Nas últimas décadas, a fonte eolielétrica é a que sinaliza maior crescimento mundial dentre as demais. A curva de aprendizagem tecnológica do setor mostra queda do custo entre 15% a 20% a cada 3 anos. Países ativos no setor eólico se esforçam pela meta de 12% de participação na produção elétrica mundial em 2020. A contribuição da geração eolielétrica offshore é fundamental para essa meta, pela proximidade aos centros de carga, com ganhos de eficiência, de escala e reduzido impacto ambiental e visual. Apesar do crescimento do parque gerador nacional em 2006, há carência na produção no curto prazo. Contraditoriamente, há ventos abundantes para geração eolielétrica e o prévio arcabouço industrial que seria necessário para desenvolver o setor. Apesar do incentivo governamental (PROINFA), o setor eólico brasileiro ainda não decolou como esperado. O objetivo deste trabalho é reforçar o debate sobre a importância da diversificação da matriz, em prol da estratégia de segurança do suprimento energético nacional e da redução da emissão de gases de efeito estufa. Em rumo a esse objetivo, são colocados argumentos com abordagem ampla e com abordagem específica. Na abordagem ampla, esta pesquisa propõe uma maior inserção da fonte eólica na matriz elétrica nacional como uma das opções a serem consideradas de maneira mais relevante nas táticas de diversificação da matriz, a exemplo do que já fazem países com maior abundância de gás natural que o Brasil, como o Reino Unido. Sob um ponto de vista específico, a investigação exemplifica possibilidades de contribuição da fonte eolielétrica, na sua versão offshore, para as táticas de diversificação da matriz nacional que se entendem importantes, a exemplo do já fazem países com maior predominância da fonte hidráulica que o Brasil, como a Noruega. O método utilizado para se alcançar o objetivo desta dissertação envolve os seguintes passos: (1) esclarecer quanto aos principais aspectos do setor energético a nível mundial e o problema ambiental que está vinculado à produção de energia por fontes fósseis; (2) esclarecer quanto aos aspectos do desenvolvimento de sistemas eolielétricos onshore no Brasil e no mundo e também do desenvolvimento de sistemas offshore em países de interesse; (3) explorar exemplos de articulação dos sistemas eólicos offshore com projetos de produção de energia fóssil em ambiente marítimo, como forma de produzir sinergia útil a ambos os setores; (4) analisar e debater sobre as propostas do governo brasileiro para o futuro da matriz elétrica do país; (5) propor algumas possibilidades de desenvolvimento de sistemas eólicos offshore no Brasil, partindo de pequenos projetos-piloto. Caso as propostas deste trabalho se tornem realizadas, os resultados para este país líder em energia limpa e renovável seriam: a criação de valor nas operações offshore de produção de energia fóssil, o ganho de aprendizagem sobre a tecnologia eólica, o alívio parcial da oferta energética para centros litorâneos no curto prazo; a racionalização do uso, transporte e dependência externa do gás natural; a dinamização dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM / MDL) e de novos mercados e empregos para a indústria. / In the last decade wind power source was the fastest-growing energy source. Technological learning curves for this sector fall down by a 15% a 20% rate each 3 years. Countries which are committed with wind power are running after the target of 12% wind into the worlds electrical production by 2020. The contribution of the offshore wind power (OWP) source is fundamental on covering such target, due to the proximity to load centers, efficiency & scale savings and reduced environmental and visual impact. Although the growth of the Brazilian power generation system in 2006, there is a gap on fulfilling demand in the short run. Nevertheless, Brazil has abundance of winds suitable for power generation, as a previous industrial framework, necessary on developing this sector. Even that a governmental program has come (PROINFA), wind power sector has not risen as expected yet. The goal of this thesis is to reinforce the debate about the importance on diversifying the Brazilian power matrix, towards the strategy of energy security supply as the reduction of greenhouse gases emissions. On reaching such a goal, this thesis states arguments by a generic approach and also by a specific approach. In the generic approach, it proposes a larger share for wind into the Brazilian electrical matrix as one of the options that should be considered in a more relevant manner for the tactics of diversifying the electrical matrix, following the example given by countries with larger abundance than Brazil regarding on natural gas production, as it is the case of the United Kingdom. In the specific approach, this investigation exemplifies possibilities of contributions from the OWP for the tactics of diversifying the matrix, following the example given by a country with higher predominance than Brazil regarding on using large hydropower as the main national power source, which is the case of Norway. The method taken for reaching the thesis goal involves the following steps: (1) to clarify on some aspects regarding energy production and its respective environmental problem related to the greenhouse gases emissions;(2) to clarify some aspects about the development of wind energy systems in Brazil and in the world and also some aspects about the development of OWP projects in selected countries; (3) to explore examples of articulation between OWP systems with offshore fossil energy production systems, in order to argue about the synergy that is possible between them; (4) to analyze and debate about the Brazilian governments proposal for the electrical matrix in the long run; (5) to propose some possibilities of developing OWP systems in Brazil, starting by small-scale pilot projects. If the case the propositions of this thesis come true in the future, the earnings for this country, which a world leader in clean & renewable energy, would be the following: value creation into the offshore fossil energy production; growth of learning about the OWP technologies; the partial relief of power supply for the coastal load centers; rationalization on the use, transport and foreign dependence of natural gas resources; pushing dynamics for Clean Development Mechanisms (CDM), as for industrial markets and employment.

