Made available in DSpace on 2016-08-29T15:39:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9531_Bernardino Joaquim Quintas20160518-111059.pdf: 3678824 bytes, checksum: 914dcb3765da037568db119096db7d11 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / A produção de energia elétrica por meio de sistemas eólicos tem aumentado cada vez mais na esfera global com a atual visão em energia e ambiente. A eficiente integração de fontes de energia eólica em grande escala no sistema elétrico de potência é um grande desafio tanto para o mercado de eletricidade quanto para os operadores de sistema, que terão de lidar com a intermitência e incertezas na geração de energia eólica ao tomar suas decisões de escalonamento e despacho. A compreensão dos fatores que influenciam para a produção da potência convertida a partir do vento torna-se importante para que a energia extraída seja maximizada. A previsão de quanta energia deveria ser produzida, é importante para o mercado de energia, para equilibrar a sua produção. Embora os valores nominais de turbina sejam definidos na sua concepção, as condições locais e os parâmetros operacionais, bem como o sistema de controle, são fatores relevantes para entender eventuais perdas de potência. Desta forma, este trabalho busca compreender a configuração de um sistema de produção de energia elétrica por meio de um túnel aerodinâmico e uma turbina eólica interna para determinar as condições de extração controlada de potência elétrica. Com este propósito foi proposto o uso do modelo dinâmico levantado para se projetar e implementar um sistema de controle capaz de permitir a extração de potência da turbina eólica, para atendimento da demanda instantânea de energia. Na sequência do trabalho, levantaram-se o modelo estatístico e o modelo matemático referente à dinâmica de funcionamento da turbina eólica para prever a potência de saída.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-01T03:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336269.pdf: 44827518 bytes, checksum: b0742be1d133e3433f6ada5fc0679067 (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese aborda a modelagem, o projeto e a otimização, com validação experimental, de máquinas de relutância duplamente alimentadas sem escovas (BDFRM) para sistemas de geração de energia eólica. O objetivo principal dela é de contribuir para o domínio de técnicas de projeto otimizado para a BDFRM através da proposição de uma metodologia baseada em diferentes níveis de modelagem e em otimização. Discute-se como técnicas de otimização podem ser aplicadas em todas as fases de desenvolvimento com objetivos distintos. Especificamente, a metodologia proposta se concentra na definição e na solução iterativa de problemas de otimização com restrições nas saídas utilizando um algoritmo determinístico acoplado a modelos semi-analíticos de diferentes níveis. Como conclusão geral, pode-se afirmar que a BDFRM é potencialmente uma boa candidata para ser utilizada em sistemas de geração de energia eólica. Contudo, aspectos técnicos e econômicos sobre essa escolha devem ainda ser avaliados, comparando-se as diferentes topologias existentes sob o mesmo enfoque metodológico.<br> / Abstract : This thesis addresses the modeling, design and optimization with experimental validation of the Brushless Doubly-Fed Reluctance Machine (BDFRM) for wind power systems. Its main goal is to contribute on mastering the BDFRM optimized design by proposing a methodological approach based on different modeling levels and on optimization. More precisely, it draws its attention on setting the optimization problem and on the iterative solution of a constrained inputs/outputs problem by using a deterministic algorithm. As a general conclusion, the results show that the BDFRM is potentially a good candidate to be used in wind power systems. However, the technical and economic aspects on this choice must be still assessed, analyzing and comparing the overall system solution of distinct topologies within the same framework.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-25T03:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342548.pdf: 5134967 bytes, checksum: 326ba2ac86971415e58e38b714c0af98 (MD5) Previous issue date: 2016 / O Sistema Interligado Nacional (SIN) é um sistema hidrotérmico de grande porte com predominância da geração hidrelétrica que vem passando por transformações significativas em seu perfil de geração devido a inclusão de fontes renováveis intermitentes. Nesse sentido, a energia eólica merece destaque dado que, atualmente a mesma representa 6,06 % da capacidade instalada, prevendo-se que em 2024 essa participação passará para 9,15 %.Com a crescente inserção de geração eólica no SIN e com as grandes restrições à implantação de usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares, novos desafios surgem na operação do sistema. Neste cenário, e considerando que o vento possui uma alta variabilidade e intermitência diária, o que torna difícil a previsão da geração eólica para além de algumas dezenas de horas a