O reator de pesquisas IEA-R1 opera em regime de 40 h semanais à potência de 4,5 MW. Nestas condições, os cestos disponíveis para o armazenamento dos elementos combustíveis irradiados possuem menos de metade da sua capacidade inicial. Assim, nestas condições de operação, teremos apenas cerca de seis anos de capacidade para armazenamento. Considerando que a vida útil desejada do IEA-R1 seja de pelo menos mais 20 anos, será necessário aumentar a capacidade de armazenamento de combustível irradiado. Dr. Henrik Grahn, especialista da Agência Internacional de Energia Atômica sobre o armazenamento molhado (em piscinas de estocagem), ao visitar o reator IEA-R1 (setembro/2012) fez algumas recomendações. Entre elas, a concepção e instalação de cestos fabricados com aço inoxidável borado e internamente revestidos com uma película de alumínio, de modo que a corrosão dos elementos combustíveis não ocorresse. Após uma revisão da literatura sobre opções de materiais disponíveis para esse tipo de aplicação chegamos ao BoralcanTM fabricado pela 3M devido suas propriedades. Este trabalho apresenta estudos sobre a análise de criticalidade com o código computacional MCNP-5 utilizando duas bibliotecas americanas de dados nucleares avaliados (ENDF/B-VI e ENDF/B-VII) comparativamente. Estas análises demonstraram a possibilidade de dobrar a capacidade de armazenamento de elementos combustíveis, no mesmo espaço ocupado pelos cestos atuais, atendendo a demanda do reator de pesquisas IEA-R1 e também satisfazendo os requisitos de segurança da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). / The IEA-R1 research reactor on business under the 40 h weekly to the power of 4.5 MW. Under these conditions, the racks available for the storage of spent fuel elements have less than half of its initial capacity. Thus, in these operating conditions, we will have only about six years of capacity for storage. Whereas the desired service life of the IEA-R1 is at least another 20 years it will be necessary to increase the storage capacity of spent fuel. Dr. Henrik Grahn, an expert of the International Atomic Energy Agency on the wet storage (in storage pools), to visit the IEA-R1 reactor (September/2012) made some recommendations. Among them, the design and installation of baskets made of borated stainless steel and internally lined with an aluminum film, so that corrosion of the fuel elements does not occur. After a literature review of material options available for this type of use, we got to BoralcanTM manufactured by 3M due to its properties. This work presents studies on the criticality analysis with the computer code MCNP-5 using two American libraries of the Evaluated Nuclear Data (ENDF/B-VI and ENDF/BVII), and compare results based on each database. These analyzes demonstrated the possibility of doubling the storage capacity of fuel elements in the same space occupied by the current baskets, meeting the demand of the IEA-R1 research reactor and also meeting the security requirements and of the National Commission of Nuclear Energy (CNEN) and of the International Atomic Energy Agency (IAEA).

O reator de pesquisas IEA-R1 opera em regime de 40 h semanais à potência de 4,5 MW. Nestas condições, os cestos disponíveis para o armazenamento dos elementos combustíveis irradiados possuem menos de metade da sua capacidade inicial. Assim, nestas condições de operação, teremos apenas cerca de seis anos de capacidade para armazenamento. Considerando que a vida útil desejada do IEA-R1 seja de pelo menos mais 20 anos, será necessário aumentar a capacidade de armazenamento de combustível irradiado. Dr. Henrik Grahn, especialista da Agência Internacional de Energia Atômica sobre o armazenamento molhado (em piscinas de estocagem), ao visitar o reator IEA-R1 (setembro/2012) fez algumas recomendações. Entre elas, a concepção e instalação de cestos fabricados com aço inoxidável borado e internamente revestidos com uma película de alumínio, de modo que a corrosão dos elementos combustíveis não ocorresse. Após uma revisão da literatura sobre opções de materiais disponíveis para esse tipo de aplicação chegamos ao BoralcanTM fabricado pela 3M devido suas propriedades. Este trabalho apresenta estudos sobre a análise de criticalidade com o código computacional MCNP-5 utilizando duas bibliotecas americanas de dados nucleares avaliados (ENDF/B-VI e ENDF/B-VII) comparativamente. Estas análises demonstraram a possibilidade de dobrar a capacidade de armazenamento de elementos combustíveis, no mesmo espaço ocupado pelos cestos atuais, atendendo a demanda do reator de pesquisas IEA-R1 e também satisfazendo os requisitos de segurança da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). / The IEA-R1 research reactor on business under the 40 h weekly to the power of 4.5 MW. Under these conditions, the racks available for the storage of spent fuel elements have less than half of its initial capacity. Thus, in these operating conditions, we will have only about six years of capacity for storage. Whereas the desired service life of the IEA-R1 is at least another 20 years it