A presente pesquisa foi desenvolvida para avaliar as potencialidades das células de combustível como tecnologia em si, inclusive os beneficios econômicos que se podem ter por meio do suprimento de energia elétrica se comparada com o aproveitamento da mesma por meio da rede pública. Além de uma parte descritiva do estado de arte da tecnologia, a presente dissertação foi focada em duas partes: a primeira trata de um estudo experimental onde uma célula, a membrana polimérica, foi conectada a um inversor, permitindo assim de fornecer energia elétrica na rede pública. Na segunda parte foi realizada uma avaliação engenhero-econômica com uma Célula de Combustível de Ácido Fosfórico para o aproveitamento da energia elétrica com cogeração de calor para as condições de mercado brasileiro. O primeiro estudo mostrou como seja possível abastecer uma célula (neste caso alimentada por hidrogênio) para fornecer continuamente energia elétrica na rede, onde necessário ou onde seja impossível para o usuário se conectar a rede pública. O segundo estudo, por sua vez, mostrou que atualmente a células de combustível de média temperatura de Ácido Fosfórico (PAFC) não é uma tecnologia ainda madura e que é viável economicamente somente em aplicações de nicho, por exemplo setores indústriais eletro-intensivos e com necessidade de energia termica também. Todavia, projeções futuras baseadas em curvas de aprendizados e a queda do preço do gás natural mostram como a expansão da tecnologia e a possibilidade de acessar um combustível barato podem abrir futuro para a PAFC mundialmente. / This Masters dissertation aims to study technical potentialities of Fuel Cell technology, including the economical benefits that can provide compared with public grid as well. Thus, the dissertation has been focused in two main parts: the first concerns in an experimental approach to supply electrical power to the public grid using a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), while the second one presents a global (from an engineering and economic point-of-view) assessment of a Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) for the co-generation of heat with electrical energy in Brazil. The first study has been accomplished connecting a PEMFC with a power inverter to the public grid. It has been proved experimentally that Fuel Cell is an alternative device that, as long as fuel is fed, may provide electrical energy continuously and more efficiently than traditional devices. The second study has been focused in the so-called Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) that, being a Medium Temperature Fuel Cell, beyond to supply electrical energy, may be used for co-generation of thermal energy. Through this study it has been showed that, at the current state-of-art, PAFC is is not already a mature technology and it becomes economically viable only for niche market applications, represented by the industrial sectors with high base load power and continuous thermal energy demand. However, accumulated knowledge expressed by learning curve and natural gas shock price caused by possible LNG supplying and shale gas recovery are the two main factors that may turn investment in PAFC profitable worldwide.

Em função do crescente processo de liberalização dos mercados de gás natural e de energia elétrica nos países do hemisfério norte, bem como pelo aumento das restrições ambientais, as projeções de demanda mundial de gás natural indicam um forte crescimento, principalmente no segmento de geração de energia elétrica. Assim, pode-se afirmar que haverá uma convergência cada vez maior entre os mercados de gás natural e de eletricidade. O transporte do gás natural em sua forma liquefeita, o GNL (Gás Natural Liquefeito), representa um importante pivô para essa convergência, bem como para uma integração global crescente dos mercados de gás natural e eletricidade. Essas evoluções sempre estiveram distantes da realidade brasileira, pois a geração elétrica predominantemente hídrica historicamente reservou um papel limitado para a geração termelétrica. No entanto, desde 2001, como resultado da crise de abastecimento de energia elétrica, o Brasil também fez esforços importantes rumo a uma maior convergência entre os mercados de gás e eletricidade. Desde 2005, a importação de GNL tem sido analisada para o caso brasileiro, visando prioritariamente o atendimento de uma demanda termelétrica para o gás natural. A característica principal deste modelo é a necessidade de se garantir uma oferta de combustível flexível para usinas que deverão suprir uma demanda termelétrica igualmente flexível: oferta flexível para demanda flexível. A luz das evoluções em curso no mercado global, o presente trabalho avalia a viabilidade deste modelo a partir da análise das possibilidades do suprimento de GNL ser efetuado de forma flexível, atuando, assim, como mecanismo de flexibilização da oferta de gás natural e garantindo um melhor aproveitamento da capacidade de geração elétrica atualmente instalada no Brasil. / Due to the growth of liberalization process on natural gas and electricity markets on northern hemisphere countries, as well as due to raising environmental restrictions, world natural gas demand projections indicate a strong growth, mainly driven by the power generation segment. Therefore, we can affirm that will have an even higher convergence between natural gas and electricity markets. Natural gas transportation in its liquefied form, the LNG (Liquefied Natural Gas), represents an important pivot for this convergence, as well as for the raising global integration of electricity and natural gas markets. These evolutions were always distant from Brazilian reality, as dominant hydroelectric generation historically reserved a limited role for thermoelectric generation. However, since 2001, as a result from the electricity supply crisis, Brazil also did important efforts towards a greater convergence between natural gas and electricity markets. Since 2005, LNG importation has been analyzed for the Brazilian case, primarily focusing thermoelectric demand utilization for the natural gas. The main characteristic of this model is the necessity to guarantee a flexible fuel supply for power plants that shall supply an equally flexible thermoelectric demand: flexible supply for flexible demand. In light of the evolutions underway on the global market, this study evaluates the viability of this model based on the possibility of LNG supplies be done on flexible way, acting then as a natural gas supply flexibility mechanism and guaranteeing a better utilization of the thermoelectric generation capacity already installed in Brazil.