frente, novos estudos sobre a energia eólica devem ser realizados no âmbito do planejamento e da operação do SIN. Dentre esses estudos, tem-se a geração de cenários sintéticos de vento, de geração eólica ou de outro parâmetro correlacionado com esse tipo de geração para a inserção nos modelos de planejamento da operação energética.Nesse sentido, esse trabalho apresenta uma análise sobre a geração de cenários hidroeólicos utilizando o modelo autoregressivo periódico (PAR) para o problema do planejamento da operação energética de médio prazo, em que testes de especificação do modelo são realizados nas séries históricas e nas séries sintéticas geradas. Dessa maneira, uma análise é realizada sobre as diversas metodologias e critérios de aplicação do modelo PAR, evidenciando qual metodologia e critério de aplicação são mais adequados para cada tipo de teste da geração de séries sintéticas hidroeólicas.<br> / Abstract : The Interconnected Brazilian Power System (SIN) is a large hydrothermal system with a predominance of hydroelectric generation that has been undergoing significant changes in its generation profile due to the inclusion of intermittent renewable sources. In this sense, wind power deserves prominence given that currently it represents 6.06% of installed capacity, it is expected this share will go to 9.15% by 2024.With the expanding integration of wind power generation in the SIN and the major constraints to implementation of hydroelectric, thermal and nuclear power, new challenges arise in the system operation. In this scenario, and considering the wind has a high variability and daily intermittent, which wind power generation forecasting is difficult beyond a few hours ahead, new studies on wind power must be carried out in the context of the planning and operation of SIN. Among of these studies, there is the scenario generation of wind, wind power or other parameter correlated with this generation type for insertion into the energy operation planning models.In this sense, this work presents an analysis of the wind and hydropower scenario generation in tandem via autoregressive periodic model (PAR) for long-term energy operation planning, which specification tests for the model are performed on historical data and the synthetic series generated. Thus, an analysis is performed on various methodologies and PAR model application criteria, indicating which methodology and application criterion is the most suitable for each type of test.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-21T04:37:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344130.pdf: 4016793 bytes, checksum: cf47b999d21f2e9b5ccc1999f40c9231 (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : Airborne Wind Energy (AWE) is an emerging field of technology that investigates wind power devices capable of remaining airborne either through aerostatic or aerodynamic forces. Consequently, the heavy and expensive tower of conventional horizontal-axis wind turbines is no longer needed, allowing the AWE device to operate at higher altitudes, where the wind tends to be steadier and stronger and, therefore, more power is available. Another claimed advantage is the reduction on overall costs, especially regarding transportation and installation, due to the absence of the tower to withstand the torque caused by the rotating turbine, thus also requiring a simpler foundation. Several AWE concepts have been proposed, among which the pumping kite stands out as one of the simplest and cheapest, essentially comprising a ground winch where energy is generated, and a tethered wing that can be either flexible or rigid. This dissertation contributes to the field of AWE by addressing the pumping kite in four different aspects. The goal is to serve both as a manuscript for the lay reader with some background on physics, aerodynamics, dynamic systems, classic control and optimization techniques, as well as by specialists in either of these areas who intend to carry out deeper investigations. The first contribution is to revisit in detail important models in the literature used to simulate the flight dynamics, to design and to validate control laws. Namely, the 3D two-tether point-mass wing (to which modifications are proposed), the massless wing in dynamic equilibrium, the course angle dynamics and the logarithmic wind shear model are addressed. The second contribution is a comparative study of flight controllers whose references are computed separately from the ground winch control, in a decentralized topology. A two-loop approach is considered, where the outer loop defines a reference trajectory and generates a reference for the course angle, which is then tracked in the inner loop by manipulating the steering input of the tethered wing. A third contribution is the formulation of an optimization problem to choose the operating parameters of the traction and retraction phases that yield the maximum cycle power. One of the main findings is that, by reeling out at a lower speed than the value that maximizes the traction power, the duty cycle increases and, thereby, also the cycle power. The last major contribution is to reinterpret Loyd?s lift (the pumping kite traction phase) and drag modes as particular cases of the actuator disc considered in the derivation of the Betz limit for power extraction from the wind. The expression for the lift mode power coefficient is formulated using blade element momentum theory.