A contribuiÃÃo das fontes de energias renovÃveis na matriz energÃtica mundial està aumentando rapidamente. No Brasil, a capacidade instalada de energia eÃlica atingiu 1 GW em maio de 2011 e os investimentos para projetos eÃlicos com entrada em operaÃÃo atà 2013 somam R$ 25 bilhÃes. Sistemas de aquisiÃÃo de dados sÃo essenciais para a estimaÃÃo do potencial energÃtico do local onde a planta de energia renovÃvel serà instalada, como o exemplo da geraÃÃo eÃlica, onde à exigido um grande volume de dados de anos anteriores a fim de obter modelos precisos dos recursos energÃticos do local. De uma forma semelhante para a geraÃÃo fotovoltaica, pode nÃo haver uma retribuiÃÃo do valor do investimento, caso o local de instalaÃÃo da planta possua um baixo potencial de energia solar. Tendo em vista esta necessidade, à descrito na presente dissertaÃÃo o desenvolvimento de um sistema de aquisiÃÃo de dados para o monitoramento de plantas de energias renovÃveis descentralizadas. Este sistema consiste de uma unidade baseada em um microcontrolador para o armazenamento local de informaÃÃes, permitindo a transmissÃo para internet via modem, onde os dados sÃo gravados em um servidor de banco de dados. A unidade microcontrolada possui uma arquitetura facilmente estendida para realizar o controle de plantas de energias renovÃveis atravÃs do programa Matlab/Simulink. Uma implementaÃÃo prÃtica à apresentada atravÃs da utilizaÃÃo de um estimador dos mÃnimos quadrados nÃo recursivos para calcular a funÃÃo de transferÃncia de uma planta de bombeamento, permitindo um controle preciso da vazÃo de Ãgua atravÃs de um controlador PI. CorrelaÃÃes e testes de desempenho sÃo usados para comparar os dados coletados pelo protÃtipo com os dados de um equipamento comercial. Os resultados indicam um erro quadrÃtico mÃdio de 0,103 m/s, para a mediÃÃo de velocidade de vento e o fator de correlaÃÃo superior a 0,9996. No conjunto, as baixas taxas de erros indicam que os dados foram armazenados de uma forma praticamente semelhante ao que seria esperado com base em equipamentos comerciais. Finalmente, a possibilidade de uso comercial do projeto à apresentada, permitindo a utilizaÃÃo de um protÃtipo para promover uma maior eficiÃncia na transmissÃo de dados em uma torre meteorolÃgica da PetrobrÃs em Paracuru - CE, Brasil. / The contribution of renewable energy in world energy production is increasing rapidly. In Brazil, the installed capacity of wind power reached 1 GW in May 2011 and the investments for projects with start-up until 2013 are R$ 25 billion. Data acquisition systems are essential to estimate the energy potential of renewable energy plants, the wind power production as an example, require a large volume of data available from past years in order to derive accurate models of the renewable energy. In a similar way, if the photovoltaic generation system is installed in a place of a low solar potential, the project is unable to repay the value of the investment. Therewith, the development of a data acquisition system for decentralized renewable energy sources monitoring is described in the present dissertation. The system has a microcontroller-based unit for local storing and data transmission to internet by a modem and a database server is used to store the data. The proposed architecture is easily extended for controlling a decentralized renewable energy plant by the Matlab/Simulink program. A practical implementation is presented with the utilization of a non-recursive least square algorithm estimator to estimate the transfer function of a pumping plant and allowing an accurate control of water flow by the use of a PI controller. Correlations and performance tests are used to compare the data collected by the system prototype with the data collected by commercial equipment. The results indicate that the root mean square error is 0.103 m/s, for wind speed measurement and the correlation factor is greater than 0.9996. Overall, the low errors rates indicate that the data have been stored on to a broadly similar form to what would be expected based in a commercial equipment. Finally, the possibility of a commercial use of this project is presented to improvement of data transmission efficiency in a meteorological tower of PetrobrÃs in Paracuru - CE, Brasil.

