Sweden is working on increasing the share of wind energy, but it comes along with many challenges,one of those challenges is the uncertainty of the wind power; CHP could be an option for betterutilizing of wind power by adapting the power to heat ratio according to wind energy fluctuation.The potential for utilizing installed wind energy in Sweden using CHP plant has been studied. A CHPplant installed in the South of Sweden was considered as studied case. To match the heat andelectricity demand requested by the region with the output from the CHP plant two scenarios weresimulated. Results showed that 5.3 MW of installed wind energy in Sweden could be adjusted andset to a level of 73.6 MW if the CHP plant alone were to cover the heat demand, and 25.4 MW ofinstalled wind power in Sweden could be adjusted and set to a level of 54.2 MW with an additionalheat supply of 8 MW in the studied case.

This thesis presents a complete method of modeling the autospectra of turbulence in closed form via an expansion series using the von Kármán model as a basis function. It is capable of modeling turbulence in all three directions of fluid flow: longitudinal, lateral, and vertical, separately, thus eliminating the assumption of homogeneous, isotropic flow. A thorough investigation into the expansion series is presented, with the strengths and weaknesses highlighted. Furthermore, numerical aspects and theoretical derivations are provided. This method is then tested against three highly complex flow fields: wake turbulence inside wind farms, helicopter downwash, and helicopter downwash coupled with turbulence shed from a ship superstructure. These applications demonstrate that this method is remarkably robust, that the developed autospectral models are virtually tailored to the design of white noise driven shaping filters, and that these models in closed form facilitate a greater understanding of complex flow fields in wind engineering. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2013.

A preocupação com as questões ambientais e a busca pela mitigação das mudanças climáticas levaram a uma corrida pelo desenvolvimento e inserção de tecnologias de energias renováveis na matriz elétrica em diversos países. Dentre as tecnologias, a energia eólica foi a que recentemente obteve maior sucesso, tendo um crescimento de quase 15 vezes entre 2000 e 2011. A adoção de políticas de incentivo, muitas vezes baseadas em subsídios, levou à discussão dos benefícios sociais e econômicos trazidos por esta tecnologia, principalmente sobre o impacto no nível de empregos. Neste contexto, diversos estudos têm sido realizados para quantificar os empregos gerados pelas tecnologias de energias renováveis, chegando à conclusão de que estas são mais intensivas em empregos que as tecnologias tradicionais a combustíveis fósseis. No entanto, os estudos que buscam a avaliação da geração de empregos por estas tecnologias diferem em metodologias e premissas adotadas e apresentam os resultados de maneira agregada, não permitindo a comparação entre estes, além de não haver estudos disponíveis para mercados eólicos na América Latina. No Brasil, o crescimento da energia eólica passou por um longo período de lento crescimento, porém, nos últimos três anos, a contratação de projetos eólicos deverá elevar a capacidade instalada em operação em quase cinco vezes em apenas cinco anos, fazendo-se necessária a avaliação do impacto deste crescimento no nível de empregos no país. A presente dissertação buscou quantificar o potencial de geração de empregos pela energia eólica no Brasil, não só pela avaliação dos empregos diretos, mas também os empregos indiretos gerados na economia devido à demanda de insumos. Para isso, foram integradas as ferramentas de avaliação de ciclo de vida, entrevistas semi-estruturadas, matriz insumo-produto e elaboração de cenários. Os resultados obtidos permitem afirmar que a energia eólica pode oferecer uma contribuição significativa para a geração de empregos, gerando até 330 mil empregos-ano até 2020. Os empregos diretos correspondem a cerca de 70% dos empregos totais, e a maior contribuição é dada pela atividade de construção, que possui ainda grande potencial para a criação de empregos locais em diversas localidades rurais. Assim, a energia eólica tem potencial para contribuir para o desenvolvimento sustentável no Brasil. / The concern on environmental impacts and the search for climate change mitigation have led many countries on the run to accelerate the development and the deployment of renewable energy technologies. Among those, wind power was recently the most successful technology, having achieved a growth of almost 15 times between 2000 and 2011. The adoption of incentive policies, especially those based on subsides, has led to the discussion of social and environmental benefits brought by this technology, focusing efforts on the assessment of the impacts on employment levels. Several studies have been made to quantify job creation by renewable energy technologies, and the main conclusion has been that they are more labor intensive than traditional fossil fuels technologies. However, the studies differ in methods and assumptions, and results are often published in an aggregated manner, making it difficult to compare the results. There are no studies available applied to the Latin American region. Wind power in Brazil has grown in a slow pace for over a decade. However, in the last three years, the projects contracted should increased wind power installed capacity in almost five times in only five years. This rapid estimated growth demands the assessment of impacts in the employment level. The present dissertation aimed to quantify the job creation potential of wind energy in Brazil. We have quantified not only direct jobs but also indirect jobs created in the Brazilian economy by the demand of inputs. To achieve this goal, we created a model that integrates life cycle assessment, semi-structured interviews, input-output models and scenario building. The obtained results let us affirm that wind energy can offer a significant contribution to job creation in Brazil, creating over 300 thousand job-years until 2020. Direct jobs account for around 70% of total jobs, and major contribution is found to be in the construction stage, which also has high potential to create local jobs in several rural areas. Thus, wind energy has the potential to contribute to sustainable development in Brazil.