<br> / Energia eólica aérea (Airborne Wind Energy (AWE), em inglês) é uma tecnologia de energia renovável que trata de dispositivos que aproveitam a energia cinética do vento e são capazes de se manter no ar através de forças aerostáticas ou forças aerodinâmicas. Este campo de estudos vem atraindo cada vez mais pesquisas devido a duas grandes vantagens previstas sobre a tecnologia convencional de turbinas de eixo horizontal. A primeira vantagem é que a substituição da torre por cabos de comprimento variável permite ao dispositivo operar em altitudes mais elevadas, onde os ventos tendem a soprar mais consistentemente e a uma velocidade maior, caracterizando, portanto, um potencial energético maior. A segunda vantagem é uma redução substancial nos custos do empreendimento, especialmente nos quesitos de transporte e instalação, devido à ausência de uma torre que deva suportar o torque causado pela operação da turbina. Assim, acredita-se que a fundação para o ponto de ancoragem do sistema também se torna mais simples e barata. Os dispositivos de AWE que mantêm-se em voo através de forças aerodinâmicas são denominados de aerofólios cabeados . Várias estruturas com aerofólios cabeados já foram propostas, dentre as quais destaca-se o pumping kite por ser uma das mais simples e de menor custo. O pumping kite consiste, essencialmente, de duas unidades uma de solo e a outra, de voo com possíveis variações quanto ao tipo de aerofólio (rígido ou flexível), número e função dos cabos, atuadores para controle de voo no solo ou junto ao aerofólio, etc. Em uma das configurações mais usuais, tem-se uma máquina elétrica no solo acoplada a um carretel através de uma redução mecânica. À medida em que o aerofólio descreve uma trajetória que visa maximizar a força de tração no cabo, este desenrola-se do carretel, fornecendo potência mecânica à máquina elétrica que, nessa fase, opera como gerador. Quando o comprimento de cabo atinge um valor pré-determinado, encerra-se a fase de tração e inicia-se a fase de recolhimento, durante a qual a máquina elétrica opera como motor para enrolar o cabo até seu comprimento inicial. Para isto o aerofólio é reconfigurado para uma condição de baixa força aerodinâmica, permitindo o recolhimento com um pequeno gasto energético e, assim, aumentando a potência média entregue à rede (potência de ciclo) ao final deste ciclo com duas fases. A unidade de voo é composta essencialmente pelo aerofólio, por um microcomputador embarcado e pelos atuadores de controle de voo. Esta tese visa contribuir à área de AWE em quatro diferentes aspectos. O objetivo é servir tanto como um documento para o leitor leigo interessado no assunto e que tenha conhecimentos em física, aerodinâmica, sistemas dinâmicos, controle clássico e otimização, bem como uma referência para especialistas que estejam buscando avançar em qualquer uma destas frentes. A primeira contribuição é a discussão em detalhes de alguns modelos importantes usados para a simulação, análise e projeto de controladores de voo para aerofólios cabeados. Dentre estes modelos está o aerofólio ponto de massa com dois cabos, cuja construção é explicada passo-a-passo, incluindo a proposição de pequenas modificações relativas ao efeito da massa dos cabos nas equações de movimento. Em seguida também é feita a derivação do modelo que representa a dinâmica do ângulo de curso ( ângulo de giro ) do aerofólio, que é uma variável frequentemente utilizada para o controle de voo. Um terceiro modelo discutido é o modelo logarítmico que descreve a variação da intensidade média do vento de acordo com o coeficiente de rugosidade do solo. Para fins ilustrativos, o modelo foi interpolado para algumas localidades com base em um banco de dados norte-americano aberto ao público. A segunda contribuição desta tese é um estudo comparativo sobre abordagens para controle de voo em uma topologia decentralizada, na qual as leis de controle da unidade de solo e de voo são computadas separadamente. O controle de voo utiliza uma estratégia com duas malhas em cascata. Durante a fase de tração, uma opção é a malha externa utilizar a lemniscata de Bernoulli como referência para a trajetória de oito deitado desejada para o voo do aerofólio. Com base no erro de seguimento da lemniscata, é gerada uma referência para o ângulo de curso, que é repassada à malha interna. Já para a fase de retração, a referência do ângulo de curso é mantida apontando para o zênite, fazendo com que o aerofólio saia da zona de potência (condição de vento cruzado, crosswind) e possa ser recolhido com baixo gasto energético. Uma outra possibilidade discutida, mais simples, é o uso de apenas dois pontos de atração (atratores) como