will be necessary to increase the storage capacity of spent fuel. Dr. Henrik Grahn, an expert of the International Atomic Energy Agency on the wet storage (in storage pools), to visit the IEA-R1 reactor (September/2012) made some recommendations. Among them, the design and installation of baskets made of borated stainless steel and internally lined with an aluminum film, so that corrosion of the fuel elements does not occur. After a literature review of material options available for this type of use, we got to BoralcanTM manufactured by 3M due to its properties. This work presents studies on the criticality analysis with the computer code MCNP-5 using two American libraries of the Evaluated Nuclear Data (ENDF/B-VI and ENDF/BVII), and compare results based on each database. These analyzes demonstrated the possibility of doubling the storage capacity of fuel elements in the same space occupied by the current baskets, meeting the demand of the IEA-R1 research reactor and also meeting the security requirements and of the National Commission of Nuclear Energy (CNEN) and of the International Atomic Energy Agency (IAEA).

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização de Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

FACEPE / Submitted by Luiz Felipe Barbosa (luiz.fbabreu2@ufpe.br) on 2015-03-10T17:49:00Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Ricardo Batista Rodrigues.pdf: 2074010 bytes, checksum: 50b1167a46490f6196ae041294bf9927 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-11T17:37:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Ricardo Batista Rodrigues.pdf: 2074010 bytes, checksum: 50b1167a46490f6196ae041294bf9927 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / O desenvolvimento tecnológico vivenciado nos últimos anos proporcionou o crescimento do universo digital de forma exponencial, e parte desse universo digital encontra-se armazenado em sistemas de armazenamento em nuvem. A cada dia surgem mais destes sistemas, que oferecem o armazenamento de dados de forma distribuída com alta taxa de disponibilidade, o que tem impucionado cada vez mais usuários a migrarem seus dados para a nuvem. No entanto, a grande quantidade de arquivos armazenada nestes sistemas dificulta a filtragem de conteúdo relevante, demandando tempo e trabalho por parte do usuário na busca por arquivos com conteúdo similar as suas preferências. Diante deste cenário, esta pesquisa propõe um modelo de recomendação para sistemas de armazenamento em nuvem, que tem como objetivo utilizar características da nuvem associadas à técnica de recomendação baseada em conteúdo para filtrar e recomendar arquivos com o conteúdo similar as preferências dos usuários, além disso, recomendar arquivos que proporcione a melhor utilização dos recursos do ambiente em nuvem.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Felipe Simoes Freitas e Silva.pdf: 5795737 bytes, checksum: dc589a2115d1b568db1a3c2b9de3f80c (MD5) Previous issue date: 2014-04-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents the study, modelling and assembling of a three-phase bidirectional DCAC converter suitable for operating as an interface between an energy storage system based on a battery bank and an isolated microgrid. The converter consists of two stages: a DC-DC stage implemented with a bidirectional half-bridge converter that operates on buck or boost mode (during charge or discharge of the ESS, respectively), and a DC-AC full-bridge three-phase bidirectional inverter. The two stages are connected through a DC link, which also works as a power-decoupling element. Isolation from the microgrid is obtained with a :-Y low frequency transformer. A control strategy is proposed where the DC-DC stage regulates the DC link voltage level while the DC-AC controls the three-phase output voltage and frequency, therefore acting as a grid-forming converter (GFC). A 15kW prototype was successfully built and tested in different situations. Simulation and experimental results are shown. / Esta dissertação apresenta o estudo, modelagem e montagem de um conversor bidirecional CC-CA trifásico de múltiplos estágios, projetado para operar como interface entre um sistema de armazenamento e uma minirrede isolada. O conversor consiste de dois estágios de conversão: um estágio de conversão CC-CC, implementado com um conversor buck-boost de meia ponte, que opera em modo buck ou boost (durante o carga ou descarga do sistema de armazenamento, respectivamente), e um estágio de conversão CC-CA composto por um conversor CC-CA trifásico. Os dois estágios são conectados por um elo CC, que funciona como um elemento de desacoplamento de potência. Isolação galvânica é obtida através de um transformador de baixa frequência. Uma estratégia de controle é utilizada na qual o estágio CC-CC controla a tensão do elo CC enquanto o estágio CC-CA controla a tensão e a frequência da minirrede, atuando, portanto, como um conversor formador de rede (CFR). Um protótipo foi montado e testado em diferentes situações. Resultados de simulação e de testes de bancada são mostrados.