A comunidade internacional vem continuamente alertando sobre os riscos ambientais advindos da emissão de gases de efeito estufa. Considerada uma alternativa limpa, segura e de baixo impacto ambiental, a energia eólica tem se tornado uma alternativa para geração de eletricidade. No Brasil, tem-se realizado grandes investimentos na construção de parques eólicos e seu contínuo crescimento tem motivado a realização de estudos que proponham melhorias no funcionamento do sistema. Devido à característica inconstante do vento, os aerogeradores comerciais utilizados nos parques eólicos frequentemente possuem conversores de potência, desta forma, apresentam características diferentes em relação a sistemas de geração convencionais quando da ocorrência de faltas internas. Este estudo propõe a análise de transitórios eletromagnéticos em aerogeradores que utilizam geradores síncronos associados a conversores de potência, com ênfase nas faltas internas. Para tanto, foi realizado o equacionamento dinâmico do sistema que representa o aerogerador conectado à rede através do conversor back-to-back. A partir das funções de transferências obtidas, foram definidos os ajustes para os controladores através do método simétrico ótimo. Para a validação do sistema de controle foi elaborado o modelo computacional do sistema, a partir do qual foram gerados resultados que possibilitam melhor compreensão da atuação dos controladores e das formas de onda do sistema. Por fim, foram aplicadas faltas em diversos pontos do sistema, gerando como resultados gráficos que apresentam a interação entre as proteções dos conversores, local de ocorrência das faltas, resistência de falta e as grandezas analisadas. / The international community has been continuously warning of environmental risks arising from greenhouse gas emissions. For being considered as a clean, safe and low environmental impact alternative, wind energy has been considered attractive for electricity generation. Brazilian government have made great investments in the construction of wind farms, and its continued growth has motivated studies proposing improvements for the wind power generation systems. Commercial wind turbines used in wind farms, often employ power converters, behaving different from conventional electromechanical generation systems in the event of internal faults. This study proposes the analysis of electromagnetic transients in wind turbines that use synchronous generators in association with power converters, with emphasis in internal faults. For this, the dynamic behaviour of the system representing the wind turbine connected to the network through the backto-back converter was performed. Based on the transfer functions obtained, the settings for the controllers were defined by the optimal symmetric method. In order to validate the control system a computational model was elaborated, from which graphics were generated, allowing a better understanding of the controllers actuation and the waveforms of the system. Finally, faults were applied in multiple points of the system, generating as results, graphs that show the interaction between the protections of the converters, place of occurrence of faults, fault resistance and the parameters analyzed.