A motivação para o desenvolvimento desse trabalho surge em um momento em que se verifica uma participação cada vez mais significativa das fontes energéticas renováveis não convencionais no País. Não obstante, o cenário de evolução evidencia que o arcabouço regulatório e as regras de mercado não acompanharam as especificidades inerentes à exploração dessas fontes. Como consequência, temos um setor elétrico moldado para a exploração de usinas de grande porte, como hidrelétricas e termelétricas convencionais, cuja expansão aponta para modicidade tarifária baseada em preço de venda de energia calculado de forma isolada, sem considerar os custos indiretos e as externalidades de cada fonte. Por essa razão, para que se mantenha adequado ritmo de inserção na matriz energética, devem ser buscadas opções para que fontes renováveis não convencionais sejam cada vez mais competitivas na atual configuração do mercado energético. A contribuição dessa pesquisa, portanto, centra-se na identificação do comportamento energético complementar, com suporte de estudos e simulações envolvendo a sazonalidade na produção e as características particulares de cada fonte, permitindo incrementos de produção e receita, sem aumentar o risco de perdas. Tal ganho é possível em virtude das compensações energéticas feitas entre as diferentes fontes em um portfólio combinado, mitigando a receita em risco decorrente das variações que existem nos preços de curto prazo e na produção energética. As simulações foram divididas em três etapas, de forma evolutiva e complementar. A primeira considera quatro fontes distintas: biomassa, eólica, solar e pequena central hidrelétrica (PCH), combinadas em diferentes portfólios, com o objetivo de identificar o arranjo com maior receita, dada a probabilidade de valores abaixo de um mínimo estabelecido. A segunda analisa a complementação entre uma PCH e quatro diferentes parques eólicos com histórico de geração reconstituído a partir de velocidades de vento desde 1948, obtidas a partir de modelo de Mesoescala, caracterizando uma evolução em relação à primeira simulação, onde foram considerados dados determinísticos, além da utilização do CVaR como critério de risco. Finalmente, a última etapa considerou a entrada gradual de uma fonte renovável em um portfólio hidráulico existente, com o objetivo de analisar o comportamento do risco. / The motivation to write this thesis has arisen at a time when the participation of nonconventional renewable sources in the Brazilian electric energy matrix has become more significant. However, the scenario of the regulatory framework and market rules has not followed the specificity of the nature of these sources. Therefore, the electric sector is shaped for the exploitation of large power plants, such as the conventional hydro and thermal; at the same time, the expansion aims at tariff reduction based on energy selling prices alone, putting aside indirect costs and externalities of each source. In order to maintain a higher growth rate in the national electric matrix, nonconventional renewable sources must find alternatives to the current electric market. Therefore, the purpose of this study is to identify a complementary pattern for these sources by means of studying and simulating seasonality of energy production and specific features of each one. This allows revenues increase while mitigating risks in a scenario where spot prices and energy production vary greatly. Such gains are possible due to differences amongst each source considered in the simulations, compensating the results in a diversified portfolio. Simulations were divided into three stages and carried out in an evolutionary and complementary manner. The first stage involves four different renewable sources: biomass, wind, solar and small hydro power. All of these sources were combined in different portfolios in order to identify an arrangement that provides the best revenue giving an acceptance of risk, measured by probability of revenue under a minimum settled value. The second stage has analysed the complementation between a small hydro and four different fields of wind power plants. In addition, the wind generation data was a reconstruction of wind speed data validated since 1948, with the aid of Mesoescale Models; an evolution in comparison to the first stage, which has used deterministic information. Another improvement was that the risk was measured using the CVaR (Conditional Value at Risk). Finally, an increasing amount of renewable source was added into an existing hydraulic portfolio, in order to analyse the risk effects of the combination.

