além dos residenciais quanto à eficiência energética através do Procel Edifica (RTQ-C e RTQ-R). Os sistemas fotovoltaicos podem configurar perfis de uso nas edificações de modo a gerar energia para consumo próprio ou ligado à rede e ainda ter influência na arquitetura do prédio com revestimento: os perfis podem está em telhados, fachadas ou janelas, amenizando em alguns casos a carga térmica no prédio com sombreamento arquitetônico. Hoje, com o avanço da tecnologia no setor de armazenagem é possível, o atendimento com segurança e eficiência a uma edificação ou direcionar esta armazenagem a uma demanda específica como o atendimento à demanda de ciclo profundo, tais como, iluminação externa e recarga de veículos elétricos. Partindo da premissa de sistemas interruptos de energia, UPS, uso de fonte secundária como FV, baterias e Flywheel é apresentado uma forma de melhor gerenciar a energia armazenada, podendo estender a vida útil da bateria e conseqüentemente de todo o sistema fotovoltaico na edificação. Esta forma de armazenar energia proporciona um serviço de uso contínuo sem percepção das interrupções da rede com garantia de 20 anos, tal qual o módulo fotovoltaico, com esta proposta as perdas de energia elétrica na edificação serão atenuadas, pois a eletricidade será utilizada de forma eficiente e inteligente. O ponto de partida do estudo de caso no prédio do IBAM são os sistemas fotovoltaicos com geração distribuída (mini-redes) conectados à rede que são instalados para fornecer energia ao consumidor, complementando a quantidade de energia demandada, caso haja algum aumento do consumo de energia na edificação, ou ainda utilizar o sistema fotovoltaico na hora da ponta e interrupções do sistema da rede no período fora da ponta. A estocagem inercial por meio do Flywheel tem um papel fundamental nesta mini-rede (Flywheel, bateria VRLA, UPS, inversor e STS), pois a sua utilização pode ser apontada como uma inovação tecnológica quanto à regulação de tensão no sistema de energia elétrica, além de preparar a edificação para o smart-grid. Esta configuração de acumulação de energia permitiu a analise do deslocamento desta energia armazenada para o consumo no horário de ponta, mudando o conceito de sistemas fotovoltaicos autônomos no meio urbano e rural no país. Este conceito de armazenagem se confirma então como um aporte na eficiência de energia na edificação, podendo carrear economia de energia substancial, além de proporcionar uma confiabilidade no serviço de energia, com um baixo retorno do investimento e com uma garantia de funcionamento com pequena ou nenhuma manutenção durante o período de vida de 20 anos. / In recent years, energy consumption is globally growing in urban centers, and efforts in the area of energy efficiency are being implemented to reduce consumption of this at the time of the tip and grid outages. The use of renewable sources such as photovoltaic in a building becomes a more attractive energy matrix for a moment in which Brazil press for universal energy service and labeling of commercial buildings, service and public and residential on the efficiency energy through Procel Build (RTQ RTQ-C and-R). Photovoltaic systems can be used as coatings on buildings to generate energy for its own or connected to the mini-grid and still have influence on the architecture of the building: the coatings can is in roofs, facades or windows, softening in some cases the thermal load on building with architectural shading. Putting photovoltaic panels on the facades of the building allows us to serve the demand of the load with deep cycle, such as exterior lighting and possibly charging for electric vehicles. Today, with advancing technology in the storage industry is possible to service safely and efficiently in a storage building or direct this to a specific demand. Assuming uninterrupted power systems, UPS, use of secondary sources like PV, batteries and Flywheel is presented a way to better manage the stored energy and can extend battery life and consequently the entire PV system in the building. This way of storing energy provides a service perception of continuous use without interruption of the network with 20-year warranty, like the PV module, with this proposed loss of electricity in the building will be softened because the electricity will be used efficiently and intelligently. The starting point of the case study conducted in a commercial building in Rio de Janeiro is the photovoltaic systems with distributed generation (mini-grids) that are connected to the grid installed to provide power close to consumers, enhancing the amount of energy ofered if there is some increase in energy consumption in the building, or to use the PV system at the time of the tip and the grid system outages during off-peak. The storage through the inertial flywheel has a key role in this mini-grid (Flywheel, VRLA battery, UPS, inverter and STS), because their use can be considered a technological innovation for the voltage regulation in electric power system, and to prepare the building for the smart-grid. The accumulation of power by batteries and Flywheel UPS allowed the analysis of displacement of energy stored for consumption at peak hours, the same being managed by mini-grids, changing the concept of photovoltaic systems in urban and rural areas in Brazil . This form of storage is then confirmed as an intake of energy efficiency in building, as well as for the Brazilian energy matrix. Thus may carry substantial energy savings, and provide a service reliability of power, with a low return on investment and a guarantee of operation with little or no maintenance during the life of 20 years.