Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-09T15:37:16Z No. of bitstreams: 1 2017_WeslyJean.pdf: 5526673 bytes, checksum: 767ff8d97a23b06a67704044e5d525b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2017-05-16T14:36:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_WeslyJean.pdf: 5526673 bytes, checksum: 767ff8d97a23b06a67704044e5d525b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T14:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_WeslyJean.pdf: 5526673 bytes, checksum: 767ff8d97a23b06a67704044e5d525b2 (MD5) / A eletrificação das comunidades isoladas e/ou áreas rurais tem sido uma grande preocupação de muitos governos e instituições não governamentais nos últimos anos. As fontes renováveis de energia vêm sendo uma das alternativas mais promissoras utilizadas nas últimas décadas para enfrentar esse grande desafio. Este presente trabalho consiste em usar os recursos locais (solar e eólico) para projetar e simular um sistema híbrido de energia por meio do programa HOMER numa comunidade isolada no Haiti. A comunidade possui uma igreja, uma escola e algumas residências, portanto, o projeto deve atender as cargas elétricas de todas essas unidades. No trabalho foi feita análises de viabilidade econômica e técnica da implantação do projeto. É um projeto que pode entrar no programa “Banm limyè, banm lavi” do governo haitiano que tem por objetivo de levar energia elétrica para todas as comunidades do país. Primeiramente, foi feita uma revisão de literatura sobre os principais temas envolvendo o trabalho, onde foram descritas as relações entre energia e comunidades, energia e pobreza, energia e sustentabilidade, sistemas híbridos e ferramentas de simulação. Depois, foi feita a caracterização da comunidade, apresentando os seus aspectos geográficos, econômicos, populacional e climáticos, assim como, a sua caracterização energética. Em seguida, foi apresentado o estado da arte do programa em questão, com sua descrição geral, sua formulação energética e os principais recursos usados nesse trabalho. E por último foi realizado a simulação através da ferramenta computacional HOMER para determinar se o projeto é tecnicamente e financeiramente viável, neste, para fins de análises, foi comparado algumas configurações encontradas na simulação e que nesse trabalho são denominadas de configurações intensivas. Analisando os resultados, foi possível determinar qual foi a configuração intensiva que melhor atende a comunidade visando equilibrar os detalhes técnicos e econômicos. As conclusões mostraram que projetos de energias deste tipo podem contribuir para abastecer comunidades isoladas usando os recursos locais e assim, fazendo a inclusão social destas pessoas desprovidas das necessidades mais básicas. / The electrification of isolated communities and/or rural areas is a major concern of many governments and non-governmental institutions around the world. Recently, one of the most promising alternatives to meet this great challenge is the use of renewable energy sources. This work consists of using the local resources (solar and wind) to design and simulate a hybrid energy system through the HOMER program in an isolated Haitian community. This community has a church, a school and some residences, thus the project must meet the electric charges of all these entities. The economic and technical feasibility analyzes of the project implemented were made as part of this work. This research project could enter into the "Banm limyè, banm lavi" program of the Haitian government that aims to bring electricity to all communities in the country. Firstly, a literature review was carried out on the main themes involving the work, where the relations between energy and communities, energy and poverty, energy and sustainability, hybrid systems and simulation tools were described. Afterwards, the community was characterized by presenting its geographic, economic, population and climatic aspects, as well as its energy characterization. Next, the state of the art of the program in question was presented by underlining the general description, energetic formulation and the main resources used in this work. Finally, the simulation through the HOMER program was performed to determine if the project is technically and financially viable. For analysis purpose, we compared some of the configurations found in the simulation, which are called intensive configurations. The intensive configuration which well serves the community in order of balancing the technical and economic details was determined through the results analysing. This work shows that energy projects of this type can contribute to supply energy to the isolated communities using local resources and make the social development of these people devoid of the most basic needs.