Nas últimas décadas, a fonte eolielétrica é a que sinaliza maior crescimento mundial dentre as demais. A curva de aprendizagem tecnológica do setor mostra queda do custo entre 15% a 20% a cada 3 anos. Países ativos no setor eólico se esforçam pela meta de 12% de participação na produção elétrica mundial em 2020. A contribuição da geração eolielétrica offshore é fundamental para essa meta, pela proximidade aos centros de carga, com ganhos de eficiência, de escala e reduzido impacto ambiental e visual. Apesar do crescimento do parque gerador nacional em 2006, há carência na produção no curto prazo. Contraditoriamente, há ventos abundantes para geração eolielétrica e o prévio arcabouço industrial que seria necessário para desenvolver o setor. Apesar do incentivo governamental (PROINFA), o setor eólico brasileiro ainda não decolou como esperado. O objetivo deste trabalho é reforçar o debate sobre a importância da diversificação da matriz, em prol da estratégia de segurança do suprimento energético nacional e da redução da emissão de gases de efeito estufa. Em rumo a esse objetivo, são colocados argumentos com abordagem ampla e com abordagem específica. Na abordagem ampla, esta pesquisa propõe uma maior inserção da fonte eólica na matriz elétrica nacional como uma das opções a serem consideradas de maneira mais relevante nas táticas de diversificação da matriz, a exemplo do que já fazem países com maior abundância de gás natural que o Brasil, como o Reino Unido. Sob um ponto de vista específico, a investigação exemplifica possibilidades de contribuição da fonte eolielétrica, na sua versão offshore, para as táticas de diversificação da matriz nacional que se entendem importantes, a exemplo do já fazem países com maior predominância da fonte hidráulica que o Brasil, como a Noruega. O método utilizado para se alcançar o objetivo desta dissertação envolve os seguintes passos: (1) esclarecer quanto aos principais aspectos do setor energético a nível mundial e o problema ambiental que está vinculado à produção de energia por fontes fósseis; (2) esclarecer quanto aos aspectos do desenvolvimento de sistemas eolielétricos onshore no Brasil e no mundo e também do desenvolvimento de sistemas offshore em países de interesse; (3) explorar exemplos de articulação dos sistemas eólicos offshore com projetos de produção de energia fóssil em ambiente marítimo, como forma de produzir sinergia útil a ambos os setores; (4) analisar e debater sobre as propostas do governo brasileiro para o futuro da matriz elétrica do país; (5) propor algumas possibilidades de desenvolvimento de sistemas eólicos offshore no Brasil, partindo de pequenos projetos-piloto. Caso as propostas deste trabalho se tornem realizadas, os resultados para este país líder em energia limpa e renovável seriam: a criação de valor nas operações offshore de produção de energia fóssil, o ganho de aprendizagem sobre a tecnologia eólica, o alívio parcial da oferta energética para centros litorâneos no curto prazo; a racionalização do uso, transporte e dependência externa do gás natural; a dinamização dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM / MDL) e de novos mercados e empregos para a indústria. / In the last decade wind power source was the fastest-growing energy source. Technological learning curves for this sector fall down by a 15% a 20% rate each 3 years. Countries which are committed with wind power are running after the target of 12% wind into the worlds electrical production by 2020. The contribution of the offshore wind power (OWP) source is fundamental on covering such target, due to the proximity to load centers, efficiency & scale savings and reduced environmental and visual impact. Although the growth of the Brazilian power generation system in 2006, there is a gap on fulfilling demand in the short run. Nevertheless, Brazil has abundance of winds suitable for power generation, as a previous industrial framework, necessary on developing this sector. Even that a governmental program has come (PROINFA), wind power sector has not risen as expected yet. The goal of this thesis is to reinforce the debate about the importance on diversifying the Brazilian power matrix, towards the strategy of energy security supply as the reduction of greenhouse gases emissions. On reaching such a goal, this thesis states arguments by a generic approach and also by a specific approach. In the generic approach, it