Devido à sua natureza, o gás natural (GN) tem na distância aos pontos de consumo um obstáculo para sua utilização, a qual vai além simples queima para geração de energia ou obtenção de calor. Portanto, é importante que sejam discutidos novos métodos para distribuí-lo e transformá-lo em fontes de energia de maior valor agregado ou em matéria-prima para fabricação de produtos a serem utilizados na indústria química. Uma opção é a conversão do GN em combustíveis líquidos de pronto uso como óleo diesel, gasolina e querosene de aviação através da rota Gas-To-Liquids (GTL). O presente trabalho avalia o potencial da tecnologia GTL no contexto do crescimento da oferta de gás natural no Brasil pelos gasodutos Rota 2 e Rota 3, contextualizando o cenário brasileiro desse energético, as perspectivas futuras e o estado da tecnologia GTL com o processo Fisher-Tropsch. Para tanto, é simulado e analisado o desempenho econômico de uma planta de diesel GTL operante por 30 anos em cenários de preços de insumo e produto obtidos por projeções de reconhecimento internacional. / The usage of natural gás (NG) is related to the distance to the final customers, that is a real obstacle to its full utilization which is beyond the usage as fuel for electricity or heat generation. It is important to prospect, analyze and propose new methods for distribution and transformation of this important energy suppy to more value added products or special raw material for the chemical industry. The transformation in ready for use liquid fuels like diesel, gasoline and kerosene through the gas-to-liquid route (GTL) is one of the options. This dissertation evaluates the GTL technology in a context of the NG additional volume available through 2 new pipelines coming from offshore, Rota 2 and Rota 3 in the Brazilian context of NG current usage and its future perspectives taking advantage of this additional availability via the traditional and long term tested GTL Fischer-Tropsch (FT) technology. A GTL FT Diesel plant operating for 30 years was taken as an example considering different scenarios for NG and Oil prices retrieved from the IEA data base that is internationally considered as a consistent source of information.

A presente dissertação de mestrado consiste na realização de um estudo geológico acerca do potencial para exploração e produção de gás natural não convencional na Bacia do Paraná, regiões sul e sudeste do Brasil e norte do Uruguai. Com essa finalidade, foram analisadas as formações geológicas Irati e Ponta Grossa, situadas na porção sul da bacia e caracterizadas por seu potencial gerador de hidrocarbonetos. O estudo também inclui a avaliação da viabilidade do abastecimento da usina termoelétrica de Uruguaiana a partir desse recurso, considerando os aspectos geológicos, socioeconômicos e ambientais associados. O projeto visa incentivar o estudo à temática de recursos energéticos não convencionais, com destaque para o shale gas, principal fonte de gás natural não convencional explorada no mundo, além de ressaltar os benefícios na crescente implantação do gás natural na matriz energética brasileira, tanto em aspectos estratégicos quanto econômicos. O projeto propõe a elaboração de um modelo descritivo-comparativo baseado nos aspectos geológicos dos principais campos produtores de shale gas nos Estados Unidos, principal produtor mundial, por meio do qual é avaliado o potencial para ocorrência desse recurso nos folhelhos negros correspondentes às Formações Irati e Ponta Grossa, segundo parâmetros geoquímicos, petrofísicos e geológicos presentes em formações comprovadamente produtoras nos EUA: Marcellus, Barnett e Eagle Ford. O modelo descritivo tem finalidade de avaliar o potencial para exploração, produção e distribuição de gás natural não convencional nas regiões sul e sudeste do Brasil, as quais representam o maior mercado consumidor e demanda por energia no país. Com base na análise comparativa realizada, atribui-se às formações brasileiras potencial moderado a elevado para a geração de shale gas. Entretanto, a viabilidade no abastecimento da usina termoelétrica de Uruguaiana depende, além da geologia local, de fatores político-regulatórios ainda pouco consolidados no país para a incentivar a produção de recursos energéticos não convencionais. / The presented Masters Thesis consists on a geological study of the potential for exploration and production of unconventional natural gas in the Paraná Sedimentary