referência de posição do aerofólio na malha externa, com apenas um dos atratores ativo. Assim que o aerofólio cruza a coordenada azimute de um atrator, o outro torna-se o ativo, levando o aerofólio a executar uma curva e, dessa forma, realizar a trajetória desejada de oito deitado. Devido à descontinuidade no erro de seguimento quando chaveia-se entre os atratores, ocorre uma descontinuidade no sinal de controle, razão pela qual esta estratégia é conhecida como bang-bang . É discutido como o bang-bang pode ser vantajoso no caso de aerofólios cabeados com um curto perímetro (comprimento de arco) da trajetória, situação em que o período de amostragem do controle torna-se relativamente grande, o que dificulta a estabilização do controle. Por outro lado, no caso de trajetórias com perímetro maior, a ausência de um percurso bem definido entre os dois atratores pode resultar em uma trajetória aproximadamente geodésica ( reta angular), afastando-se, assim, das trajetórias ótimas de oito deitado sugeridas na literatura. Neste caso, a opção com a lemniscata de Bernoulli pode tornar-se vantajosa. Para a malha interna do controle de voo também foram investigadas algumas alternativas, entre as quais um controlador proporcional. Usando o modelo da dinâmica do ângulo de curso linearizado em alguns pontos principais, é computado o intervalo do ganho proporcional que garante estabilidade em malha fechada, supondo conhecidos os parâmetros do modelo. Também com base no mesmo modelo do ângulo de curso, projetou-se um controlador de realimentação linearizante que impõe uma dinâmica estável de primeira ordem ao erro de rastreamento da malha interna. Tal controlador linearizante requer, em sua lei de controle, o conhecimento da derivada da referência do ângulo de curso. Dado que esta derivada pode ser difícil de se obter, na prática, com baixo ruído, é investigada uma variante do controlador linearizante sem a mencionada derivada. Considerando, para os três controladores, aproximadamente a mesma constante de tempo do sistema em malha fechada, o controlador linearizante completo obteve o melhor desempenho, seguido pelo proporcional, enquanto o linearizante sem derivada da referência do ângulo de curso ficou com o pior desempenho. Uma terceira contribuição ao estudo do pumping kite é a formulação de um problema de otimização para um ciclo de operação, considerando-se a topologia de controle decentralizado. Já que a lei de controle de voo é computada separadamente da unidade de solo, é necessário determinar os valores de alguns parâmetros de operação cuja escolha pode ter um impacto significativo na potência de ciclo. Mostra-se como a potência média durante a fase de tração varia em função do ângulo de ataque médio, e como o ângulo de ataque base pode ser determinado para operar-se no ponto de máxima potência. A fase de tração é parametrizada em termos de um ângulo de ataque base, uma velocidade de desenrolamento, um ângulo polar médio da trajetória, e um comprimento médio do cabo. Já a fase de retração é parametrizada por meio de dois coeficientes que definem a inclinação das rampas de força de tração e ângulo de ataque base, e dois patamares ao final destas rampas. São consideradas restrições no mínimo ângulo de ataque importante no caso de aerofólios flexíveis e na máxima velocidade de enrolamento alcançada pela máquina elétrica. A ideia é reduzir a força de tração e o ângulo de ataque do aerofólio enquanto a velocidade de enrolamento aumenta e, dessa forma, obter-se uma fase de retração eficiente. Para fins ilustrativos, o problema de otimização é resolvido para os valores de patamar através de uma busca em grid, enquanto os coeficientes de inclinação de rampa são definidos de maneira ad hoc. Entre as principais conclusões está que, para o aerofólio do tipo foil (ram-air) kite com 12 m2 de área projetada sujeito a um vento nominal de aproximadamente 10 m/s, ao desenrolar-se o cabo a 2.3 m/s, o que corresponde a uma redução de 25.8 % com relação à velocidade que maximiza a potência na fase de tração, obtém-se um acréscimo de 9.3 % na potência de ciclo. Com base em um método simplificado para cálculo da potência de ciclo, também é obtida a curva de potência do pumping kite, discutindo-se as suas distintas regiões de operação. A última contribuição desta tese refere-se à interpretação dos aerofólios cabeados como um caso específico do disco atuador considerado na derivação do limite de Betz para extração de potência do vento. No caso do disco atuador, a potência extraída é abstraída como o produto entre o empuxo sofrido pelo disco e a velocidade do vento atravessando o disco. No caso da turbina eólica de eixo horizontal, a potência dá-se pelo produto entre o torque no disco e a sua velocidade angular. Já no caso do modo de sustentação de Loyd (a fase de tração do pumping kite), a potência decorre do produto entre o empuxo no disco e a velocidade de translação do disco no sentido do vento (velocidade de desenrolamento ). Finalmente, no caso do modo de arrasto de Loyd (turbina acoplada ao aerofólio cabeado), a potência aproveitada surge do produto entre a velocidade tangencial do disco e a força de arrasto (empuxo) sofrida pela turbina. A tese é concluída com a formulação da expressão do coeficiente de potência para o modo de sustentação de Loyd, evidenciando-se o problema do cálculo dos fatores de indução axial, radial, e o ângulo de ataque parcial para cada anel do disco.