proposes a larger share for wind into the Brazilian electrical matrix as one of the options that should be considered in a more relevant manner for the tactics of diversifying the electrical matrix, following the example given by countries with larger abundance than Brazil regarding on natural gas production, as it is the case of the United Kingdom. In the specific approach, this investigation exemplifies possibilities of contributions from the OWP for the tactics of diversifying the matrix, following the example given by a country with higher predominance than Brazil regarding on using large hydropower as the main national power source, which is the case of Norway. The method taken for reaching the thesis goal involves the following steps: (1) to clarify on some aspects regarding energy production and its respective environmental problem related to the greenhouse gases emissions;(2) to clarify some aspects about the development of wind energy systems in Brazil and in the world and also some aspects about the development of OWP projects in selected countries; (3) to explore examples of articulation between OWP systems with offshore fossil energy production systems, in order to argue about the synergy that is possible between them; (4) to analyze and debate about the Brazilian governments proposal for the electrical matrix in the long run; (5) to propose some possibilities of developing OWP systems in Brazil, starting by small-scale pilot projects. If the case the propositions of this thesis come true in the future, the earnings for this country, which a world leader in clean & renewable energy, would be the following: value creation into the offshore fossil energy production; growth of learning about the OWP technologies; the partial relief of power supply for the coastal load centers; rationalization on the use, transport and foreign dependence of natural gas resources; pushing dynamics for Clean Development Mechanisms (CDM), as for industrial markets and employment.

Cette thèse s’intéresse à la problématique de la prédiction dans le cadre du design de systèmes énergétiques et des problèmes d’opération, et en particulier, à l’évaluation de l’adéquation de systèmes de production d’énergie renouvelables. L’objectif général est de développer une approche empirique pour générer des prédictions avec les incertitudes associées. En ce qui concerne cette direction de la recherche, une approche non paramétrique et empirique pour estimer les intervalles de prédiction (PIs) basés sur les réseaux de neurones (NNs) a été développée, quantifiant l’incertitude dans les prédictions due à la variabilité des données d’entrée et du comportement du système (i.e. due au comportement stochastique des sources renouvelables et de la demande d'énergie électrique), et des erreurs liées aux approximations faites pour établir le modèle de prédiction. Une nouvelle méthode basée sur l'optimisation multi-objectif pour estimer les PIs basée sur les réseaux de neurones et optimale à la fois en termes de précision (probabilité de couverture) et d’information (largeur d’intervalle) est proposée. L’ensemble de NN individuels par deux nouvelles approches est enfin présenté comme un moyen d’augmenter la performance des modèles. Des applications sur des études de cas réels démontrent la puissance de la méthode développée. / This Ph.D. work addresses the problem of prediction within energy systems design and operation problems, and particularly the adequacy assessment of renewable power generation systems. The general aim is to develop an empirical modeling framework for providing predictions with the associated uncertainties. Along this research direction, a non-parametric, empirical approach to estimate neural network (NN)-based prediction intervals (PIs) has been developed, accounting for the uncertainty in the predictions due to the variability in the input data and the system behavior (e.g. due to the stochastic behavior of the renewable sources and of the energy demand by the loads), and to model approximation errors. A novel multi-objective framework for estimating NN-based PIs, optimal in terms of both accuracy (coverage probability) and informativeness (interval width) is proposed. Ensembling of individual NNs via two novel approaches is proposed as a way to increase the performance of the models. Applications on real case studies demonstrate the power of the proposed framework.