Basin, southern and southeastern Brazil, and northern Uruguay. Therefore, the geological formations Irati and Ponta Grossa, located in the southern portion of the basin, were analyzed in terms of its hydrocarbon generating potential. The study also includes the viability evaluation of this occurrence as a supply for a thermal power plant in Uruguaiana, considering the geological socio-economic and environmental associated aspects. The project aims to promote studies on the topic of unconventional energy resources, especially shale gas, the main unconventional source of natural gas exploited in the world; in addition to emphasizing the advantages in increasing the implement of natural gas into the Brazilian energy matrix, both in strategic and economic aspects. The project proposes the development of a descriptive and comparative model based on geological aspects of the major shale gas producing fields in the United States, the world\'s leading producer; by which we are able to evaluate the potential for occurrence of this resource in the corresponding black shale formations Irati and Ponta Grossa according to geochemical, petrophysical and geological parameters present in these proven producing formations: Marcellus, Barnett and Eagle Ford. The descriptive model was elaborated in order to evaluate the potential for exploration, production and distribution of unconventional natural gas in the southern and southeastern regions of Brazil, which correspond to the largest consumer market and energy demand in the country. Based on a comparative analysis, the Brazilian geological formations are quantified with a moderate to high potential for generating shale gas. However, the viability of using this resource as supply for thermal electricity generation in Uruguaiana depends, in addition to the local geology, to political and regulatory aspects, which are still poorly consolidated among the country, in order to encourage the production of unconventional energy resources.

A motivação para este trabalho originou-se da atual tendência do Gás Natural Liquefeito (GNL) se tornar uma importante opção para a diversificação da matriz energética brasileira. Atualmente, os terminais de gás natural liquefeito (GNL) são na maioria estruturas onshore, a construção destes terminais é custosa e muitos investimentos são necessários para atender as legislações ambientais e de segurança. Além disso, um acidente em uma destas instalações poderá produzir um grande impacto em áreas adjacentes. Sob esta perspectiva, surge uma nova proposta: uma unidade flutuante de armazenagem e regaseificação de gás natural liquefeito (FSRU - Floating Storage and Regasification Unit), o qual é uma unidade offshore e que pode trabalhar a quilômetros de distância da costa. O objetivo desta pesquisa é desenvolver uma metodologia de análise de Confiabilidade com o uso de Redes Bayesianas (RB) e aplicá-la na análise do sistema de Regaseificação do FSRU. O uso de RB, entre outras vantagens, permite a representação de incertezas no modelo e de dependências condicionais o que não é possível com as técnicas tradicionais, como por exemplo, as árvores de falhas e de eventos. Como resultado do trabalho, além da apresentação da metodologia a ser desenvolvida, serão identificados os pontos críticos do sistema contribuindo para o desenvolvimento de um plano de manutenção que assegure uma boa operabilidade do sistema com níveis razoáveis de dependabilidade. / The motivation for this research is the propensity of the Liquefied Natural Gas (LNG) becomes an important source of energy. Nowadays, LNG Import Terminals are mostly onshore; the construction of these terminals is costly and many adaptations are necessary to abide by environmental and safety laws. Moreover, an accident in one of these plants might produce considerable impact in neighboring areas. Under this perspective, a new option arises: a vessel known as FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), which is an offshore unit, that can work miles away from de coast. The goal is to develop a Bayesian Network Reliability Modeling, which will show a preview of FSRUs Regasification System behavior. Using BN is possible to represent uncertain knowledge and local conditional dependencies. The results intend to clarify the critical equipment of the system and might improve the development of an effective maintenance plan, which can provide good operability with reasonable dependability levels.