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-21T05:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344103.pdf: 2411602 bytes, checksum: 1f315b107644c3c256a32f200a0bda88 (MD5) Previous issue date: 2016 / O sistema Elétrico Brasileiro (SEB) é um sistema hidrotérmico com predominância de geração hidrelétrica, porém ao longo dos últimos 10 anos a geração eólica vem ocupando um percentual significativo da matriz energética com forte tendência de crescimento. As incertezas associadas a essa geração, como consequência da forte dinâmica dos ventos, traz novos desafios para o planejamento da operação do Sistema Interligado Nacional (SIN). Nessa dissertação apresentam-se os resultados da análise e da avaliação multiárea do desempenho do sistema de geração de energia elétrica, considerando os subsistemas que compõem o SIN com foco no planejamento e operação de longo-prazo e considerando a inclusão do recurso eólico na matriz energética. A partir do estudo da reserva estática e operacional de longo-prazo, avalia-se a adequação do sistema composto através da análise dos índices tradicionais de confiabilidade (índices de risco), capazes de fornecer informações importantes para auxiliar o Operador do Sistema nas tomadas de decisões relativas ao planejamento do Sistema.<br> / Abstract : The Electric Brazilian Power System (SEB) is a large hydrothermal system with predominance of hydroelectric generation, but over the last 10 years, wind generation has been occupying a significant percentage of the energy matrix, with strong growth trend. Uncertainties associated with this generation as a result of the strong dynamic of the winds, brings new challenges for planning the operation of the National Interconnected System (SIN). This dissertation presents the results of the analysis and evaluation Multiarea performance of the power generation system, considering the subsystems that compose the Brazilian system focused on planning and long-term operation and considering the inclusion of the wind resource in energy matrix. From the study of the static and operational reserve long-term, is evaluating the adequacy of the system made by analyzing the traditional indices of reliability (risk indices), able to provide important information to assist the System Operator in making decisions relating to the planning system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344644.pdf: 4287031 bytes, checksum: df51b0a1e8a46a3d53e3196cbbb16141 (MD5) Previous issue date: 2016 / A demanda por fontes de energia renováveis limpas é um fenômeno de escala mundial. O Brasil acompanha essa tendência e, desde 2009, vem incentivando o crescimento destas formas de geração de energia. Particularmente, a energia eólica chama atenção pela velocidade com que se expande no país. Por outro lado, este mercado tem apresentado resultados que precisam ser devidamente analisados. Estudos realizados com parques eólicos em operação no Brasil mostram que muitos destes estão produzindo abaixo do esperado, um problema que afeta o proprietário do parque, em termos de receita; o governo, em termos de planejamento estratégico e fornecimento de energia; e a população, que paga por uma energia mais cara e que não tem ainda a devida garantia de disponibilidade. Em face deste contexto, apresenta-se um Modelo para Garantia da Disponibilidade de Turbinas Eólicas, fundamentado na organização e sistematização do conhecimento, e estruturado em técnicas para prover ações de manutenção. Pretende-se que as soluções desenvolvidas contribuam para adequar a quantidade de energia produzida ao nível da estimada nos diversos parques eólicos já em funcionamento no Brasil. Com o intuito de facilitar e viabilizar a aplicação do modelo proposto, foi desenvolvida uma ferramenta computacional denominada MADE. Tanto o modelo, quanto o software, passaram por um processo de validação, junto a profissionais do setor eólico e da área de metodologia e sistematização, a fim de autenticar sua aplicabilidade e resposta ao problema. Os resultados obtidos indicam que a solução proposta é, de fato, um caminho para suportar a gestão de manutenção com vistas à garantia de disponibilidade dos parques eólicos em operação.