[pt] Nos últimos anos tem havido uma grande modificação da matriz elétrica brasileira, como se pode comprovar ao avaliar os recentes Planos de Expansão de Energia – PDE elaborados pela EPE. Houve um grande investimento em usinas eólicas e fotovoltaicas e uma redução no número de hidroelétricas construídas e planejadas. Além disso, as recentes crises hidrológicas podem sinalizar que a alteração climática, associada a intensificação dos ciclos naturais de bloqueios atmosféricos (ENOS), pode reduzir a geração hidráulica. Com maiores investimentos em usinas eólicas e solares (fontes não controláveis) em larga escala, será necessário dispor de formas para garantir o atendimento à demanda. Essa garantia poderá se dar por meio de mais geração termoelétrica a combustível fóssil, que pode ser reduzida com a implantação de Sistemas de Armazenamento de Energia (SAEs). Assim, a variabilidade de produção de energia das fontes intermitentes precisa ser coberta com recursos que aumentem a flexibilidade operativa. E dessa forma, o interesse maior da pesquisa visou utilizar métodos de análise multicritério de apoio à decisão com base na avaliação do desempenho dos SAEs considerando diversos atributos técnicos, econômicos e socioambientais para selecionar aqueles mais adequados para o suporte de grade na transmissão e distribuição e de gerenciamento de energia elétrica (num sistema hidrotérmico que vai ser cada vez mais complexo de operar com a entrada de grandes plantas de geração renovável intermitente). Foi selecionado o modelo AHP Fuzzy TOPSIS para essa avaliação por facilitar avaliações subjetivas, como aquelas associadas aos aspectos socioambientais e por sua maior transparência numa discussão multidisciplinar e com diversos interlocutores. O resultado mostrou a eficácia da metodologia adotada para a ordenação e seleção das melhores soluções para armazenamento de energia elétrica. / [en] In recent years there has been a major change in the Brazilian electrical matrix, as can be seen when evaluating the last Energy Expansion Plan (PDE 2002) prepared by EPE. There was a large investment in wind and photovoltaic plants, and a reduction in construction and even in the planning of new hydroelectric plants. Associated with this change, it is important to highlight the observation of climate change effects in its hydrographic basins in the last ten years. A long period of drought was noticed, which started in 2012 and lasted until 2019, being an even more serious event than the worst drought ever recorded in Brazilian basins. This fact resulted in the hiring of emergency thermal plants to meet demand in 2022. This hydrological crisis is already a sign that climate change, associated with the intensification of natural cycles of atmospheric blockages (ENSO), can reduce hydraulic generation. And with greater investments in large-scale in the wind and solar plants, it will be necessary to have more thermoelectric generation using fossil fuel to support the intermittence of these renewables, an operation that can be reduced with the implementation of Energy Storage Systems (ESSs). Resources with operational flexibility that can mitigate the increasing variability of the production of renewable sources in electrical matrices will contribute to balancing the load and regulating the frequency. Thus, ESS can reduce the effects of the irregularity of renewable production and help transmission networks to meet demand at peak consumption hours (EPE, 2018), maintain electrical system frequency stability, and optimize the economic performance of generation systems, avoiding activation of less competitive resources such as fossil fuel thermoelectric plants (EPE, 2018). Several countries have already started to invest in pumped storage hydropower (PSH) to enable the intermittent renewable generation and reduce emissions (China and Europe, IDB, 2021).

[pt] O planejamento da expansão da transmissão (PET) visa identificar novos reforços para a rede, permitindo uma conexão tecnicamente adequada entre demanda e geração de energia elétrica, ambas previstas para um determinado horizonte de planejamento. Um bom plano de expansão deve garantir o equilíbrio entre os custos de investimento e operação, mantendo um nível satisfatório de segurança no fornecimento de energia elétrica. Entretanto, a identificação de bons planos de expansão para o PET tem se tornado uma tarefa cada vez mais difícil. Isso se deve, principalmente, às características e dimensões dos sistemas atuais, a não linearidade e natureza combinatória do problema de otimização e às incertezas presentes nos dados. Os erros de previsão, a indisponibilidade de equipamentos e a disponibilidade dos recursos naturais são parâmetros que variam de forma aleatória e inserem um alto grau de incerteza nos sistemas elétricos, o qual aumenta proporcionalmente com o horizonte de planejamento. Uma das incertezas mais relevantes a ser gerenciada nas próximas décadas será a capacidade de geração oriunda de fontes renováveis, em particular as eólicas, devido à sua grande variabilidade. A utilização de dispositivos de armazenamento permitirá melhor aproveitamento dessas fontes e, portanto, torna-se necessário o desenvolvimento de ferramentas computacionais capazes de considerar tais dispositivos no problema PET. Esta dissertação apresenta uma nova metodologia de apoio ao problema PET inserindo armazenadores de energia elétrica para aumentar o aproveitamento de fontes renováveis no sistema. Isso, respeitando as restrições de segurança da rede, acompanhando à curva de demanda e levando em consideração as variáveis operativas destes dispositivos. A possibilidade de incluir sistemas de armazenamento de energia elétrica é avaliada através de uma análise custo-benefício. A metodologia proposta é aplicada a um sistema teste, submetido a diversas condições operativas, e os resultados obtidos são amplamente discutidos. / [en] The transmission expansion planning (TEP) aims at identifying new reinforcements for the network, allowing a technically adequate connection between demand and generation of electric energy, both foreseen for a given planning horizon. A good expansion plan must ensure a balance between investment and operating costs, while maintaining a satisfactory level of security of the electric energy supply. However, identifying good expansion plans for TEP has become an increasingly difficult task. This is mainly due to the characteristics and dimensions of the current systems, the nonlinearity and combinatorial nature of the optimization problem, and the uncertainties present in the data. Forecasting errors, equipment unavailability, and the availability of natural resources are parameters that vary in a random way and insert a high degree of uncertainty in the electrical system, which proportionally increases with the planning horizon. One of the most relevant uncertainties to be managed in the upcoming decades will be the generation capacity from renewable sources, particularly wind power, due to its great variability. Storage devices will allow better use of these sources and, therefore, it becomes necessary to develop computational tools capable of considering such devices in the TEP problem. This dissertation presents a new methodology to support the TEP problem by inserting electric energy storage to increase the use of renewable energy in the system, while respecting the security restrictions of the network, following the demand curve and taking into account the operational variables of these devices. The possibility of including electric energy storage systems is evaluated through a costbenefit analysis. The proposed methodology is applied to a test system, subject to various operating conditions, and the obtained results are widely discussed.

Considerando condições anormais que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está sujeito, a proteção de seus elementos é um tópico importante. Dentre os equipamentos a serem protegidos, destacam-se os geradores devido a representarem elevado custo de investimento e estarem sujeitos a multas por paradas não programadas. Desta forma, com base em pesquisa bibliográfica, observa-se que não existem estudos abrangentes para a proteção individual de máquinas síncronas aplicadas à geração eólica. Além disso, considerando o contexto das smart grids, a presença de baterias e a possibilidade da operação ilhada podem alterar a dinâmica das situações de falta. Portanto, faz-se necessário um estudo do comportamento dos aerogeradores em situações de falha, sabendo que o esquema de proteção depende do tipo de gerador e da maneira como este está conectado ao SEP. Neste sentido, esta pesquisa propôs incluir uma bateria para operar com um gerador eólico de velocidade variável de forma complementar, suavizando a potência de saída e tornando o sistema de conversão de energia eólica forte o suficiente para operar no modo ilhado. A metodologia estabelece vários tipos de falhas para investigar o comportamento da turbina eólica em tais condições. Para realizar as simulações de falta, foi utilizado um simulador digital de tempo real (RTDS®). Com base nisso, um esquema composto por funções de proteção convencionais foi especificado e testado usando o software MATLAB®. Além disso, simulações em laço fechado foram realizadas com relés comercial e universal. Os resultados obtidos com o esquema proposto são bastante promissores. / Considering abnormal conditions to which the Electric Power System (EPS) may be subjected, the protection of its elements is an important topic. Among the equipments to be protected, the generators are highlighted, because they represent a high investment cost and are subjected to penalties for unscheduled stoppages. Hence, based on literature, it is observed that there are no comprehensive studies and standards for individual protection of Synchronous Generators (SGs) applied to Wind Energy Conversion System (WECS). Furthermore, considering the smart grids context, the presence of batteries and the possibility of island operation may change the dynamic of fault situations. Therefore, it is necessary to study and analyse the behavior of wind turbines in fault situations, knowing that the protection scheme is dependent on the generator type and the way it is connected to the EPS. In order to study these issues, this research proposed to include a battery to operate with a full-variable speed wind generator in a complementary way, smoothing the output power and making the WECS strong enough to operate in the island mode. The methodology establishes several fault types to investigate the wind turbine behavior in such conditions. In order to conduct the fault simulations, a real time digital simulator (RTDS®) was used. Based on this, a scheme composed by conventional protection functions were specified and tested using the MATLAB® software. Furthermore, hardware-in-the-loop simulations were performed with commercial and universal relays. Very good results in favor of the proposed scheme are presented.

Considerando condições anormais que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está sujeito, a proteção de seus elementos é um tópico importante. Dentre os equipamentos a serem protegidos, destacam-se os geradores devido a representarem elevado custo de investimento e estarem sujeitos a multas por paradas não programadas. Desta forma, com base em pesquisa bibliográfica, observa-se que não existem estudos abrangentes para a proteção individual de máquinas síncronas aplicadas à geração eólica. Além disso, considerando o contexto das smart grids, a presença de baterias e a possibilidade da operação ilhada podem alterar a dinâmica das situações de falta. Portanto, faz-se necessário um estudo do comportamento dos aerogeradores em situações de falha, sabendo que o esquema de proteção depende do tipo de gerador e da maneira como este está conectado ao SEP. Neste sentido, esta pesquisa propôs incluir uma bateria para operar com um gerador eólico de velocidade variável de forma complementar, suavizando a potência de saída e tornando o sistema de conversão de energia eólica forte o suficiente para operar no modo ilhado. A metodologia estabelece vários tipos de falhas para investigar o comportamento da turbina eólica em tais condições. Para realizar as simulações de falta, foi utilizado um simulador digital de tempo real (RTDS®). Com base nisso, um esquema composto por funções de proteção convencionais foi especificado e testado usando o software MATLAB®. Além disso, simulações em laço fechado foram realizadas com relés comercial e universal. Os resultados obtidos com o esquema proposto são bastante promissores. / Considering abnormal conditions to which the Electric Power System (EPS) may be subjected, the protection of its elements is an important topic. Among the equipments to be protected, the generators are highlighted, because they represent a high investment cost and are subjected to penalties for unscheduled stoppages. Hence, based on literature, it is observed that there are no comprehensive studies and standards for individual protection of Synchronous Generators (SGs) applied to Wind Energy Conversion System (WECS). Furthermore, considering the smart grids context, the presence of batteries and the possibility of island operation may change the dynamic of fault situations. Therefore, it is necessary to study and analyse the behavior of wind turbines in fault situations, knowing that the protection scheme is dependent on the generator type and the way it is connected to the EPS. In order to study these issues, this research proposed to include a battery to operate with a full-variable speed wind generator in a complementary way, smoothing the output power and making the WECS strong enough to operate in the island mode. The methodology establishes several fault types to investigate the wind turbine behavior in such conditions. In order to conduct the fault simulations, a real time digital simulator (RTDS®) was used. Based on this, a scheme composed by conventional protection functions were specified and tested using the MATLAB® software. Furthermore, hardware-in-the-loop simulations were performed with commercial and universal relays. Very good results in favor of the proposed scheme are presented.