A motivação para o desenvolvimento desse trabalho surge em um momento em que se verifica uma participação cada vez mais significativa das fontes energéticas renováveis não convencionais no País. Não obstante, o cenário de evolução evidencia que o arcabouço regulatório e as regras de mercado não acompanharam as especificidades inerentes à exploração dessas fontes. Assim, para que se mantenha adequado ritmo de inserção na matriz energética, devem ser buscadas opções para que fontes alternativas sejam cada vez mais competitivas na atual configuração do mercado energético. A contribuição dessa pesquisa, portanto, centra-se na análise dos riscos de mercado incorridos por esses geradores de fontes intermitentes de energia ao comercializarem energia no ambiente de contratação livre. Nessa perspectiva, a Dissertação foi desenvolvida abordando tipos de geração de energia e suas características técnicas e econômicas, legislação do setor elétrico, regras de comercialização, balanço energético do sistema, formação de preços no mercado de curto prazo e precificação de contratos no ACL, diferença de preços entre submercados, requisitos de flexibilidade e sazonalidade nos contratos de venda a consumidores livres e seu impacto na precificação de contratos, identificação de comportamento energético complementar para mitigação de riscos de mercado entre fontes renováveis e rebatimento na formulação de mecanismo de hedge, análise de portfólio de contratos e estratégia ótima de contratação de energia para agentes geradores atuando no ACL. Como resposta ao desafio de equacionar o impasse surgido na comercialização de fontes de produção sazonal, propõe-se um modelo para definir estratégias de contratação para agentes geradores e comercializadores a partir da complementação energética entre diferentes tipos de fontes, de forma a maximizar os ganhos de comercialização para um risco estabelecido. Busca-se a composição ideal dessas fontes na carteira de um comercializador para minimizar o risco de exposição à volatilidade dos preços do mercado de curto prazo. Isso é possível em virtude das compensações energéticas feitas entre as diferentes fontes em um portfólio combinado, mitigando a receita em risco decorrente das variações que existem nos preços de curto prazo e na produção energética. De forma complementar, estruturou-se um modelo de negócio no qual uma empresa detentora de ativos de geração hidrelétrica compra os direitos de produção de uma eólica e/ou biomassa para incorporar ao seu portfólio e vender como contrato por quantidade. Determinou-se o volume de energia a ser comprado de cada fonte, o preço, a estratégia mais indicada de contratação e a mitigação de fatores de risco contemplados nos contratos de venda, buscando maximizar os ganhos de comercialização condicionada a critérios de risco pré-fixados. / The motivation to write this thesis has arisen at a time when the participation of nonconventional renewable sources in the Brazilian electric energy matrix has become more significant. However, the scenario of the regulatory framework and market rules has not followed the specificity of the nature of these sources. In order to maintain a higher growth rate in the national electric matrix, non-conventional renewable sources must find alternatives to the current electric market. The contribution of this study focuses on the market risks analysis incurred by intermittent energy sources to commercialize energy in the free market. From this perspective, the study was developed addressing types of power generation and its technical and economic characteristics, legislation in the electricity sector, commercialization rules, system energy balance, spot market and long term contract pricing, difference prices between submarkets, flexibility requirements and seasonality in sales contracts to free consumers and their impact on contract pricing, identify complementary energy behavior for mitigating market risks from renewable sources and formulation of \"hedge\" mechanism, portfolio analysis and optimal strategy of energy contracting for generating agents acting in the ACL. In response to the challenge of solving the impasse in the commercialization of seasonal production sources, a model for contracting strategies was proposed for generation companies and retailer agents from the energy complementation between different types of sources in order to maximize the gains of marketing to an established risk. This allows revenues increase while mitigating risks in a scenario where spot prices and energy production vary greatly. An arrangement that provides the minimum risk was identified for retailer portfolio. This is possible due to differences amongst each source considered in the simulations, compensating the results in a diversified portfolio. As a complement, a business model was structured in which a generation company with hydro power assets purchases production rights of a wind and / or biomass to incorporate to its portfolio and sell as contract \"for quantity.