<br> / Abstract : The demand for clean renewable energy sources is a worldwide phenomenon. Brazil follows this trend and since 2009 has encouraged the growth of these forms of energy generation. Particularly wind power draws attention due the fast expansion in the country. In the other hand, this same market has shown results that must be properly analyzed. Studies of wind farms in operation in Brazil show that many of these parks are producing below the expectations: a problem that affects the owner of the park in terms of revenue; the government, in terms of strategic planning and energy supply; and the people who pay for a more expensive energy and that does not present the due availability guarantee. Given this context, one presents a Model for Availability Guarantee of Wind Turbines, based on the organization and systematization of knowledge, and structured techniques to provide maintenance actions. The solutions presented aims to contribute for the adequacy of the quantity of energy produced by the several wind farms already operating in Brazil. For the purpose of facilitate and make viable the implementation of the proposed model, a computational tool called MADE was developed. Both model and software went through a validation process with professionals of the wind sector and the methodology and systematization area in order to authenticate their applicability and response to the problem. The results indicate that the proposed solution is indeed one way to support the maintenance management to guarantee availability of farms in operation.

Resumo: As fontes de energia eólica são reconhecidas por nao emitir resíduos na atmosfera mas apresentam algumas outras questões ambientais que nao podem ser negligenciadas, possuem benefícios sociais e sao economicamente competitivas, o que indica um crescimento na aplicacão desta tecnologia. A previsão da capacidade energetica gerada em parques eolicos, sendo principalmente orientada a viabilidade de instalaçao de novos parques eolicos, gerenciamento de sistemas e planejamento de manutencães, e de interesse dos operadores do sistema e companhias de energia eletrica. O objetivo geral deste trabalho e levantar o desempenho da maquina de vetor suporte otimizada pela evolucao diferencial na identificação das series de ventos, para avaliar a viabilidade do uso destas tecnicas na previsão a curto prazo da geracao de energia eletrica proveniente destas fontes eolicas. A tecnica a ser aplicada neste trabalho, a máquina de vetor suporte à mínimos quadrados (LS-SVM, do ingles Least squares support vector machine). Uma vertente da maquina de vetor suporte original que substitui as inequações da teoria original por equacães, torna o metodo atrativo computacionalmente.Buscando um refinamento do processo de aprendizado, a evolucão diferencial e utilizado em conjunto ao de regressao. Sabendo que em sua essencia, otimizar e maximizar uma propriedade desejada do sistema enquanto simultaneamente minimiza uma característica indesejavel. O que sao estas propriedades e quao efetivamente podem ser melhoradas depende do problema em questao. Dentre diversas opcães existentes, dadas as características da otimizacao a ser realizada, optou-se por uma vertente da evolucao diferencial (ED) idealizada por Price e Storn, pesquisadores da Universidade de Berkeley, que a desenvolveram para ser um otimizador versátil, confiavel e eficiente. Esta vertente e dita alto adaptativa por otimiza seus proprios parâmetros durante as iterações da ED e e conhecida SADE, do ingles Self-adaptive Differential Evolution. Para a realizacão dos testes com os algoritmos foram utilizadas Series temporais de ventos reais, medidas pelo (Research Laboratory of Renewable Energy ,RERL) em três localidades distintas nos Estados Unidos da America. Neste contexto, as series adotadas foram as seguintes: Barnstable, Orleans e Paxton. Os testes apontam bons resultados para uma previsaão um passo a frente mas naão obteve um bom resultado para uma previsãao N passos a frente mas e mostrado que com alguns ajustes das entradas e uma melhor analise da correlação do erro esse algoritmo tem potencial para vir a ser aplicado na identificaçao e previsao de series de ventos. Alguns fatores devem ser observados quanto a identificacao de sistemas em geral, como o fato do modelo matematico ser sempre uma representaçcãao aproximada. Portanto não existe um modelo unico e ideal para um sistema e sim famílias de modelos com características e desempenhos variados.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-17Bitstream added on 2014-06-13T20:08:34Z : No. of bitstreams: 1 belini_l_dr_guara.pdf: 1356890 bytes, checksum: a21bcbee30093657a2c700bca66be37c (MD5) / Companhia Siderurgica de Tubarao / Sabe-se que um dos principais fatores (senão o maior) do aquecimento global e das mudanças climáticas é a utilização em larga escala de combustíveis fósseis na produção de energia. Esta tese tem como fundamento pensar as bases do desenvolvimento energético a partir da segurança no abastecimento energético e a segurança climática e propor alternativas quanto à adoção de energias limpas e renováveis no suprimento da demanda mundial. Por um lado, essas estão sendo sugestionadas para que possam reduzir as emissões de gases de efeito estufa e, por outro, para garantir o abastecimento energético frente ao seu avanço e à redução das fontes fósseis enquanto mantenedoras do atual sistema de produção e geração de energia. Para tanto, serão apontados modelos que estão sendo desenvolvidos e que podem instrumentalizar mudanças na atual