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-18T18:06:54Z No. of bitstreams: 1 2016_RaffaeldeQueirozAlmeida.pdf: 3539696 bytes, checksum: e6d1e5d75f8ac8743901deaccfbc3831 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-07-26T20:48:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_RaffaeldeQueirozAlmeida.pdf: 3539696 bytes, checksum: e6d1e5d75f8ac8743901deaccfbc3831 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T20:48:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_RaffaeldeQueirozAlmeida.pdf: 3539696 bytes, checksum: e6d1e5d75f8ac8743901deaccfbc3831 (MD5) Previous issue date: 2017-07-26 / O desenvolvimento e o crescimento na demanda por energia eólica fazem com que se desenvolvam cada vez mais pesquisas na área de otimização de potência de produção de turbinas eólicas. O presente trabalho mostra a estratégia de modelagem e controle para solucionar a imprecisão nas curvas de potência, causada por um problema de stall em turbinas operando em baixas rotações. A dissertação tem por objetivo fazer a modelagem dinâmica de uma turbina eólica em escala reduzida que está localizada dentro de um túnel de vento, utilizando a variação de uma resistência externa como sinal de entrada para funcionar como um freio eletrônico, além de realizar testes para a validação do modelo proposto. O problema de stall causa um salto em uma determinada zona de pontos de operação causando uma instabilidade no sistema, logo foi aplicado o método de linearização tangente para a correta identificação da zona de instabilidade do sistema e posteriormente foram aplicados no sistema um controlador PID e um controlador por planicidade diferencial. Os testes experimentais realizados com os controladores foram capazes de estabilizar a velocidade de rotação do sistema na zona de instabilidade, provando assim a eficácia da estratégia proposta para o freio eletrônico e assim comprovando que o presente estudo pode ser usado como uma referência na área de controle da velocidade de rotação de turbinas eólicas. / The development and growth in demand for wind energy keeps active research on the power optimization of production area of wind turbines. This work presents the modeling and control strategy to solve the instabilities in the power curves, caused by a stall problem in turbines operating at low speeds. The dissertation aims to make the dynamic modeling of a wind turbine on a reduced scale set up that is located inside a wind tunnel using the variation of an external resistor as an input signal to operate as an electronic brake, and perform tests for validation of the proposed model. The stall problem causes a jump in a certain area of operation points causing system instability, it was applied the method of linearization tangent to the correct identification of system instability zone and later applied to the system with a PID controller and a Flatness controller. The experimental tests performed with the controllers were able to stabilize the system the rotational speed of the unstable area, thus proving the effectiveness of the proposed strategy for the electronic brake and thus confirming that this study could be used as a reference in the control area the rotation speed of wind turbines.

Sistemas para a geração de eletricidade a partir de fontes renováveis de energia, com um mínimo impacto ambiental, apresentam uma contribuição energética cada vez mais significativa, sendo importante conhecer em detalhe o comportamento dos mesmos. A radiação solar e o vento podem se mostrar complementares, sendo interessante empregar uma combinação eólica e fotovoltaica em um sistema único. Os sistemas assim constituídos recebem o nome de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos e em algumas aplicações podem mostrar vantagens em relação aos sistemas singelos. Esta Tese tem por objetivo contribuir com o conhecimento sobre o comportamento de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos de pequeno porte. Para obter dados experimentais foi montado um protótipo no Laboratório de Energia Solar, constituído de um painel de 420 Wp e de um aerogerador de 400 W de potência nominal, sendo que para o acionamento do aerogerador foi instalado um túnel de vento. Para a observação do comportamento do sistema híbrido foi também montado um sistema de monitoramento, sendo analisadas na Tese as incertezas associadas às medições realizadas. O sistema de monitoramento forma parte de um sistema mais amplo, que permite também o controle da velocidade do vento no túnel de vento e a ativação automática de um conjunto de cargas resistivas para simular o perfil de consumo. A Tese discute os modelos matemáticos de todos os componentes do sistema, assim como as principais configurações que podem ser dadas aos sistemas híbridos. Foram realizadas várias experiências com o sistema híbrido que permitiram a coleta de informações sobre o comportamento dos componentes independentes e como um todo Essas informações, por sua vez, serviram de base para a validação de modelos matemáticos dos diversos componentes do sistema, que foram integrados em um programa computacional de simulação elaborado como parte desta Tese. Além dos resultados do funcionamento do sistema híbrido experimental, a Tese mostra os resultados do programa de simulação e faz uma estimativa da aplicação de sistemas híbridos semelhantes em localidades de Rio Grande do Sul, a partir da informação do Atlas Eólico do Estado.