\" It was determined the amount of energy to be purchased from each source, the price, the best contracting strategy and mitigation of risk factors included in sales contracts, seeking to maximize the revenue giving an acceptance of risk.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:40:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jucenei_Fernando_Frandoloso.pdf: 2058559 bytes, checksum: c7eb1f67e2acec95f16251b8a8f7bb00 (MD5) Previous issue date: 2013-11-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of the study was to evaluate the growth, the gait of absorption and accumulation of nutrients and the crop yield of jatropha in the western region of Paraná. For production of seedlings we used seeds coming from Dourados - MS, planting a seed in each tub of 120 cm3 of substrate. The time of formation of the seedlings was 60 days after sowing. The field experiment was carried out in the period of December 2009 to December 2011, in spaced of 3 x 2 , in an Oxisol dystrophic anagen bulbs (O D A) at the experimental station of Pato Bragado PR, belonging to the core of experimental stations of the State University of Paraná, under the geographical coordinates 24 39 43 S e 54 15 53 W and altitude of 247 meters. During the experimental conduction the fertilization of coverage with 40 kg ha -1 of N and 40 kg ha -1 of K 2 O annually. The experimental design was a completely randomized design with four replicates, and it used a plant of each block every 90, 180, 270, 360, 450, 540, 630 and 72 days after transplanting (DAT) which after the measures that were not destroyed were cut close to the soil and separated in leafs, stems, petioles and flower and fruit, and put up for drying. The assessments of the growth of the plants consisted of the measure of the height of the plant, the stem diameter number of leafs, area of the cup, mass of dry leaves, petiole, branches and fruits, when present, determination of leaf area LA, rate of absolute and relative growth (RAG and RRG), reason of leaf area (RLA), reason weight of leaf (RWL), and leaf area index (LAI). For the chemical analysis of nutrients, representative samples of the different components of the plant were passed in mill type Willye and stored for future determination of mineral elements. For determination of the total quantity of nutrients accumulated in each part of the plant the concentration of each nutrient was multiplied by the mass of the dry material of the said component in each time of sampling. The monitoring of fruit production, was performed in additional area, in 32 selected plants. The analysis data of growth, of dry material, concentration and accumulation of nutrients in each component were submitted to statistical analysis using the program Sigmaplot12. The cultivation of jatropha presents linear growth in height and diameter of the base in the early years of cultivation. The jatropha curcas has a period of vegetative rest well defined, and it is in the months of March to September; the greatest mass of dry leaves, mass of petiole and the highest number of leaves occur in the month of December of each year along with the largest leaf area with increments of more than 100% in this parameter from one year to another, the absolute growth rate (and the leaf area index (LAI) exhibit higher values at the end of each year, the relative growth rate, ratio of leaf area and the reason weight of leaves have higher values at the beginning of each year; the production of jatropha shows values of 93 g per plant at 18 months of age, with harvest period in the months of January to July in the region. The total accumulation of macronutrients followed the following descending order K, Ca,N,Mg,P,S. The macronutrients P, K, and Mg present redistribution to the stem in the period of leaf senescence. In the fruits (seed + shell) the order of accumulation was N,K,Ca, P, Mg, S. The total accumulation of micronutrients obeyed the following order: Mn, Fe, Zn, B, Cu, Mo and in ripe fruits the order was: Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mo. The micronutrients