Orientadores: Ênnio Peres da Silva, Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:35:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_DanielGabriel_M.pdf: 3136066 bytes, checksum: c47f35afd0cbcdaa10bf8e97d99f8270 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Ao avaliar a evolução do uso da energia pelo homem, percebe-se uma tendência à utilização de combustíveis com menos carbono e mais hidrogênio. Atualmente, observa-se um empenho pela utilização de combustíveis gasosos, como o gás natural, que possui uma relação de 4 átomos de hidrogênio para 1 átomo de carbono. Esta evolução permite estimar a utilização do hidrogênio gasoso para o futuro. Por se tratar de um vetor energético e não de uma fonte de energia, o hidrogênio precisa ser extraído de algum composto para ser utilizado. Examinando-se a literatura pertinente dos últimos anos, verifica-se que há em todo o mundo um grande esforço e uma grande expectativa quanto ao uso energético do hidrogênio em células a combustível, já que a eficiência destes equipamentos é superior à eficiência dos dispositivos tradicionais que utilizam à combustão. Sua aplicação se dá em diversos sistemas energéticos, estacionários ou móveis. Devido á exigência de elevada pureza para o hidrogênio utilizado em células a combustível do tipo PEM, a produção de hidrogênio a partir do processo de reforma de gás natural e o sistema de purificação deste hidrogênio tem sido estudado pelos principais centros de pesquisa nacionais. Por se tratar de umas das formas mais baratas para obtenção de hidrogênio para aplicação em células a combustível, o conhecimento desta tecnologia poderá conduzir à competitividade do uso energético do hidrogênio com um menor custo num menor prazo, o que a torna uma tecnologia estratégica. O objetivo geral desta dissertação é apresentar os principais processos de purificação do gás de síntese proveniente da reforma do gás natural para o fornecimento de hidrogênio com pureza suficiente para uso em células a combustível do tipo PEM e apresentar as considerações teóricas e experimentais sobre o funcionamento do sistema de purificação construído pelo Laboratório de Hidrogênio da Unicamp para desenvolvimento desta dissertação / Abstract: Evaluating the evolution of energy use by humanity it is observed a tendency to use fuels with lower carbon content and more hydrogen. Currently, there is a commitment to use fuels such as natural gas that has a ratio of 4 hydrogen atoms to 1 carbon atom. That evolution allows the estimation of gaseous hydrogen use for the future. Hydrogen is an energy vector, not an energy source, and then it must be extracted from a compound to feed fuel cells. The literature of recent years shows that there is a great effort and a huge expectation for the use of fuel cells which achieve higher efficiencies than traditional combustion devices. Fuel cells can be used in stationary, automotive or portable energy systems and its manufacturing technology has left laboratories and research centers is now being developed by companies with large investments. Since PEM fuel cells require high purity hydrogen, the hydrogen production from natural gas reforming process and the hydrogen purification systems have been studied by Brazilian research centers. Because this process is one of the cheapest methods to obtain hydrogen for use in fuel cells, the knowledge of this technology could lead to the competitive use of hydrogen energy at a lower cost in a shorter term, making it a strategic technology. The general objective of this dissertation is to present the main processes for the purification of synthesis gas from the reforming of natural gas to supply hydrogen with sufficient purity for its use in PEM fuel cells and present the theoretical and experimental considerations about the purification system built by the Hydrogen Laboratory at Unicamp for the development of this dissertation / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto Bandeira Guimarães / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-06T01:41:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lobkov_DmitriDmitrievich_M.pdf: 951415 bytes, checksum: 540ad2a18af759bf3bb0d0715b212f7f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho se apresentam argumentos econômicos e de meio ambiente para o uso de GNC em ônibus de transporte público, na forma de gás-diesel. Assim, os objetivos deste trabalho são: Analisar e comparar a experiência real do uso de gás-diesel em outros países e também no Brasil, para oferecer alternativa de combustível Gás Natural Comprimido (GNC) para as empresas de transporte urbano. Fundamentar as vantagens econômicas de reduzir o consumo de combustível diesel em ônibus a gás-diesel, usando como combustível uma mistura de diesel e GNC. Fazer os cálculos de demanda crescente de GNC com a substituição de combustível diesel por GNC nos ônibus urbanos / Abstract: This work presents strong economical and enviromental arguments in favour of the use of CNG (Compress Natural Gas) in the passengers's public transport (buses). The main object of this work is to analyse and compare the real experience in the use of gas/diesel fuel in Brazil and in other countries in an attempt to give an alternative gas fuel system in the public transport. Also it establishes and explains the economical advantage in reducing the consume of diesel fuel in the gas/diesel buses, by the use of a diesel/CNG mixture. Finally, the calculations made show the increasing