A Formação Sergi é composta por uma espessa sucessão de depósitos fluviais, eólicos e lacustres relacionados à sedimentação jurássica pré-rifte da Depressão Afro- Brasileira. Com base em dados de subsuperfície (testemunhos e perfis), foram reconhecidas três unidades deposicionais na Formação Sergi no Campo de Fazenda Bálsamo, Bacia do Recôncavo. A Seqüência Ia interdigita-se com os pelitos do Membro Capianga e o seu limite inferior não foi determinado. Depósitos flúvio-lacustres e lençóis de areia eólicos sinalizam a franca progradação de sistemas fluviais distais, com pontuadas retrogradações lacustres e eventuais acumulações eólicas relacionadas a condições ambientais áridas e semi-áridas. A arquitetura tabular dos depósitos reproduz suaves gradientes de amplas áreas recortadas por fluxos estabelecidos em canais pouco estáveis e pobremente definidos. O seu registro relaciona-se a subidas do nível de base estratigráfico, em momentos que as taxas de suprimento sedimentar excederam as taxas de criação de espaço de acomodação, ou, de outro modo, pela progressiva redução nas taxas de subida do nível de base. A Seqüência Ib é constituída por associações de depósitos de fluxos fluviais efêmeros, lacustres e dunas, interdunas e lençóis de areia eólicos. O contato inferior é marcado por um consistente pacote eólico que denota um expressivo rebaixamento do nível de base estratigráfico, enquanto que o superior corresponde a uma superfície erosiva de caráter regional com a Seqüência II que lhe sobrepõe ou, quando da ausência desta, diretamente com os pelitos da Formação Itaparica, unidade litoestratigráfica imediata. Depósitos de dunas e interdunas eólicas na base do intervalo tiveram sua preservação assegurada pela subida do lençol freático, agente que também abasteceu corpos lacustres nas áreas topograficamente rebaixadas do campo de dunas. Seguida aos pontuais fluxos fluviais efêmeros desenvolvidos em canais rasos e pouco estáveis nas épocas mais úmidas, passavam-se longos períodos de rigor climático favoráveis aos processos eólicos. A dinâmica fluvial impôs à geometria deposicional da sucessão uma forma de corpos arenosos amalgamados, pacotes eólicos descontínuos e níveis pelíticos lenticulares. O modelo evolutivo estratigráfico para a Seqüência Ib é similar ao da Seqüência Ia, porém com variações na taxa de subida do nível de base estratigráfico ao longo do tempo. A Seqüência II ocupa a porção superior da Formação Sergi. Sua ocorrência é restrita na área de estudo se confrontada com outras partes da bacia, mas, nem por isso é destituída de importância. Suas características litológicas indicam continuidade dos processos deposicionais em sistemas fluviais de canais entrelaçados e baixa sinuosidade, supostamente associados a condições perenes e mais úmidas, com poucas evidências de variações extremas na descarga. Em resposta às baixas taxas de criação de espaço de acomodação, o registro sedimentar de uma complexa rede de canais multilaterais e multiepisódicos se manifesta em corpos arenosos amalgamados, com baixo potencial de preservação dos depósitos extracanais. A drástica mudança no estilo fluvial teria vínculo com severas mudanças climáticas, bem como a reorganização da drenagem em conseqüência de primitivas manifestações do tectonismo que atingiu seu auge no Eocretáceo, durante o rifteamento da bacia.