Cu, Zn and Fe present redistribution to the stem in the period of leaf senescence. The export of macronutrients by fruits is high, and is needed 199,69 and 306 kg ha-1, of N, P 2 O 5 and K 2 O, respectively for the production of 4000 g/plant in a population of 1667 plants ha-1. The recommendations for fertilization of coverage in the western region of Paraná must be carried out in the period from September to march, depending on the water regime it is suggested to use formulated with the relationship N:P 2 O 5 , K 2 O of 2,88:1,0:4,4. / O objetivo do trabalho foi de avaliar o crescimento, a marcha de absorção e acúmulo de nutrientes e a produtividade da cultura do pinhão manso na região oeste do Paraná. Para produção das mudas utilizou-se sementes procedentes de Dourados-MS sendo plantada uma semente por tubete de 120 cm 3 de substrato. O tempo de formação das mudas foi de 60 dias após semeadura. O experimento foi conduzido a campo no período de dezembro de 2009 a dezembro 2011, em espaçamento 3 x 2 m, em um Latossolo Vermelho distrófico (LVd) na Estação Experimental de Pato Bragado-PR, pertencente ao Núcleo de Estações Experimentais da Universidade Estadual do Paraná, sob as coordenadas geográficas 24°39 43 S e 54°15 53 W, e altitude de 247 m. Durante a condução do experimento foi realizada adubação de cobertura com 40 kg ha -1 de N e 40 kg ha -1 de K 2 O anualmente. O delineamento experimental foi em blocos com quatro repetições, sendo utilizada uma planta de cada bloco aos 90, 180, 270, 360, 450, 540, 630 e 720 dias após o transplantio (DAT), as quais após as medidas não destrutivas foram cortadas rente ao solo e separadas em folhas, caule, pecíolos e inflorescência e frutos, e postas para secar. As avaliações do crescimento das plantas consistiram da medida da altura de planta, diâmetro de caule, número de folhas, área da copa, massa de matéria seca de folhas, pecíolo, ramos e frutos, quando presentes, determinação da área foliar (AF), taxa de crescimento absoluto e relativo (TCA e TCR), razão de área foliar (RAF), razão peso de folha (RPF) e índice de área foliar (IAF). Para a análise química dos nutrientes, amostras representativas dos diferentes órgãos da planta foram passadas em moinho tipo Willye e armazenadas para futura determinação dos elementos minerais. Para determinação da quantidade total de nutrientes acumulados em cada parte da planta, a concentração de cada nutriente foi multiplicada pela massa da matéria seca do referido órgão, em cada época de amostragem. O acompanhamento da produção de frutos foi realizado em área adicional, em 32 plantas selecionadas. A cultura do pinhão manso apresenta crescimento linear em altura e diâmetro da base nos primeiros anos de cultivo. O pinhão manso apresentou um período de repouso vegetativo bem definido, sendo este nos meses de março a setembro; a maior massa de matéria seca de folhas, massa de pecíolo e o maior número de folhas ocorrem no mês de dezembro de cada ano juntamente com a maior área foliar com incremento de mais de 100% neste parâmetro de um ano a outro; a taxa de crescimento absoluto (TCA) e o índice de área foliar apresentam maiores valores no final de cada ano, já a taxa de crescimento relativo (TCR), a razão de área foliar (RAF) e a razão peso de folhas apresentam maiores valores no início de cada ano; a produção do pinhão manso apresenta valores de 93 g por planta aos 18 meses de idade, com período de colheita nos meses de janeiro a julho na região. O acúmulo total de macronutrientes obedeceu a seguinte ordem decrescente: K>Ca>N>Mg>P>S, mesma ordem apresentada pelo caule, órgão este responsável pelo maior acúmulo de nutrientes. Os macronutrientes P, K e Mg apresentam redistribuição para o caule no período de senescência foliar. Nas sementes maduras a ordem de acúmulo de nutrientes encontrada foi: N>Ca>K>Mg>P>S, e no fruto inteiro foi: N>K>Ca>P>Mg>S. O acúmulo total de micronutrientes obedeceu a seguinte ordem: Mn>Fe>Zn>B>Cu>Mo, e em frutos maduros a ordem foi: Fe>Mn>B>Zn>Cu>Mo. Os micronutrientes Cu, Zn e Fe apresentam redistribuição para o caule no período de senescência foliar. A exportação de macronutrientes pelos frutos é elevada, sendo necessários 199, 69, e 306 kg ha -1 de N, P 2 O 5 e K 2 O, respectivamente para produção de 4000 g/planta em uma população de 1667 plantas ha -1. As recomendações de adubações de cobertura na região oeste do Paraná devem ser realizadas no período de setembro a março, dependendo do regime hídrico, sugerindo-se utilizar formulados com a relação N:P 2 O 5 :K 2 O de 2,88:1,0:4,4.