estrutura energética. A ampliação no uso das energias renováveis e de programas de eficiência energética estão entre as propostas tecnicamente possíveis para alcançar tais objetivos. Portanto, dentre as propostas analisadas, este trabalho optou por estudar o modelo alemão de desenvolvimento de energia eólica e compará-lo com o modelo brasileiro. Buscou-se, também, estudar o atual estágio de desenvolvimento e uso dos biocombustíveis - em especial o etanol - brasileiro e compará-lo com o modelo alemão de produção do etanol e biodiesel. A escolha por essa estrutura de análise baseia-se na constatação que tais modelos, estruturados no desenvolvimento tecnológico e apoio político, ampliaram a contribuição para a redução das emissões de gases de efeito estufa e a segurança no abastecimento energético. A aceitação desses modelos sustenta-se no notório desenvolvimento alcançado quanto aos resultados de substituição das fontes fósseis em ambos os casos. As bases da pesquisa foram divididas entre o Brasil... / We know that one of the main factors (if It is not the largest) global warming and climate change is the large-scale use of fossil fuels in energy production. This thesis’s objective are to think the basis of energy development from the energy supply security, the climate security and propose alternatives regarding the adoption of clean and renewable energy in front of the global demand supplies. They have been suggested because can be alternatives for reducing emissions of greenhouse gases and one kind of guarantee for forward energy supplies progress, as well as for reduction of fossil fuels as the main current system of power production. To this end, we consider models that have been developed and that would help change the current energy structure. The increase in the use of renewable energy and energy efficiency programs are among the proposals technically possible to achieve such goals. Therefore, among the proposals considered, this thesis chose to study the German model of wind power development and compare it with the Brazilian model. We also sought to study the current stage of development and Brazilian biofuels uses - especially ethanol. We compared it with the German model of producing ethanol and biodiesel. The choice of this structure analysis is based on the finding that such models are structured in technological development and political support, increased the contribution to reducing emissions of greenhouse gases and energy supply security. The acceptance of these models is sustained in the notorious development reached on the results of replacing fossil fuels in both cases. The bases of the research were divided between Brazil and Germany. These were sustained in an intense bibliographical survey of the literature: books, academic papers and journals on environmental issues. Being a current and in constant update, we sought also the literature of journalism, follow... (Complete abstract click electronic access below)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologla, Departamento de Engenharia Mecanica, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-05-02T16:26:32Z No. of bitstreams: 1 2017_EduardoAkiraPinheiroUema.pdf: 6973768 bytes, checksum: c0f8cc95028518ae48a200126030a57d (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento (ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2017-05-02T17:50:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_EduardoAkiraPinheiroUema.pdf: 6973768 bytes, checksum: c0f8cc95028518ae48a200126030a57d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-02T17:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_EduardoAkiraPinheiroUema.pdf: 6973768 bytes, checksum: c0f8cc95028518ae48a200126030a57d (MD5) / Este trabalho apresenta a modelagem matemática de um sistema de transmissão eletromecânica típico de uma turbina eólica incorporando modelos de flutuações determinísticas de cisalhamento do vento (wind shear) e de sombreamento da torre (tower shadow) e de perfis estocásticos de velocidade do vento, utilizando as densidades espectrais de potência de Davenport e Kaimal. Num primeiro instante, apresenta-se a formulação matemática do modelo do sistema de transmissão utilizado que inclui rotor, caixa multiplicadora e gerador síncrono de ímãs permanentes. Posteriormente, apresenta-se a formulação de dois efeitos determinísticos, um de cisalhamento do vento e outro de sombreamento da torre. Acrescentam-se ainda os perfis estocásticos de velocidade do vento usando as densidades espectrais de potência supracitadas. É apresentada também uma análise paramétrica do modelo variando a velocidade do vento à altura do cubo e o raio do rotor da turbina. O fenômeno de oscilações 3p é observado em quase todos os parâmetros de saída do modelo. A presença da torre gera um perfil dente de serra nesses parâmetros que, quando combinado com a flutuação devido ao cisalhamento do vento, é suavizado. A corrente e tensão elétrica no sistema trifásico não apresentaram diferenças significativas. A introdução de perfis estocásticos de velocidade do vento apresentou variações no coeficiente de potência e na tensão elétrica no sistema trifásico gerada pelo modelo. / This work presents the mathematical modelling of an electromechanical transmission system most commonly found in wind turbines, incorporating models of deterministic fluctuations caused by the effects of wind shear and tower shadow, as well as stochastic effects useng Davenport’s and Kaimal’s power spectral densities. Initially, the mathematical formulation of the power train is presented, including the rotor, drivetrain and permanent magnet synchronous generator (PMSG). Additionally, the effects of both wind shear and tower shadow as well as the aforementioned power spectral densities are included afterwards. A parametric analysis is also presented, varying the wind speed at hub height and the radius of the rotor. The phenomenon characterised by the 3p oscillations is observed in almost all output parameters of the model. The presence of the tower generates a sawtooth wave in these parameters, which is smoothed when combined with the wind shear effect. The current and voltage in the three-phase system have not shown any significant change when considering the deterministic fluctuations alone. The introduction of stochastic wind velocities has caused variations in the power coefficient and the three-phase voltage of the transmission system.

A utilização de fontes de energias renováveis vem a cada dia se destacando como forma de suprir um mundo em constante desenvolvimento tecnológico e crescimento econômico. O crescimento de uma economia é sempre acompanhado por um aumento da demanda de energia, e em tempos de aquecimento global e consciência ecológica, a busca pelo maior uso de fontes de energia renováveis passa a ocupar uma posição de destaque. O fato de mais de 8 milhões de pessoas, ou 5,2% da população, ainda esperarem pela disponibilidade de energia elétrica no Brasil, deve levar ao estudo e desenvolvimento de alternativas que preencham essa lacuna, e proporcionem uma maior qualidade de vida. Programas de incentivo criados pelo governo, como LUZ PARA TODOS, e o PRODEEM, e o potencial apontado pela energia dos ventos no Brasil, motivaram um estudo sobre como a reservação de energia hidráulica poderia afetar o uso da energia eólica em sistemas isolados. Este trabalho teve por objetivo estudar a influência das diversas variáveis presentes em um sistema de reservação de energia hidráulica, visando explorar o uso da energia eólica, e garantir o atendimento da crescente demanda energética. Através de simulações numéricas, utilizando o programa Visual Basic, variáveis como cotas entre reservatórios, proporção entre demanda e potências instaladas, e diferentes capacidades de reservatórios foram exploradas, e através do uso de reservatórios hidráulicos, foi possível elevar o atendimento de demandas em sistemas isolados de menos de 50% em sistemas convencionais, para 99,6% em sistemas com reservação hidráulica, e obter custos de energia próximos dos US$90/MWh. Estes dados situam o sistema de geração de energia eólica com reservação hidráulica em sistemas isolados dentro da faixa de atendimento e custos praticados atualmente, e abrem caminho para futuros estudos, avaliando diferentes regimes de ventos, ou aplicando a tecnologia de reservação hidráulica a outras fontes de energia renováveis, como a energia proveniente das ondas, por exemplo. / The use of renewable energy sources to supply a world in constant technological and economical development is a growing trend. A growing economy is always followed by an increased demand, and in a time of global warming and ecological awareness, the seeking for major renewable energy use takes a prominent position. In a continental country such as Brazil, the fact that 8 million people, or about 5.2% of population, are still waiting for electric energy, leads to the study and development of alternatives to fill this gap and to provide a better life quality. Incentive programs, by the Brazilian government, as LUZ PARA TODOS, and PRODEEM, and the great potential seen in the wind energy in Brazil, motivated a study about how pumped storage may affect the wind generation for isolated systems. The main goal of this work is to understand the influence of the several variables present on a pumped storage system, as a way to better use the wind energy, and to ensure the supply of the growing energy demand. Variables as vertical heads, demand to installed power ratio, and different reservoir capacities are studied, and by the use of hydraulic reservoirs, the feasibility of increasing the wind energy supply, from the 50% in conventional systems up to 99.6% on a pumped storage scheme, while obtaining energy costs around US$90/MWh, is demonstrated. These results place the pumped storage wind power within the expected supply reliability and energy cost levels actually practiced, and suggest future studies, evaluating different wind regimes, or applying the pumped storage technology to other renewable energy sources, such as ocean waves for example.