A energia solar e a energia eólica são fontes de energias renováveis com potencial inesgotável e que não liberam contaminantes ao meio ambiente. O uso destas energias em conjunto, explorando a sua complementaridade, pode viabilizar economicamente e permitir um uso confiável deste sistema, denominado sistema híbrido fotovoltaico-eólico, podendo ser um sistema autônomo de geração de energia elétrica. Dependendo das aplicações, o sistema híbrido fotovoltaico-eólico pode apresentar vantagens em comparação ao sistema que utiliza somente uma das fontes de energia solar ou eólica, dito singelo. A elaboração de mapas de complementaridade dos potenciais solar e eólico no Estado do Rio Grande do Sul, permitiria um melhor aproveitamento de sistemas híbridos fotovoltaico-eólico neste Estado do Brasil. O uso desses mapas é de grande valia para a identificação de potenciais locais geográficos para o emprego de sistemas híbridos fotovoltaico-eólico no Estado do Rio Grande do Sul. Através de uma pesquisa dos dados existentes e dos métodos utilizados para estimar a radiação solar e a velocidade dos ventos, obtiveram-se valores das médias trimestrais correspondentes às quatro estações do ano (verão, outono, inverno e primavera) e a média anual, que possibilitaram a elaboração dos mapas de complementaridade dos potenciais solar e eólico para serem utilizados em sistemas híbridos fotovoltaico-eólico no Estado do Rio Grande do Sul para estes períodos. A metodologia utilizada para a obtenção dos dados de mapas da velocidade dos ventos a 10 metros de altura no Estado do Rio Grande do Sul fez uso de um programa de leitura de mapas de velocidade do vento a 50 metros de altura e de rugosidade e, após foi feita a correção para obtenção da velocidade do vento a 10 metros de altura. Os dados referentes à radiação solar horizontal também sofreram uma correção da inclinação, para a obtenção da radiação incidente em uma superfície inclinada, de forma a obter-se o melhor rendimento do módulo fotovoltaico. A conclusão obtida é que existem regiões no Estado do Rio Grande do Sul que apresentam um potencial energético fotovoltaico-eólico que viabilizariam o uso dos sistemas híbridos fotovoltaico-eólico, possibilitando uma opção a mais para o uso de energias alternativas.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-03-15T18:50:35Z No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaSantoroGonçalvesPena.pdf: 7785177 bytes, checksum: 19c31a231e1c525d812b241b55bf980b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-03-17T18:24:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaSantoroGonçalvesPena.pdf: 7785177 bytes, checksum: 19c31a231e1c525d812b241b55bf980b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T18:24:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaSantoroGonçalvesPena.pdf: 7785177 bytes, checksum: 19c31a231e1c525d812b241b55bf980b (MD5) / Convencionalmente, a estimação do conteúdo harmônico e inter-harmônico dos sinais de tensão e corrente, é baseada no uso da Transformada Discreta de Fourier (ou DFT, do inglês Discrete Fourier Transform). Entretanto, o aumento da participação da geração eólica na matriz energética mundial justifica a execução de estudos que avaliem a adequação dos atuais procedimentos de medição das emissões dos mencionados fenômenos. As recomendações tradicionais são baseadas nos padrões IEC 61000-4-7 e IEC 61000-4-30, que, dentre outros aspectos, estabelece que o processamento dos sinais se dê por meio do emprego da DFT com uma janela de tempo retangular de 12 ciclos de 60 Hz e com um período de medição de pelo menos 7 dias. Porém, em sistemas eólicos, é esperada a ocorrência de harmônicas e de inter-harmônicas com variação temporal, o que pode tornar a estimação das componentes espectrais via DFT imprecisa e/ou o período de monitoração de 7 dias inapropriado. Posto isso, este trabalho visa apresentar uma metodologia de análise voltada para a identificação do tamanho da janela de tempo e do período de medição mínimo para o monitoramento das emissões harmônicas e inter-harmônicas no contexto da geração eólica. Para tal, realiza-se uma avaliação comparativa entre uma metodologia de medição oriunda da combinação do Método de Prony com o Filtro de Kalman e uma segunda fundamentada na DFT. Em seguida, utilizando-se ferramentas estatísticas, propõe-se um período mínimo de medição das distorções. A aplicação desta metodologia em sinais reais de tensão oriundos de uma usina eólica evidencia a necessidade de um intervalo de monitoramento mínimo de 3 dias e o uso de uma janela de tempo retangular de 15 ciclos de 60 Hz. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Conventionally, the estimation of harmonic and inter-harmonic contents of voltage and current signals is based on the use of the Discrete Fourier Transform (DFT). However, the increase of the participation of wind power generation in the global energy matrix justifies the carrying out of studies which evaluate the adequacy of the current procedures for measuring emissions of the mentioned phenomena. The traditional recommendations are based on the IEC 61000-4-7 and IEC 61000-4-30 standards, which, among other aspects, establishes that the processing of the signals is given through the use of the DFT with a 60 Hz rectangular time window of 12 cycles and a measuring period of at least 7 days. However, in wind power systems, the occurrence of harmonic and inter-harmonic with time variation, which can render the estimation of the spectral components by the DFT inaccurate and/or the monitoring period of 7 days inappropriate is expected. With that said, this study aims to present a methodology focused on identifying the size of the time window and of the minimum measurement period for monitoring the harmonic and inter-harmonic emissions in the context of wind power generation. For such, a comparative evaluation between a measurement methodology derived from the combination of the Prony method with the Kalman filter and a second based on the DFT is carried out. Then, using statistical tools, a minimum period for measuring distortions is proposed. The application of this methodology in real voltage signals originating from a wind power plant shows the need for a minimum measurement interval of 3 days and the use of a 60 Hz rectangular time window of 15 cycles.

Orientador: Agnelo Marotta Cassula / Coorientador: Jose Luz Silveira / Banca: Edson Costa Bortoni / Banca: Celso Eduardo Tuna / Resumo: Sistemas autônomos baseados em energias renováveis se apresentam como uma solução alternativa aos problemas de eletrificação em regiões afastadas da rede elétrica. O abastecimento de energia de forma autônoma se refere ao fornecimento de eletricidade de forma independente da rede de distribuição interligada. Dentre as fontes renováveis a solar fotovoltaica e a eólica, além de possuírem vantagens que as tornam adequadas a diversos tipos de aplicações, podem ser ainda utilizadas de forma conjunta, com ou sem a presença de outras fontes, constituindo o que se conhece por sistemas híbridos de geração de energia. Em este trabalho se propõe uma metodologia diferente para avaliar o desempenho de um Sistema Híbrido de Geração de Energia (SHGE) solar-eólico-diesel considerando variações probabilísticas da carga e dos recursos renováveis. Foi desenvolvido um algoritmo que simula o funcionamento típico do sistema utilizando uma base de tempo de uma hora e, de um intervalo para outro, se consideram variações estocásticas da carga e dos recursos renováveis (vento, radiação solar e temperatura). Em ambos os casos, a aleatoriedade da ocorrência dos eventos é modelada com base no método de Simulação de Monte Carlo seqüencial. A metodologia desenvolvida para a avaliação do SHGE foi aplicada em um estudo de caso como dados reais para os recursos renováveis e para a demanda, em um local pré-selecionado, para duas configurações de sistema híbrido, SGHE solar-eólico-diesel e SHGE solar-eólico. O método de simulação proposto mostrou-se como uma ferramenta interessante para tomada a de decisões e para a ponderação de possíveis cenários de funcionamento. A apresentação dos resultados em forma de histograma permitiu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Off-grid power systems based on renewable energy resources are presented as an alternative solution for electrification problems in remote isolated areas. Off-grid power generation refers to the electricity supply, regardless of the energy distribution network. Among the renewable energy sources available nowadays, the solar photovoltaic and the wind power not only have the advantages that make them suitable for various types of applications, but also can be used jointly with or without the presence of other sources, constituting what is known as hybrid power generation systems. This work proposes a different methodology to evaluate the performance of a solar-wind-diesel Hybrid Power Generation System (HPGS) considering probabilistic variations of load and renewable resources. An algorithm that simulates the typical operation of the system was developed using a periodically time lapse of an hour. Load and renewable resources (wind, solar radiation and temperature) stochastic variations are considered and analyzed hourly. In both cases, the event occurrence randomness is modeled using the Sequential Monte Carlo simulation method. The proposed methodology for assessing the performance of a HPGS was applied to a case study using actual data for the renewable resources and the load, in a pre-selected location. Two different hybrid system configurations were evaluated, a solar-wind-diesel HPGS and a solar-wind HPGS. The performance evaluation method proved to be an interesting tool for decision making and for pondering possible operating scenarios. The results presentation as histogram graphics allowed estimating the probability occurrence of unusual possible scenarios. The application of the proposed methodology in this work presented satisfactory results. For both... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Nazem Nascimento / Banca: João Andrade de Carvalho Junior / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Harald Martin Hoffmann / Banca: Douglas Lauria / Resumo: 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... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 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) / Doutor

Orientador : Prof. Dr. Alexandre Kolodynskie Guetter / Coorientador : Prof. Dr. Fernando Oliveira Andrade / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 04/04/2017 / Inclui referências : f.91-97 / Resumo: A energia eólica cresceu significativamente, porém a eficiência de geração da fonte eólica gira em torno de 30% da energia cinética disponível no vento. Por este motivo é de extrema importância que estudos sejam elaborados afim de aumentar a eficiência na geração de energia. Este estudo visa investigar odesempenho da geração de energia eólica em dois parques eólicos situadosna América do Norte, através da investigação dos dados de vento e modelagem da esteira turbulenta. Os dados analisados são provenientes da turbina, SCADA, e dados coletados pelo LiDAR. A partir das análises dos dados de vento foram estimados parâmetros como tensão de cisalhamento do vento, rosa dos ventos, perfil de velocidade do vento e intensidade de turbulência. Portanto, aumentando a intensidade de turbulência, a energia gerada é superestimada em moderadas velocidades do vento e subestimada em altas velocidades do vento. Enquanto isso, os coeficientes de cisalhamento do vento variaram entre 0 e 0.2 para altas velocidades. Além disso, coeficientes de cisalhamento com valores elevados, perto de 0.4, foram encontrados em baixas velocidades do vento. Este trabalho visou também comparar modelos de esteira turbulenta de PARK (Jensen), Frandsen, Larsen and Eddy Viscosity (Ainslie) com resultados obtidos pelo LiDAR, além disso foi realizado uma simulação numérica da esteira turbulenta utilizando Fluent CFD com as equações médias de Reynolds (RANS) que resolvem o modelos de duas equações diferenciais para obter a viscosidade turbulenta. A turbulência foi fechada pelo modelo ?????, sendo o modelo de esteira turbulenta desenvolvido para uma única turbina num terreno plano. O modelo de PARK obteve os melhores resultados para linha de centro longitudinal em relação as velocidades de 6 a 8 ms-1. Entretanto, para velocidade de 9 a 12 ms-1 , o modelo de EDDY VISCOSITY apresentou o melhor desempenho. As análises de seção transversal apresentaram o modelo de PARK como melhor resultado para 500 m. Enquanto isso, para 700 m de seção transversal, o melhor desempenho foi obtido pelo modelo de LARSEN. Palavras-chave: Energia Eólica, Modelo de Esteira Turbulenta, LiDAR, Análises do Vento. / Abstract: Wind power has gained significant share in the global power production. However, the wind power output efficiency is only about 30% of the wind kinetic energy. Because of that, it is essential to study the efficiency of these power generation systems by assessing the effects that wind parameters and wakes will have on the whole system. Hence, a complete assessment of wind resources is crucial to retain full advantage of wind power. This study aims to investigate the efficiency of wind energy generation in two North American Wind Farms, through wind data investigation and wake modeling. The data analyzed are the SCADA data and the data collected by LiDAR measurements. The wind data analysis has estimated parameters as wind shear, wind rose, wind speed profile and turbulence intensity. Therefore increasing turbulence intensity the power output is overestimated at moderate wind speeds and underestimated at higher wind speeds. Meanwhile, the wind shear coefficients were found to vary between 0 and 0.2 at higher inflow velocities. High wind shear values, close to 0.4, were recorded for lower inflow velocities. The goal of the wake models is to simulate the turbine induced wind speed deficits and the ratio of restoration to the free stream velocity. This work has compared the PARK (Jensen), Frandsen, Larsen and Eddy Viscosity (Ainslie) models with LiDAR wake measurements, besides that it has performed a numerical