O aumento da população e o desenvolvimento da economia criam a necessidade de expansão de mais de quatro mil Megawatts da energia nova por ano no Sistema Interligado Nacional (SIN). O sistema elétrico brasileiro é peculiar, devido a sua grande capacidade, extensão continental e grande dependência na energia renovável hídrica. Outra peculiaridade é a capacidade potencial de inserção de outras formas da energia renováveis “verdes” no sistema. Embora as vantagens ambientais das energias renováveis, elas têm limitações, são variáveis e dependentes das condições climáticas. Para que o setor elétrico brasileiro possa atuar com confiabilidade com mais energia renovável deve haver concomitante mais energia firme de origem térmica disponível. Assim o trabalho analisa, na perspectiva global, o estado da arte e as tendências das fontes de geração elétrica, sob o ponto de vista de disponibilidade, preço e sustentação ambiental. De forma especial, o trabalho analisa as opções de geração térmica no Brasil. Conclui pela necessidade do Brasil priorizar o uso dos recursos disponíveis dentro de suas fronteiras como o carvão mineral para garantir a geração térmica elétrica auto-suficiente. O trabalho demonstra as vantagens sociais e de desenvolvimento de uma indústria do carvão para as regiões produtoras. Aponta também a necessidade de implementação de tecnologias modernas a fim de atender à legislação ambiental, que gradativamente deve aumentar as restrições das emissões poluentes, na medida em que as tecnologias forem desenvolvidas. / The population and economy growth in Brazil generate the necessity of an expansion higher than four thousand Megawatts of new electric energy per year. The Brazilian Electrical System is peculiar because of its continental extension and also its strong dependence in renewable energy (hydro). Another reason for its peculiarity is the potential of inserting other forms of renewable and “green” energy in the system. Although the environmental advantages of the “renewable”, these kinds of energies are variable and dependant of the weather conditions. In order to the electrical system be more reliable, its operation must be combined with a larger addition of thermal energy. Thus this report analyses thermal generation option in Brazil. Looking at the developed countries trends in diversify power generation, the article indicates the advantages and the priority of using, in Brazil, internal resources like coal to guarantee the self-sufficient thermal generation electrical capacity. The dissertation demonstrates the social advantages to develop the coal industry for the producers region, witch are poor areas in Brazil. The proposition points the need of implement modern technologies in order to attend the environmental legislation, which must increase the emissions restrictions as these technologies are developed.

O presente trabalho apresenta e analisa cenários para os próximos anos para a expansão da demanda do etanol a base de cana de açúcar no Brasil, considerando a influência dos condicionantes envolvidos e os conseqüentes impactos , necessidades e alternativas futuras na logística de distribuição deste insumo energético no Brasil. Mais especificamente apresenta o histórico e a evolução da cultura da cana-de-açúcar no Brasil e nos principais países produtores e consumidores dos derivados da cana-de-açúcar, aspectos produtivos relacionados á produção de etanol. Apresenta ainda os condicionantes para a demanda do etanol produzido no Brasil e as necessidades decorrentes de infra-estrutura logística para a distribuição do etanol nos mercado interno e para exportação. / This present work presents and analyses different scenarios for the following years for the demand expansion of sugarcane ethanol in Brazil. It considers the influence of different drivers involved and the consequent impacts, needs and future alternatives for distribution logistics of this energy source in Brazil. More specifically, this work presents historical evolution of sugarcane culture in Brazil and in other main producers and consumers of sugarcane products, productive aspects related to ethanol production . It presents drivers to the demand expansion of the ethanol produced in Brazil and the related needs of infrastructure and logistics for the ethanol distribution in the Brazilian local market and export markets.

O sistema energético pode ser visto não apenas como uma restrição, mas também como uma oportunidade para o desenvolvimento produtivo de uma sociedade. Pela segunda ótica, o objetivo principal a ser perseguido é a da garantia do suprimento energético e da adequação das formas e fontes de energia aos usos finais demandados. Ao mesmo tempo, dentro do contexto global de preocupação com as mudanças climáticas, faz-se necessário conceber uma nova trajetória de desenvolvimento para o estado de São Paulo, mais moderna, com maior participação de fontes renováveis de energia, focada na diminuição da ntensidade energética, e mais voltada ao desenvolvimento tecnológico. Este trabalho procurou, então, mostrar que o estado de São Paulo já promoveu uma verdadeira transformação de sua matriz energética em termos da participação de energias renováveis, no entanto, que os paulistas ainda devem encarar outros desafios maiores como saber lidar com a tendência não declinante de sua intensidade energética nos últimos anos. Enfim, ao decompor o indicador de intensidade energética para o estado de São Paulo, buscou-se explicitar as possíveis causas de forma a observar se há um tradeoff aparente entre o uso de fontes energéticas renováveis e a estagnação dos valores da intensidade energética estadual. / The energy system can be understood not only as a constraint, but also as an opportunity for a society productive development. Taking the second approach, the main objective to be pursued is that of securing energy supply and adequacy of forms and sources of energy to the demanded end uses. At the same time, within the context of global concern about climate change, it is necessary to devise a new development path for the state of São Paulo, more modern, with a higher share of renewable energy sources, focused on reduction of energy intensity and more focused on technological development. This study sought to show, therefore, that the state of São Paulo has promoted a true transformation of its energy matrix in terms of the share of renewable energies. However, the state must still face other major challenges such as how to deal with its non-downward energy intensity trend in recent years. Finally, by decomposing the energy intensity indicator for the state of São Paulo, we sought to clarify the possible causes in order to observe whether there is an apparent tradeoff between the use of renewable energy sources and the stagnation of the state energy intensity values.

