The renewable energy sources are the primary solution for energy demand in all the countries because it’s being harmless to the environment. In the short term, wind energy has the most potential among all the renewable energy technologies. In the European Union, Sweden is largely based on renewable energy for their energy demand. Sweden is one of the leading country in the EU where wind power has been growing rapidly. As wind turbines in recent time have been more and more commonly placed in forestal terrain in Sweden, it is of interest to know the difference in annual output compared to the flat terrain which was the earlier dominant terrain type for wind turbines. In this thesis, the difference between the two terrain types is investigated for a number of wind turbine models. This paper presents the study from the annual Vindstat report of the year 2015 and 2016. The data were accumulated in the Excel file and the terrain for turbine locations was classified using Google Earth. Finally, the power generation in both areas are compared by graphs and tables. The results indicate the difference in production according to the terrain and turbine rating. And it was a surprising finding that the difference between them is not more as we expected. Even more, further study is required to find the difference between in forest and flat wind turbines in all the aspects.

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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.

A função básica de um sistema de energia elétrica é fornecer aos seus clientes energia elétrica economicamente e tão confiável quanto possível. A importância da confiabilidade dos sistemas de energia elétrica é claramente notada quando as pessoas são confrontadas com a perda de energia elétrica, não importando se a perda provoca parada das linhas de produção ou mesmo impactos financeiros às empresas, o que pode consequentemente causar enorme impacto econômico além de situações que impactam o conforto da população. Dentro deste contexto esta tese apresenta uma metodologia para avaliação da confiabilidade de plantas de geração de energia elétrica que possibilita avaliar qualitativamente e quantitativamente a confiabilidade e disponibilidade dos principais componentes elétricos e mecânicos necessários à geração confiável de energia. A análise qualitativa foi realizada levando-se em consideração as características físicas das usinas hidroelétricas e as características construtivas das unidades geradoras para que fosse possibilitada a classificação das unidades geradoras em grupos estatisticamente significativos. A análise quantitativa foi fundamentada em métodos estatísticos de estimação e inferência e aspectos relacionados ao desempenho e disponibilidade de usinas hidroelétricas brasileiras tendo como referência os índices preconizados pelas agências regulatórias. As unidades geradoras foram modeladas através de métodos estatísticos e probabilísticos que permitem avaliar por meio de técnicas de confiabilidade a frequência e a duração das falhas além das probabilidades associadas a cada estado de falha. Os dados de falha foram obtidos por meio de bancos de dados consolidados por agentes geradores e órgãos federais responsáveis pela operação do sistema interligado nacional. Os dados representam a história operativa de grande parte das usinas hidrelétricas brasileiras operadas e despachadas de forma centralizada. A metodologia apresentada nesta tese preenche uma lacuna na existência de metodologias focadas em avaliação de confiabilidade de plantas de geração em fase de projeto, que possibilitariam a mitigação de riscos de falhas e perdas produtivas quando da operação comercial da planta de geração. / The basic function of a power system is to provide their customers electricity as economically and reliably as possible. The importance of the reliability of electric power systems is clearly noted when people are confronted with the loss of energy, no matter if the loss stops the production lines or even causes financial impacts on companies, which may consequently cause huge economic impact beyond situations that influence the comfort of the population. Within this context, this thesis presents a methodology for assessing the reliability of plants generating electricity that enables qualitatively and quantitatively evaluate the reliability and availability of key electrical and mechanical components needed to generate reliable power. Qualitative analysis was performed taking into account the physical characteristics of hydroelectric and constructive features of the generating units to which the classification was made to enable pool and cluster generating units in groups statistically significant. Quantitative analysis was based on statistical methods of estimation and inference and aspects related to performance and availability of Brazilian hydroelectric plants with reference to the indices recommended by regulatory agencies. The units were modeled using probabilistic and statistical methods for assessing, by means of reliability techniques, the frequency and duration of failures plus the probabilities associated with each state of failure. The failure data were obtained from consolidated databases by agents and federal agencies responsible for the operation of the national grid. The data represent the operational history of much of Brazil\'s hydroelectric facilities operated and dispatched centrally. The methodology presented in this thesis fills a gap in the existence of methodologies focused on reliability assessment of power plants in the design phase, which would allow the mitigation of risks of failures and production losses when the commercial operation of the generating plant.

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.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoRobersonParizotto.pdf: 2503168 bytes, checksum: db5f1a0599dffdd5ab378e0d828d8f19 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / This project aimed to install a water pumping system with wind generator and evaluation of the performance of the same field, considering the availability of wind energy on site. The system was composed of a small wind turbine Horizontal axis Greatwatt the brand mounted on a self-supporting tower and a water pump from SHURflo brand model 8000, it was installed on CASA (Center for Analysis of Alternative Systems) project. Data on the local wind speed, the power generated by the wind turbine and the water flow pumped by the motor pump were collected. With these data it was possible to determine the wind energy in place, the energy generated by the wind turbine, the wind turbine performance and the relationship between energy generated and the pump flow. Thus, by determining the best times of incidence of wind where it was possible to evaluate the best time range for wind power generation and performance of the pump under the action of different levels of wind speed system. / Este projeto teve como objetivo a instalação de um sistema de bombeamento d água com gerador eólico e avaliação do desempenho do mesmo em campo, considerando a disponibilidade de energia eólica no local. O sistema foi composto de um aerogerador de pequeno porte de eixo horizontal da marca Greatwatt instalado sobre uma torre autoportante e uma bomba d água da marca SHURflo modelo 8000, o mesmo foi instalado no projeto CASA (Centro de Analises de Sistemas Alternativos). Foram coletados dados de velocidade do vento no local, a energia gerada pelo aerogerador e a vazão d água bombeada pela moto bomba. Com esses dados foi possível determinar a energia eólica no local, a energia gerada pelo aerogerador, o rendimento do aerogerador e a relação entre a energia gerada e a vazão da bomba. Com isso determinou-se os horários de melhor incidência de vento onde foi possível avaliar a melhor faixa de horário para geração de energia eólica e o desempenho do sistema de bombeamento sob a ação de diferentes patamares de velocidade do vento.

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.

The increasing trend of world-wide energy consumption emphasizes the importance of ongoing optimization of new and existing technologies. In this dissertation, two energy–intensive systems are simulated and optimized. Advanced estimation, optimization, and control techniques such as a moving horizon estimator and a model predictive controller are developed to enhance the profitability, product quality, and reliability of the systems. An enabling development is presented for the solution of complex dynamic optimization problems. The strategy involves an initialization approach to large–scale system models that both enhance the computational performance as well as the ability of the solver to converge to an optimal solution. One particular application of this approach is the modeling and optimization of a batch distillation column. For estimation of unknown parameters, an L1-norm method is utilized that is less sensitive to outliers than a squared error objective. The results obtained from the simple model match the experimental data and model prediction for a more rigorous model. A nonlinear statistical analysis and a sensitivity analysis are also implemented to verify the reliability of the estimated parameters. The reduced–order model developed for the batch distillation column is computationally fast and reasonably accurate and is applicable for real time control and online optimization purposes. Similar to estimation, an L1-norm objective function is applied for optimization of the column operation. Application of an L1-norm permits explicit prioritization of the multi–objective problems and adds only linear terms to the problem. Dynamic optimization of the column results in a 14% increase in the methanol product obtained from the column with 99% purity. In a second application of the methodology, the results obtained from optimization of the hybrid system of a cryogenic carbon capture (CCC) and power generation units are presented. Cryogenic carbon capture is a novel technology for CO2 removal from power generation units and has superior features such as low energy consumption, large–scale energy storage, and fast response to fluctuations in electricity demand. Grid–level energy storage of the CCC process enables 100% utilization of renewable power sources while 99% of the CO2 produced from fossil–fueled power plants is captured. In addition, energy demand of the CCC process is effectively managed by deploying the energy storage capability of this process. By exploiting time–of–day pricing, the profit obtained from dynamic optimization of this hybrid energy system offsets a significant fraction of the cost of construction of the cryogenic carbon capture plant.