Orientador: Dr. Alfeu J. Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015. / Neste trabalho apresenta-se uma configuração do sistema de armazenamento de energia com baterias aplicado a sistemas de geração de energia eólica empregando conversores de fonte Z conectados à rede elétrica. Os geradores de indução gaiola de esquilo, são frequentemente utilizados nos sistemas de geração de energia eólica, por sua robustez, simplicidade, peso menor e custo baixo. Este é conectado diretamente ao conversor de potência bidirecional back to back, pode fornecer potências ativa e reativa à rede elétrica. Além disso, é estudado o conversor de fonte Z aplicado nesta topologia. No entanto, a implantação de sistemas de armazenamento de energia com baterias nos sistemas de geração de energia eólica na atualidade é muito importante, devido à possibilidade de oscilações da tensão e corrente na rede elétrica, portanto, estes podem ajudar à estabilização das tensões, correntes e a frequência na rede elétrica. Este sistema é conectado ao conversor back to back por meio de um conversor elevador-abaixador de corrente contínua. Para controlar a velocidade no eixo do rotor no gerador de indução, a estratégia é baseada no controle direto de torque. Enquanto, para o conversor do lado da rede é empregada a técnica de controle orientado pela tensão. Para o banco de baterias é utilizado o controle da tensão no barramento de corrente contínua e do fluxo na corrente da bateria, utilizando controladores do tipo PI. Com os novos desenvolvimentos tecnológicos nas chaves de potência, são apresentadas topologias de conversores CC-CA como o conversor de fonte Z, este tipo de conversor corrige algumas limitações do conversor back to back, com as características de elevador/abaixador de tensão, sem o uso de dispositivos de comutação, são permitidos os curto-circuitos na chaves, empregando novas técnicas de modulação, e reduz a quantidade harmônica injetada na rede elétrica. Os estudos foram realizados por meio de técnicas de simulação computacional usando modelos matemáticos do sistema estudado para a validação das estratégias de controle empregadas em diferentes condições de operação. Para as simulações empregou-se a ferramenta computacional SimPowerSystems R do Matlab/Simulink R . / This paper presents a battery energy storage system applied to wind power generation based on Z-source inverter connected to the power grid. The squirrel cage induction generators, often used in wind power generation systems, for its robustness, simplicity, lower weight and low cost. This is connected directly to the bidirectional power converter back to back, therefore, and provides active and reactive powers to grid. In addition, it is studied the Z-source inverter applied in this topology. However, the implementation of battery energy storage systems in wind power generation systems, currently is very important, due to possibility of the voltage and current fluctuations in the power grid, so these may to stabilisation of current, voltage and frequency on the grid. This system is connected to back to back converter through a DC-DC converter (buck-boost). For the rotor speed control on induction generator, the strategy is based on direct torque control. While, for the grid side converter is employed the technique of voltage oriented control. For the battery bank voltage control is used on DC-link voltage and battery current flow, through PI type controllers. With the new technological developments in the keys of power, DC converters topologies are presented as the Z-source inverter, this type converter fixes some limitations of the converter back to back, with the characteristics of buck-boost voltage, without the use of switching devices, allowed short-circuits on converter, using new modulation techniques, and reduces the amount injected harmonic to power grid. The studies were performed by means of computer simulation techniques using mathematical models of studied system to validate the control strategies employed in different operating conditions. For the simulations was used the computational tool SimPowerSystems R do Matlab/Simulink R .