At present many remote and Island communities rely solely on diesel powered generators to provide electricity. Diesel fuel is both expensive and polluting and the constant speed operation of the diesel engine is inefficient. In this thesis the use of renewable energy sources to help offset diesel fuel usage and an alternative way of running the diesel generator with the aim of reducing electrical energy costs is investigated. Diesel generators have to be sized to meet peak demand, in one or two diesel generator island grids, these generators will be running at a fraction of maximum output for most of the time. A new variable speed diesel generator allows for a reduction in fuel consumption at part load compared to constant speed operation. Combining the variable speed diesel generator with renewable generation should maximise the diesel fuel offsetting of the renewable source due to the increased efficiency at low loads. The stability issues of maintaining transient performance in a renewable variable speed hybrid system have been modelled and simulated. A control strategy has been developed and the use of energy storage as a buffer for any remaining stability problems has been explored. The control strategy has then been experimentally tested along with one of the possible energy storage solutions. An economic feasibility study has been performed on a case study community to validate the main aim of this research of reducing the cost of electrical energy in diesel generator grids.

Doctor of Philosophy / Department of Electrical and Computer Engineering / Behrooz Mirafzal / Voltage source inverters (VSIs) are an essential interface for grid integration of renewable energy resources. Grid-tied VSIs are employed in power grids to integrate distributed generation units, e.g. photovoltaic arrays, wind turbines and energy storage units, to the utility and extract the maximum energy from the DG units in an efficient manner. However, the stability of VSIs and by extension the entire DG system can be degraded under abnormal grid conditions. In this dissertation, new control and switching techniques for stability and power quality improvement of grid-tied VSIs under abnormal grid conditions are presented. For grids with a low inertia and a low short-circuit ratio, commonly referred to as weak grids, grid connection may make VSIs susceptible to voltage distortion and instability. In this dissertation, through root locus analysis of a detailed state-space model, the design of several circuit and control parameters of the grid-tied VSI are evaluated for improving stability in weak grids. It is shown that grid-side filter inductances can be increased for stable operation of VSIs in weak grids. Accordingly, a virtual inductance emulating the effect of an increased inductance in the grid-side filter is developed in this dissertation, which enables stable operation of VSIs in weak grids without the tradeoffs, i.e. additional voltage drop, increased cost and larger size, associated with a larger inductor. The virtual inductance scheme is realized through the injection of a feedforward current element in the VSI controller through a gain component. The measured grid currents, which are sensed for regular VSI controller operation, are employed as the feedforward component eliminating the need for any additional sensors for the utilization of this control scheme. Furthermore, a direct model reference adaptive control (MRAC) scheme is employed in this dissertation to tune the virtual inductance gain block according to a stable reference model for varying grid conditions. The use of direct MRAC scheme allows tuning of the virtual inductance block without the need for a plant parameter estimation stage. The virtual inductance scheme enables stable operation of VSIs in weak grids without system parameter redesign, thereby maintaining the steady-state performance of the system. The efficacy of the virtual inductance feedforward scheme is verified through hardware tests carried out on a three-phase grid-tied experimental setup. Along with extracting energy from the DG sources, grid-tied VSIs are capable of providing various ancillary services to the utility under abnormal conditions. However, providing ancillary services could drive the inverter voltages beyond the linear modulation region resulting in grid current distortions, which could violate the requirements for grid integration of DGs. An atypical pulse width modulation (PWM) technique is proposed in this dissertation, which maximizes the dc-bus utilization of VSIs, which in turn enables the VSIs to supply the maximum extracted power from the DG units to the grid when providing ancillary services while operating in the linear modulation region. The switching scheme is realized by injecting common mode components in the PWM references, computed based on instantaneous reference magnitudes. The proposed scheme is suitable when providing both symmetrical and asymmetrical ancillary services. In this dissertation, negative-sequence compensation and harmonic compensation are employed as instances of symmetrical and asymmetrical ancillary services. The proposed scheme can be integrated with any control scheme and carrier-based PWM combinations. The efficacy of the proposed atypical PWM scheme is verified through both simulation and hardware tests.