This thesis presents the development of a time series model and associated algorithms capable of generating synthetic time-series datasets representing the hourly-averaged wind-speed field across the Country – as represented by a set of 20 points. This field is of interest as the energy resource available to wind generators connected to the Great Britain (GB) electricity networks. A wind power output dataset was also generated for an example distribution of wind generation capacities. The datasets generated are suitable for use in sequential Monte Carlo simulations of the GB electricity system – either the present system or future scenarios, potentially with full consideration of network constraints. Accurate representation of the spatio-temporal behaviours of renewable resources are an essential aspect of such simulations, along with their relationship to demand, with rarely occurring extreme events of particular interest. Therefore, variability in the resource occurring on all timescales – from turbulence to climatic shifts between decades must be represented. The synthetic data are time-stamped with time of the day and day of the year, so care was taken to ensure that all relevant deterministic and stochastic patterns are accurately reproduced. A major component of the research project was identification of the optimum level of complexity for various aspects of the model structure, and the associated computational expense of generating the series, particularly given the high dimensionality of the problem. The final choice of wind speed model was 2-factor-VGARMA-APARCH, along with several deterministic transformations.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-05-30T13:31:07Z No. of bitstreams: 1 Lúbia Tamires Rintzel_.pdf: 1530467 bytes, checksum: 5f7ebdda8b1933a6c0c69276c289d988 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T13:31:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lúbia Tamires Rintzel_.pdf: 1530467 bytes, checksum: 5f7ebdda8b1933a6c0c69276c289d988 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Nenhuma / A energia eólica é uma importante fonte renovável de energia, pois através da força do vento se produz energia limpa e com poucos impactos em sua produção. O Brasil possui um grande potencial eólico, tendo uma trajetória de expansão e um futuro promissor. O presente trabalho, diante desta fonte de energia, busca observar qual o impacto econômico da instalação dos parques eólicos para os municípios brasileiros, faz-se isso através do Método Estrutural Diferencial. Leva-se em consideração municípios com parques eólicos instalados no Brasil no período de 1998 a 2012, e também os municípios vizinhos a estes municípios com parques eólicos. Os dados utilizados referem-se a emprego, arrecadação fiscal e valor adicionado. Após a análise dos resultados, torna-se perceptível que, quando observados os municípios, os que passaram a ter parques eólicos obtiveram principalmente um maior incremento no emprego, ocorrendo também, porém menos significativo, variações na receita de impostos e no valor adicionado. Deste modo, a presença de parques eólicos nos municípios brasileiros impacta positivamente nos fatores econômicos dos mesmos. / Wind energy is an important renewable source of energy, because through the force of the wind produces clean energy and with little impact on its production. Brazil has a big wind potential, having a trajectory of expansion and a promising future. The present work, in front of this energy source, seeks to observe the economic impact of the installation of wind farms for the Brazilian municipalities, it is done through the Differential Structural Method. It takes into account municipalities with wind farms installed in Brazil from 1998 to 2012, and too the municipalities neighboring these municipalities with wind farms. The data used refer to employment, tax collection and added value. After analyzing the results, becomes noticeable that, when observed in municipalities, those that started to have wind farms obtained a greater increase in employment, but there were also, but less significant, changes in tax revenue and value added. Thus, the presence of wind farms in Brazilian municipalities has a positive impact on their economic factors.

Turbinas eólicas usualmente são agrupadas em grandes parques, reduzindo o custo de instalação, transmissão da energia e manutenção periódica. A superposição das esteiras sobre turbinas adjacentes normalmente reduz consideravelmente a capacidade total, objeto de estudo de Micrositing. Porém, por vezes o “efeito Venturi” ocasionado pelas turbinas à montante induz maior velocidade às turbinas adjacentes aumentando o potencial eólico disponível nas linhas consecutivas. De forma inovadora empregar o Design Constructal de Bejan, o modelo do disco atuador genérico e a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para obter a melhor disposição geométrica das turbinas em uma área plana e não rugosa, com foco à maior potência extraída por área de turbinas instaladas. Para tal, modelar e predizer o comportamento da esteira é fundamental, assim como conhecer os modelos de esteira e a aplicabilidade dos métodos empregados. O Design Constructal é a fonte dos parâmetros geométricos base das simulações: o espaçamento entre as turbinas e as razões de diâmetros. Após 64 simulações semi-iterativas e mais de 60 iterativas verifica-se que o maior ganho em potência disponível por área é de 7,37% para a configuração V = 7m/s, S = 3D, d/D = 0.5, L = 3D e 8,48% para a configuração V = 11m/s, S = 3D; d/D = 0.25 & 0.5, L= 0.75D, valor relativo à execução de somente um diâmetro de 100 metros. / Usually wind turbines are grouped in large parks, reducing the cost of installation, energy transmission and periodic maintenance. But the overlapping of the aerodynamical wakes on adjacent turbines reduces the total capacity, Micrositing study. However, the "Venturi effect" caused by the turbines upstream sometimes increases the speed to the adjacent turbines increasing the wind potential available in straight lines. Innovatively employing the Design Constructal Bejan, the model of the actuator disc and Computational Fluid Dynamics (CFD) to search the best geometrical layout of the turbines on a roughless and flat area, focus on higher power extracted by area. To do this, model and predict the wake of behavior is fundamental, as well as know the aerodynamical wakes models and the applicability of the methods employed. The Design Constructal is the source of the simulation’s parameters: spacing between the turbines and the diameter’s ratio. After concluded 64 semi-iterative and iterative simulations, and more than 60 verifies, the best gain in available power per area is 7.37% for the configuration V = 7 m/s; S = 3d; d/D = 0.5; L = 3D. And the gain of 8.48% for the configuration V = 11m/s, s = 3D; d/D = 0.25 & 0.50; L = 0.75D, comparing to the implementation of just 100 meters diameter.