simulation of the wind turbine wake using the Fluent CFD with the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) equations that solves two differential equation model to obtain turbulent viscosity. The turbulence was closed by the ????? model, where the wake modeling has been developed for a single turbine on a flat terrain. In terms of centerline wake analysis, the PARK wake model yielded the best velocity simulations for inflow winds from 6 to 8 ms-1. However, the EDDY VISCOSITY wake model yielded the best performance for wind speed bins from 9 to 12 ms-1. The cross section wake analysis presented for the 500 m cross section, the domination by the PARK model. Meanwhile, along the 700 m cross section, the LARSEN wake model produced the best simulations. Key-words: Wind Power, Wake Modeling, LiDAR, Wind Analysis.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-28Bitstream added on 2014-06-13T19:28:01Z : No. of bitstreams: 1 ugazpena_jc_me_ilha.pdf: 1313528 bytes, checksum: cf937a97b0176d9fd8659ab572e66915 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente estudo propõe a utilização do conversor integrado Buck-Boost monofásico no aproveitamento da energia proveniente de pequenos geradores eólicos, considerando-se o atual crescimento da utilização em pequena escala de potência das fontes de energia alternativas, o que motiva o desenvolvimento de novas e eficientes tecnologias para os sistemas de conversão. Tipicamente, os sistemas de conversão de energia eólica, em baixas potências, disponibilizam tensões contínuas de saída na faixa de 12 V até 48 V (valores médios), por outro lado, a grande maioria das cargas de uso domiciliar necessitam de tensão alternada com valores eficazes entre 110 V a 240 V. Isto leva à necessidade da utilização de conversores CC-CA, denominados de inversores. As estruturas inversoras tradicionais fornecem tensões alternadas cujo valor de pico está limitado ao valor máximo da tensão de entrada, o que leva à necessidade de incluir um estágio elevador adicional ao sistema de conversão de energia eólica, antes de realizar a conversão CC-CA, resultando em redução do rendimento, aumento de peso e volume. O inversor integrado apresentado neste trabalho realiza, em uma única estrutura, as funções de elevação e redução da tensão, próprias do conversor Buck-Boost CC-CC, e a função de conversão de tensão contínua em alternada, garantindo uma baixa distorção harmônica para a tensão de saída e um rendimento elevado. Porém, as características dinâmicas são as correspondentes às do conversor Buck-Boost CC-CC, o que significa a presença de um zero no semi-plano positivo, com a conseqüente limitação no projeto dos controladores. Para resolver esta situação, adotou-se como estratégia o controle em modo corrente por valores médios instantâneos. Um requisito para a realização desta estratégia... / This work proposes the utilization of the single-phase integrated Buck-Boost inverter in small wind energy conversion systems, considering the constant increase use of low power renewable and alternative energy systems in the last decade. This fact has been encouraging the development of new and more efficient technologies for these conversion systems. Typically, small wind energy conversion systems supply DC voltages within 12 to 48 Volts (mean values). However, the most of the domestic loads require AC voltage to operate (with rms values within 110 to 240 V) and it is necessary to use DC-AC converters (known as inverters). Traditional inverters supply AC voltage with peak values that are lower than the peak value of the input DC voltage, then an extra boost input stage is required before the DC- AC conversion, resulting in additional losses and reduced efficiency, greater size and weight. The proposed inverter is able to reduce and boost the DC input voltage (as an buck- boost converter) and also to make the DC-AC conversion with low harmonics and high efficiency, all in a single stage. However, dynamics are the same of the DC-DC buck-boost converter; this means a right half-plane zero which limits the compensator performance. To overcome this limitation, the used control strategy is the current programming mode. In order to obtain a linear equivalent model (required for this control strategy) the converter is modeled by the state averaging method. Furthermore, as buck-boost is an inductive accumulation converter, the resulting topology is a current source inverter. Thus, reverse blocking capability is required for the transistors at the inverter bridge. Two alternatives were considered to implement the inverter bridge: IGBTs with reverse blocking capability (RB- IGBTs) and the series association of diode and... (Complete abstract click electronic access below)