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoEduardoRossi.pdf: 2152561 bytes, checksum: dd229fbcec89fd6645531125be300d0e (MD5) Previous issue date: 2015-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Considering the growing demand for fuels, particularly liquids, and the possibility of producing renewable fuels using materials previously discarded or underutilized, there is need to develop processes to the use of a material usually discarded and wide availability, especially in Brazil, its straw the sugarcane, which has already ban burning in some Brazilian states, and this maximizes its importance, given the need for allocation. Therefore, this work studied the modification chemical degradation generated by two forms of pre-treatment of straw sugarcane, using citric acid in an autoclave, and urea solution with sodium hydroxide at low temperature. The efficiency of modification of each treatment was followed by Fourier transform infrared spectroscopy and in the UV-visible region. The results showed that there are significant changes in the material studied, with degradation of lignin and hemicellulose and cellulose exposure to hydrolysis later. Spectroscopic techniques were effective in monitoring the changes caused by treatments. Already in the second stage, we attempted to biologically digest this material comparing fresh straw, straw pretreated with acid Citric, pretreated straw with urea and NaOH, and straw with both pre-treatments. Straw is delimited amounts of 0; 2.5; 5; 7.5 to 10% w / w. In all reactors was used 20% v / v inoculum. The inoculum consisted of 30% w / w poultry-to-bed and 70% of ARS. The experiment was conducted with greenhouses kept in mesophilic condition. It can be identified that to apply the pre-treatments proposed in the straw cane sugar, has a significant gain in production biogás.gSVR-1, and the proportions order to produce more biogas indicated when apply pre-treatments are 5 and 7.5% of straw in ARS. While the best results from digestion of straw cane sugar were obtained by pre-treating with acid Citric. / Considerando a demanda crescente por combustíveis, principalmente os líquidos e a possibilidade de se produzir combustíveis renováveis utilizando-se materiais anteriormente descartados ou subutilizados, há necessidade de se desenvolver processos visando a utilização de um material geralmente descartado e com vasta disponibilidade, principalmente no Brasil, a palha da cana-de-açúcar, que já possui proibição de queima em alguns estados brasileiros e isto maximiza sua importância, perante a necessidade de destinação. Para isso, este trabalho buscou estudar a modificação do material por degradação química gerada por duas formas de pré-tratamento da palha de cana-de-açúcar, utilizando-se ácido cítrico em autoclave e solução de ureia com hidróxido de sódio em baixa temperatura. A eficiência de modificação de cada tratamento foi acompanhada por espectrofotometria na região do infravermelho e na região do UV-visível. Digerir biologicamente este material comparando-se palha in natura, palha pré-tratada com ácido cítrico, palha pré-tratada com Ureia e NaOH e palha com ambos pré-tratamentos. Delimitou-se quantidades de palha de 0; 2,5; 5; 7,5 e 10% m/m. Em todos os reatores utilizou-se 20% v/v de inóculo, composto por 30% v/v de cama-de-aviário e 70% de ARS. O experimento foi desenvolvido utilizando-se de estufas mantidas em condição mesófila. Os resultados mostraram que há modificação significativa no material estudado, com degradação da lignina e exposição da hemicelulose e celulose à posterior hidrólise. As técnicas espectroscópicas foram eficientes no acompanhamento das modificações causadas pelos tratamentos. Já em uma segunda etapa. Pode-se identificar que, ao se aplicarem os pré-tratamentos propostos na palha de cana-de-açúcar, há um ganho significativo na produção de biogás em L.gSVR-1, sendo que, as proporções visando produção de metano mais indicadas quando se aplicam os pré-tratamentos são as de 2,5 e 5% de palha em ARS, enquanto os melhores resultados de digestão anaeróbia da palha de cana-de-açúcar foram obtidos ao pré-tratá-la utilizando-se ácido cítrico em autoclave.