demand of CNG with the substitution of diesel fuel by CNG in the buses of the public transport / Mestrado / Geotecnia / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica. / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:32:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Muraro_Wilson_M.pdf: 1394873 bytes, checksum: fc32a4e69a7d3e841edaf12eb62d7411 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Hoje no mundo há uma grande rejeição de matériais, resíduos e outros compostos orgânicos que podem ser aproveitados como fontes de energia. Exemplos podem ser observados em todo o mundo e principalmente em regiões onde a pobreza impera e que a energia elétrica pode ser de grande ajuda ou mesmo como um salva vidas. O emprego de pequenas centrais de geração de potencia integradas a um gaseificador comum motor de combustão interna (Integrated Gasefication Combustion EngineI GCE) do ciclo OTTO e adaptado para operar com gás de baixo poder calorífico, constitui uma alternativa interessante e economicamente viável,que possibilita a produção independente de energia elétrica e térmica (Marcelo,2004). Para o aproveitamento de resíduos de BIOMASSA,como a casca de arroz, utilizou-se um processo de gaseificação,que é uma técnica que possibilita o uso energético da biomassa através da obtenção de um gás de baixo poder calorífico (4a6 MJ/Nm33). Utilizou-se um gaseificador de leito fluidizado do Laboratório de combustão da FEM,onde foi instalado um motor de 5965 litros de cilindrada total e 6 cilindros, com taxa de compressão 12:1, do ciclo OTTO, que originalmente é utilizado em veículos movidos a gás natural comprimido. Obteve se os seguintes valores nos ensaios: Potência (kW)=40.7@ 1800 rpm, Avanço(Graus do virabrequim )=30;Temperatura de Escapamento (°C) =596; Lambda =1,12; Pressão Máxima de Combustão (PA) =4000000. Como funcionamento do motor, verificou se a necessidade de algumas alterações em seus componentes, como também mudanças nas regulagens de avanço. É necessário um sistema para aumentar a pressão do gás proveniente do gaseificador e um sistema de partida inicial. Dessa maneira teríamos um motor para operar como grupo gerador e fazer parte de uma planta piloto para geração de energia elétrica por gaseificação de biomassa / Abstract: Nowadays there is a great waste of organic matters, residues and other substances that could be used in a power plant. Examples can mainly be observed in the whole world and in regions where the poverty reigns and where the electric energy could be of great aid.The use of small power generation plants integrated to a gasification with an internal combustion engine (Integrated Gasification Combustion Engine-GCE) of cycle OTTO and adapted to operate with low power heat rate gas, consists an interesting and economical viable alternative, that makes possible the independent production of electric and thermal energy. For the exploitation of residues of BIOMASS, as the rice husk, we used a gasification process that is a form to increase the energy use of the biomass. The gasification can generate thermal energy and electric energy. It was used gasifier of fluidized bed from UNICAMP, where it was installed an engine with of 5,965 liters and 6 cylinders, with compression rate 12:1(cycle OTTO),which was originally used in vehicles powered by compressed natural gas, to running with the gas of low power heat rate (46 MJ/Nm3) produced by gasifier. Typical experimental result. Power (kW)=40,7@1800rpm; Advance (Degrees)=30; Exhaust gas temperature(°C)=596; Lambda=1,12; Maximum Combustion Pressure (PA)=4000000. During the running of the engine, the necessity of some alterations in some components was verified as well changes in the advance regulations. A system to increase the pressure of the gas proceeding from the gasifier and a system of start are necessary. In this way we would have an engine to operate as generating group and to be part of a pilot plant for generation of eletric energy for gasification of biomass in agricultural and interior cities / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Takaaki Ohishi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T05:54:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_OdersonDiasde_D.pdf: 1392271 bytes, checksum: 4a25b0e50f13f9b1cc3f51c1bbf51592 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta tese apresenta um modelo de despacho para usinas termelétricas a gás natural considerando a produção e o transporte de gás. O modelo proposto associa a operação do sistema de geração termelétrica com a operação da rede de gasodutos. A metodologia utilizada para obter a solução foi aplicada a um exemplo com seis usinas termelétricas supridas por uma rede de gás natural. O modelo apresentado integra eficientemente a operação das usinas termelétricas com a operação do sistema de gasodutos / Abstract: This thesis presents a dispatch model for natural gas power plants considering the production and transmission of gas. The proposed model put together the operation of the power plant system with the operation of the natural gas pipeline network. The proposed approach was applied to an example of six power plants supplied by a gas system. The proposed approach integrates the operation of power plants with the operation of natural gas transmission system / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11134.pdf: 13236915 bytes, checksum: bc82464227602708ec25d5d0daf70863 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP