Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第17560号 / 工博第3719号 / 新制||工||1566(附属図書館) / 30326 / 京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻 / (主査)教授 吉田 英生, 教授 中部 主敬, 准教授 松本 充弘 / 学位規則第4条第1項該当

La composition des parcs électriques nationaux est basée sur le classement des différents moyens de production par rapport à leur coût marginal de génération d’électricité. Ainsi, les réserves considérables d’hydrocarbure dans les pays producteurs de pétrole ont favorisé l’usage abusif du pétrole ou du gaz naturel dans le parc de production d’électricité. L’objectif de ce travail de recherche est d’analyser des parcs de production pour ces pays producteurs en construisant le parc optimal d’électricité concernant l’usage rationnel (du point de vue économique) des différents moyens de génération d’électricité. Dans ce travail, nous évaluons la situation actuelle et future de la production d’électricité en Arabie Saoudite, en Egypte et en Iran grâce à plusieurs approches de modélisation : linéaire, dynamique et statistique. Ensuite, nous allons mener une analyse de sensibilité afin d’évaluer l’optimalité et l’efficacité de la production d’électricité en tenant compte de l’intégration des autres ressources alternatives non-carbonées. / National power generation mix composition is based on the ranking (merit-order) of the various means of production from their marginal cost of electricity generation. Thus, significant reserves of hydrocarbons in oil-producing countries favoured the abusive use of oil or natural gas in the electricity mix. The purpose of this research is to analyze the power generation mix of these countries by constructing an optimal electricity mix based on the rational use (from an economic point of view) of various electricity production means. In this work, we assess the current and future situation of electricity production in Saudi Arabia, Egypt and Iran, thanks to linear, dynamic and statistical modeling efforts. Thereafter, we will conduct sensitivity analysis to measure the optimality and efficiency of electricity generation by taking into account the integration of alternative non-fossil-fuel based resources.

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:49:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Geraldi_Douglas_M.pdf: 3918130 bytes, checksum: a6b640b4707af6b9173674deab29eece (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Existe atualmente um consenso de que as Redes Inteligentes favoreçam a solução de diversos problemas presentes no dia a dia das concessionárias distribuidoras de energia elétrica, tais como a gestão inteligente do carregamento e o gerenciamento automático na recuperação do fornecimento de energia (self-healing). Por outro lado, a implantação de tecnologias de redes inteligentes também pode criar novas dificuldades para as distribuidoras. Especial atenção deve ser dada à facilidade do acesso ao sistema elétrico por parte da microgeração - quer seja solar, eólica, micro turbinas a gás, etc. - possibilitada pela substituição dos medidores atuais por medidores inteligentes e por legislação específica recentemente publicada pela ANEEL. Neste trabalho busca-se apontar e quantificar alguns impactos técnicos relacionados à injeção de potência em um circuito secundário de distribuição. Através do estudo de cenários com crescente nível de penetração de microgeradores fotovoltaicos residenciais (tetos solares) são analisados os impactos na curva de carga do prossumidor, no perfil de tensão da rede, nas perdas elétricas e no desequilíbrio de tensão. As simulações dos cenários supracitados são realizadas através do software livre Gridlab-D, desenvolvido pela Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) para estudos de aspectos de redes inteligentes via simulação computacional. Uma das vantagens desse pacote é a integração com base de dados meteorológicos, permitindo, por exemplo, a estimativa da geração fotovoltaica mês a mês para um determinado ano constante na base de dados / Abstract: Nowadays, there is a consensus that the Smart Grid can promote the solution of various problems present in distribution utilities, such as intelligent load management and self-healing. How-ever, the deployment of smart grid technologies can also create new difficulties. Special attention should be given to the open access to the electrical grid from the micro-generation plants, such as solar photovoltaic, wind turbines and gas micro-turbines, which will be possible with the re-placement of the current meters for smart meters and by specific regulation recently published by ANEEL. This work intends to identify and quantify some technical impacts related to power injection from micro-generators in a secondary distribution circuit. Through the study of scenarios with increasing penetration of residential photovoltaic micro-generators (solar roofs) some impacts are analyzed: impacts on the load profile of the prosumer; impacts on the voltage profile of the network; impacts on the electrical losses and voltage imbalance. The simulations of the above scenarios are performed by using Gridlab-D, free software developed by Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) to study aspects of smart grids via computer simulation. One ad-vantage of this package is the integration with meteorological database, enabling, for example, the estimation of photovoltaic generation every month for a given year contained in the database / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Fernando Ely / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T07:45:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matsumoto_Agatha_M.pdf: 4679251 bytes, checksum: 08fb9e84038f307956ec356550160f03 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Células fotovoltaicas orgânicas (OPVs) tem sido foco de intensa pesquisa devido ao seu potencial de baixo custo de produção e pela típica característica de serem flexíveis. Apesar de tais vantagens, estes dispositivos ainda têm baixa eficiência quântica (PCE). Este trabalho explora o desenvolvimento de processos de fabricação reprodutíveis e o uso de novos materiais em estruturas de dispositivo fotovoltaico. Inicialmente foi construído dispositivo padrão seguindo a estrutura de ITO/ PEDOT VpAl/ P3HT:PCBM/ Al, que corresponde à estrutura OPV mais estudada, até hoje, e que conduz a altas eficiências de fotoconversão. Foram ajustados todos os parâmetros físico-químicos para se obter as soluções mais estáveis possíveis e camadas funcionais uniformes do dispositivo padrão. Diversas modificações, neste dispositivo padrão, foram introduzidas para incrementar a eficiência quântica originalmente obtida. Primeiramente, foi testada a aplicação de PEDOT condutor e nanoparticulas (NP) de ZnO como camada buffer em substituição ao PEDOT VpAl. Posteriormente, o composto liquido-cristalino TAPCu-52 foi introduzido como material do tipo-P na camada ativa, em substituição ao polímero P3HT. Cristais líquidos também foram estudados como aditivos funcionais na camada ativa para aumentar a mobilidade dos portadores de carga e facilitar a separação do par elétron-buraco fotogerado. Por fim, buscando tornar o dispositivo completamente flexível foi realizada a substituição do eletrodo transparente de ITO por uma camada de PEDOT condutor, obtida pelo método de spray manual e ultrasônico. As caracterizações elétricas e morfológicas das células OPV, mostraram que todas as modificações feitas levaram a resultados positivos em relação ao dispositivo padrão fabricados / Abstract: Organic photovoltaics (OPVs) have been the focus of research due its flexible characteristics and low cost of production. Despite such advantages these devices still have low quantum efficiency (PCE), which is an obstacle for commercialization. This work explores reliable fabrication processes and new materials for OPV structures. For comparison, we fabricated standard devices having the well studied structure ITO/ PEDOT VpAl/ P3HT:PCBM/ Al which can lead to high fotoconversion efficiencies. Physical and chemical parameters were modified to achieve stable solutions and uniform functional layers. Several modifications in this standard device were introduced in order to increase the original PCE obtained. Firstly, conductive PEDOT and ZnO nanoparticles layers were added in replacement of the PEDOT VpAl as buffer. Afterwards, the liquid-crystalline compound TAPCu-52 was studied as p-type material in the active layer to substitute the P3HT polymer. Liquid crystals were also investigated as functional additives to increase the charge carrier mobility and electron-hole separation. Finally, ITO was changed by a conductive PEDOT layer deposited by handheld and ultrasonic spray as transparent anode in order to have a more flexible device. In general, the electrical and morphological characterizations indicated that all studied modifications had positive effect on the PCE of the manufactured OPV devices / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:01:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LeonardoRuffeilde_M.pdf: 3470428 bytes, checksum: 7972e30772adc6b114e71c8f464265b8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a construção de um conversor eletrônico de potência monofá-sico completo para conexão à rede elétrica de distribuição de baixa tensão alimentado por painel fotovoltaico Painéis fotovoltaicos comerciais geram uma tensão contínua que varia entre 20 e 50V, dependendo do tipo de painel e da ocorrência ou não de conexão entre os mesmos; sendo necessário, portanto, a adequação dos níveis de tensão gerados pelo painel com o nível de tensão da rede elétrica de distribuição, na qual ele será conectado. O conversor eletrônico de potência utilizado neste trabalho é constituído de dois estágios sendo o primeiro CC ¿ CC e o segundo, um inversor, CC ¿ CA. Ele será controlado de duas maneiras: a primeira será responsável pelo con-trole da tensão de entrada do conversor CC - CC e pela injeção de potência no conversor CC - CA o qual, além de ser o responsável pela transformação da tensão contínua em alternada também é responsável pelo sincronismo do conversor CC - CA com a rede elétrica. São apresentados resultados de simulação do funcionamento do conversor para geração fotovoltaica de energia elétrica, sua malha de controle e o funcionamento do sistema elétrico completo. O projeto com-pleto dos conversores e dos circuitos auxiliares bem como os resultados experimentais obtidos em laboratório são apresentados / Abstract: The objective of this work is the construction of a complete single-phase power electronic converter for grid connection of low voltage distribution powered by photovoltaic panels. Photo-voltaic panels generates a DC voltage that varies between 20 and 50V, depending on the type of panel and presence or absence of connection between them, it is necessary, therefore, the ade-quacy of voltage levels generated by the panel with the voltage level of the electrical distribution network, in which it is connected. The power electronic converter used in this study consists of two stages with the first is a dc ¿ dc converter and the second is a dc-ac converter, frequency inverter. It will be controlled in two ways: the first is responsible for controlling the input voltage of the dc-dc converter and the power injection in the ac-dc converter which, besides being res-ponsible for the transformation into alternating voltage is also responsible by the synchronism of the converter dc-ac with the utility grid. Simulation results of the converter operation connected to the utility grid are presented, its network control and operation of the complete electrical sys-tem. The complete design of converters and auxiliary circuits and the experimental results obtai-ned in the laboratory are presented / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

A instalação de empreendimentos hidrelétricos ocorreu de forma crescente no Brasil na última década. De igual modo, a importância da produção agrícola na economia nacional também cresceu. A supressão de terras e a alteração do fluxo da água causada pelo alagamento necessário à implantação de usinas hidrelétricas alteram a estrutura e a dinâmica das regiões diretamente afetadas em função de aspectos ambientais e sociais como reassentamentos, migrações, especulação imobiliária, êxodo rural etc. Estes impactos das hidrelétricas têm sido amplamente descritos pela literatura. O presente trabalho buscou analisar de forma especifica os impactos ocasionados pelos alagamentos sofridos pelos municípios brasileiros afetados por usinas hidrelétricas e seu reflexo nos modos de produção agrícola dos municípios afetados. Para tanto, realizou-se uma análise exploratória com indicadores na esfera nacional e um estudo de caso com as hidrelétricas de Jirau e Santo Antônio em Porto Velho (RO) baseado em entrevistas semiestruturadas. Os resultados na fase exploratória as correlações indicaram que quanto maior tamanho da área alagada maior é a variação de áreas plantadas e PIB agrícola dos municípios afetados. Com o estudo de caso foi possível identificar que há impactos significativos sobre os modos de produção agrícola, essa mudança pode ser explicada pela diferença entre a qualidade do solo de regiões ribeirinhas e a qualidade do solo nos reassentamentos. Tais impactos podem influenciar os indicadores que refletem a quantidade de áreas plantadas destes municípios. Identificou-se também que os impactos sobre a agricultura não são previstos nos estudos de impacto ambiental das hidrelétricas de Jirau e Santo Antônio. / The installation of hydroelectric projects has increased in Brazil in the last decade. Likewise, the importance of agricultural production in the national economy has also grown. The land suppression and the alteration of the water flow caused by the flooding necessary to the implantation of hydroelectric plants alter the structure and dynamics of the regions directly affected by environmental and social processes such as resettlement, migration, real estate speculation, rural exodus, etc. These impacts of hydroelectric plants have been widely described in the literature. The present study sought to analyze in a specific way the impacts caused by the floods suffered by the Brazilian municipalities affected by hydroelectric plants and their reflection in the modes of agricultural production of the affected municipalities. The study included an exploratory analysis of the impacts of hydroelectric dams on agriculture using selected indicators from the national scale, complemented by a case-study at the local scale, focusing on the Jirau and Santo Antônio power plants in Porto Velho, Rondônia, through semi-structured interviews.The results from correlations obtained in the exploratory phase showed that the larger the size of the flooded area, the greater the variation of planted areas and the agricultural GDP of the affected municipalities. From the case study it was possible to identify that there are significant impacts on the agricultural production methods, and that this change can be explained by the difference between the quality of the soil of riverside regions and the quality of the soil in the resettlements. Such impacts may influence the indicators that reflect the amount of planted areas of these municipalities. The study also revealed that the impacts on agriculture were not predicted in the environmental impact studies of the Jirau and Santo Antônio hydropower plants.

Utveckling av det moderna samhället och den fortsatt accelererande energiintensiva tillvaro människan lever i sätter stor press på klimatet. För att nå de hållbarhetsmål FN satt upp som bland annat innebär minskade utsläpp och effektivare energianvändning krävs krafttag i det globala energisystemet. För att öka andelen modern och ren energi krävs att sol- och vindkraft prioriteras. Ett stort problem med dessa energikällor är dess intermittenta produktion vilken alstrar oregelbunden elektricitet och ställer nya krav på elnätet. För att underlätta implementering av förnybara energikällor på det nationella elnätet och i mindre energisystem undersöks i den här rapporten de förutsättningar som finns för att integrera batterienergilagringssystem i kombination med intermittenta energikällor. Rådande förutsättningar redogörs för i en omfattande litteraturundersökning där bland annat elnätets funktion, lovande batteriteknologier, ekonomiska incitament för batterienergilagring och framtidspotential undersöks. Ett globalt engagemang för att öka andelen förnybar energi med hjälp av batterienergilagring i det globala energisystemet identifieras. Vidare visas batterienergilagringssystem har stor potential att minimera den belastning intermittenta energikällor har på elnätet. Potentialen begränsas i nuläget av rådande politiska styrmedel och elmarknadens utformning då en småskalig elproducent idag gynnas av att direkt mata ut överskottsel på elnätet istället för att använda energilagring. Med en växande andel intermittent elproduktion förväntas minskade begränsningar och batterienergilagring kopplat till elproduktion bli mer lönsamt. / The development of the modern society and the global continuously accelerating energy intensive way of living is putting stress on the climate. In order to achieve the UNs set of sustainability goals, including reduced emissions and more efficient use of energy, vigorous actions in the global energy system is required. To increase the share of clean and modern energy generation a larger quantity of solar and wind power is required. Due to weather dependency these resources generate intermittent electricity which will put new challenges on the grid.   To facilitate the implementation of intermittent energy sources on the national grid and in smaller energy systems this report aims to investigate current prerequisites on integrating battery energy storage systems and intermittent resources to increase the share of clean energy sources in the power system. Current prerequisites are presented as the result of an extensive literature study where the electrical grid, promising battery technologies, financial incentives for battery energy storage and future potential is examined.   A global commitment to increase the share of renewable energy sources using battery energy storage system in the global energy system is identified. Furthermore, battery energy storage systems are shown to have great potential in limiting the negative impact of intermittent energy sources on the electrical grid. This potential is currently being limited by existing political control means and the design of the electricity market such that small producers are benefitted by directly supplying the grid with excess electricity instead of using energy storage. With a growing share of intermittent power generation these limitations are expected to ease and battery energy storage systems in connection with power production becoming more profitable.​

This thesis presents a method for reliability assessment of a power grid with distributed generation providing support to the system. The distributed generation units considered for this assessment are Combined Heat and Power (CHP) units operated by individual customers at their site. CHP refers to the simultaneous generation of useful electric and thermal energy. CHP systems have received more attention recently due to their high overall efficiency combined with decrease in costs and increase in reliability. A composite system adequacy assessment, which includes the two main components of the power grid viz., Generation and Distribution, is done using Monte Carlo simulation. The State Duration Sampling approach is used to obtain the operating history of the generation and the distribution system components from which the reliability indices are calculated. The basic data and the topology used in the analysis are based on the Institution of Electrical and Electronics Engineers - Reliability Test System (IEEE-RTS) and distribution system for bus 2 of the IEEE-Reliability Busbar Test System (IEEE-RBTS). The reliability index Loss of Energy Expectation (LOEE) is used to assess the overall system reliability and the index Average Energy Not Supplied (AENS) is used to assess the individual customer reliability. CHP reliability information was obtained from actual data for systems operating in New England and New York. The significance of the results obtained is discussed.

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[pt] Desde que o novo modelo institucional do setor elétrico brasileiro passou a vigorar em 2004, a oferta de energia termelétrica, nos leilões de energia nova, vem se mostrando muito concentrada em tecnologias de alto custo variável (unitário), principalmente, em usinas movidas a óleo combustível e a diesel. Desta maneira, esta dissertação tem como objetivo inicial compreender de que forma os aspectos institucionais do novo marco regulatório se interagem com as características físicas e tecnológicas das usinas, de modo a propiciar uma provável vantagem competitiva em favor das usinas de alto custo variável. Este estudo tem ainda o objetivo de investigar o mecanismo do Índice de Custo Benefício (ICB), utilizado pelas entidades governamentais como critério de eficiência para a seleção, nos leilões de energia nova, dos projetos termelétricos mais competitivos. Deseja-se averiguar se este mecanismo gera os incentivos corretos sobre os empreendedores termelétricos, de modo que seja uma estratégia ótima para o empreendedor reportar o verdadeiro valor de seu custo variável à Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Os resultados teóricos encontrados e os resultados obtidos pelos procedimentos de simulação indicam que a estratégia ótima para o empreendedor não é, em geral, reportar seu custo variável verdadeiro à EPE. Mais ainda, os resultados mostram que esta estratégia ótima é dependente das expectativas dos investidores acerca dos preços futuros de energia. Quanto mais elevados forem os preços futuros esperados, maior tenderá a ser o custo variável declarado pelo empreendedor. / [en] Since the implementation of the new regulatory framework of the Brazilian electrical sector in 2004, the supply of thermo electrical power in the new energy auctions has been very concentrated in high (unitary) variable costs technologies, mainly, in plants powered by fuel oil and diesel. In this way, this dissertation has as initial objective to understand how the institutional aspects of the new regulatory framework interact with the physical and technological characteristics of the power plants in a way to create a likely competitive advantage in favor of the high variable cost power plants. This study has also as an objective to investigate the Index of Cost Benefit (ICB) which is used by the government entities as criterion of efficiency to select, in the new energy auctions, the most competitive thermo electrical projects. The study aims to verify if this mechanism induces the right incentives on the thermo power entrepreneurs, in a way that it would be an optimal strategy for the entrepreneur to report the actual value of his variable cost to the Empresa de Pesquisa Energética (EPE). The theoretical results and the simulation proceedings results both indicate that the optimal strategy to the entrepreneur is not in general to report the truthful variable cost to EPE. Moreover, the results show that the optimal reporting strategy is dependent of the beliefs the investors have concerning the future energy prices. The higher the expectations regarding the future prices, the higher will tend to be the entrepreneur reported variable cost.