Orientador: Onivaldo José Seraphim / Banca: Celso Luiz da Silva / Banca: Carlos Eduardo C. Nogueira / Banca: Samuael N. Melegari de Souza / Banca: Celso Eduardo Lins de Oliveira / Resumo: A geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis começou a apresentar maior interesse a partir da crise do petróleo na década de 70. De lá pra cá, entre outros recursos energéticos renováveis, a utilização do potencial da energia solar e eólica tem crescido significativamente. A integração de sistemas de geração eólica e fotovoltaica com armazenamento de energia em baterias tem-se apresentado como uma forma de geração em que os problemas decorrentes da variabilidade na intensidade da energia eólica e solar, tornam-se possíveis de mitigação, seja pela complementação entre uma fonte e outra, ou pela maior estabilidade configurada à geração do sistema. Com base neste contexto, este trabalho teve o objetivo de avaliar o desempenho um sistema híbrido de energia eólico-fotovoltaico de pequeno porte, para a eletrificação de uma propriedade rural, avaliando-se o efeito das variáveis climáticas sobre a produção energética do sistema. O trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Energização Rural do Departamento de Engenharia Rural da UNESP-FCA. Para a realização do trabalho, foi instalado um sistema híbrido (solar + eólico), composto por um aerogerador e um painel fotovoltaico, complementado por uma bateria para armazenamento da energia elétrica gerada, controlador de carga e inversor de tensão. O sistema foi configurado para atender as cargas de uma pequena residência rural. Para avaliação das características do potencial da energia solar e eólica, utilizaram-se os dados de uma estação meteorológica instalada no local. Um sistema de aquisição de dados foi programado para coletar os parâmetros meteorológicos e elétricos do experimento a cada 10 segundos, apresentando a média dos valores coletados a cada 5 minutos. A coleta dos dados foi realizada durante um ano, diuturnamente, para avaliar a influência das horas...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The electric energy generation from renewable sources, began to present larger interest in the petroleum crisis in 1970 decade. Since then, among other renewable energy resources, the use of the solar energy and wind energy potential have been growing significantly. The integration of wind and photovoltaic generation systems has been presenting as a generation form where the current problems of the variability in the wind and solar energy intensity, become possible of mitigation due to the complementation of both a sources, or for the larger stability given to the generation system. Based in this context, this work had the objective of evaluating a small wind-photovoltaic hybrid energy system for a rural electrification, with the evaluation of the climatic variables effect on the system energy production. The work was developed in the Laboratory of Rural Electrification of the UNESP-FCA Rural Engineering Department. For the accomplishment of the work, a small wind-photovoltaic hybrid system was installed, composed by an wind generator and a photovoltaic panel, complemented with a battery for the generated electric energy storage, a charge controller and an inverter. The system was configured for small rural residence load supply. For solar and wind energy potential characteristics evaluation, the data of a meteorological station installed in the place were used. A data acquisition system was programmed to collect the meteorological and electric parameters of the experiment every 10 seconds, calculating the average values collected every 5 minutes. The data collection was carried out during one year, daily, to evaluate the influence of the day hours and of the seasons changes on the hybrid system energy generation and its components. The collected data were integrated, and it was determined the values of the solar energy, wind energy, photovoltaic generation, wind generation and hybrid system...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A comunidade internacional vem continuamente alertando sobre os riscos ambientais advindos da emissão de gases de efeito estufa. Considerada uma alternativa limpa, segura e de baixo impacto ambiental, a energia eólica tem se tornado uma alternativa para geração de eletricidade. No Brasil, tem-se realizado grandes investimentos na construção de parques eólicos e seu contínuo crescimento tem motivado a realização de estudos que proponham melhorias no funcionamento do sistema. Devido à característica inconstante do vento, os aerogeradores comerciais utilizados nos parques eólicos frequentemente possuem conversores de potência, desta forma, apresentam características diferentes em relação a sistemas de geração convencionais quando da ocorrência de faltas internas. Este estudo propõe a análise de transitórios eletromagnéticos em aerogeradores que utilizam geradores síncronos associados a conversores de potência, com ênfase nas faltas internas. Para tanto, foi realizado o equacionamento dinâmico do sistema que representa o aerogerador conectado à rede através do conversor back-to-back. A partir das funções de transferências obtidas, foram definidos os ajustes para os controladores através do método simétrico ótimo. Para a validação do sistema de controle foi elaborado o modelo computacional do sistema, a partir do qual foram gerados resultados que possibilitam melhor compreensão da atuação dos controladores e das formas de onda do sistema. Por fim, foram aplicadas faltas em diversos pontos do sistema, gerando como resultados gráficos que apresentam a interação entre as proteções dos conversores, local de ocorrência das faltas, resistência de falta e as grandezas analisadas. / The international community has been continuously warning of environmental risks arising from greenhouse gas emissions. For being considered as a clean, safe and low environmental impact alternative, wind energy has been considered attractive for electricity generation. Brazilian government have made great investments in the construction of wind farms, and its continued growth has motivated studies proposing improvements for the wind power generation systems. Commercial wind turbines used in wind farms, often employ power converters, behaving different from conventional electromechanical generation systems in the event of internal faults. This study proposes the analysis of electromagnetic transients in wind turbines that use synchronous generators in association with power converters, with emphasis in internal faults. For this, the dynamic behaviour of the system representing the wind turbine connected to the network through the backto-back converter was performed. Based on the transfer functions obtained, the settings for the controllers were defined by the optimal symmetric method. In order to validate the control system a computational model was elaborated, from which graphics were generated, allowing a better understanding of the controllers actuation and the waveforms of the system. Finally, faults were applied in multiple points of the system, generating as results, graphs that show the interaction between the protections of the converters, place of occurrence of faults, fault resistance and the parameters analyzed.

Neste trabalho desenvolve-se uma análise sobre o estado da arte e tendências para projeto de geradores elétricos em turbinas eólicas offshore. A conjunção dos requerimentos de alta confiabilidade e potência, criam condições adequadas para a aplicação de máquina elétricas multifásicas nesse setor. Desta forma, optou-se por estudar as características e condições de projeto de máquinas elétricas multifásicas, simétricas ou assimétricas. Com esta finalidade, os métodos analíticos de projeto de máquinas elétricas trifásicas são revisitados e estendidos, quando necessário, para diferentes configurações multifásicas. O foco do trabalho, consiste em desenvolver e explorar temas de projeto de geradores elétricos multifásicos, síncronos de imãs permanentes, com enrolamentos distribuídos de dupla camada. Para estudo de caso, realiza-se a comparação entre o projeto de quatro topologias diferentes. Nomeadamente, compara-se o projeto de geradores de três, seis, nove e dezoito fases para turbinas eólicas offshore de 10 MW. A configuração com gerador de nove fases apresenta os melhores resultados, com densidade de torque 10,96% superior à densidade de torque desenvolvida pela máquina trifásica analisada. Por fim, a metodologia analítica desenvolvida para o projeto de máquinas elétricas multifásicas é verificada usando o método de elementos finitos bidimensional, para o gerador síncrono de imãs permanentes de nove fases. / The state of the art and future trends for offshore wind turbines were reviewed. Due to its fault-tolerant characteristic, multiphase electrical generators were identified as strong candidates to meet the power and resilience targets of the offshore wind sector. In this work, the design aspects of three-phase electrical machines are reviewed and extended to different multiphase configurations. The main focus of the work is to develop an analytical design methodology for multiphase, symmetrical and asymmetrical, synchronous generators with double-layer distributed windings. As a case study, the project of a three-phase, six-phase, nine-phase and eighteen-phase permanent magnet synchronous generators were compared for a 10MW offshore wind turbine. The best results were found for the nine-phase topology, with a torque density 10.96% higher than the torque density of the analysed three-phase machine. The developed design methodology was validated with a finite element analysis of the ninephase permanent magnet generator.