A recém-adquirida competitividade pela energia eólica frente a outras fontes alternativas e, até mesmo, convencionais tem sido comemorada pelo setor de energia elétrica. No entanto, a base para essa comparação leva em conta apenas os parâmetros dos investimentos do parque viabilizado, não sendo considerados outros fatores inerentes à inserção da fonte na matriz, como, por exemplo, o aumento do risco ao sistema, investimento necessário à ampliação da Rede Básica para escoamento da energia para o centro de carga e os custos com redespacho de geração, reserva girante e controles do sistema. O maior potencial está concentrado no Nordeste e o maior centro de carga no Sudeste, assim, em caso de exploração intensiva do potencial da fonte, será necessário passar por grandes investimentos em reforços e ampliações da rede básica. A partir desse panorama, busca-se realizar as primeiras análises de sensibilidade sobre a eficiência econômica dos parques eólicos instalados no Nordeste e, ao mesmo tempo, analisar as condições de atendimento da ponta. / The newfound competitiveness in wind power compared to other alternative and even conventional energy sources has been celebrated by the electric power sector. However, the basis for this comparison takes into account only the parameters of the Capex, not considering other factors inherent in the insertion of the source in the array, for example, increase the risk to the system, expansion of the investment necessary for Basic network for transport of energy to the load center and the cost of redispatch generation, spinning reserve, and system controls. The greatest potential is concentrated in the Northeast and the largest load hub in the Southeast, so, in case of intensive exploitation of the potential of the source, large investments in reinforcements and expansions of the grid will be necessary. From this overview, we attempt the firsts sensitivity analysis on the economic efficiency of wind farms in the Northeast and the load peak supply conditions.

Este trabalho investiga o comportamento transitório da topologia de turbina eólica baseada em Doubly Fed Induction Generator (DFIG) ao simular faltas nos terminais do estator e rotor da máquina. Um modelo DFIG foi simulado no software Matlab/Simulink utilizando uma fonte de tensão com equivalente de Thévenin para simular a rede elétrica, um transformador de interface, uma máquina de indução de 2,0MVA e conversores fonte de tensão de dois níveis VSC conectados na topologia back-to-back. O controle dos conversores foi concebido a partir da estratégia de controle vetorial utilizando controladores PI projetados a partir do Método Ótimo Simétrico. A proteção crowbar e proteção de corrente dos conversores também foram implementados na simulação e depois validados para simular o comportamento aproximado do sistema DFIG real e, assim, verificar o comportamento transitório do DFIG no momento de faltas monofásicas, bifásicas e trifásicas nos terminais da máquina. Essa pesquisa possibilitou analisar o transitório eletromagnético a partir de gráficos de grandezas coletadas em vários pontos do sistema no momento dos disturbios, permitindo mostrar a influência do conversor back-to-back no comportamento do sistema, além de proporcionar uma base teórica do modelamento dinâmico, detalhar o projeto de controle do conversor back-to-back e projetar duas das principais proteções do sistema DFIG. Para isso, foi simulado seis casos de falta nos terminais da máquina, coletado gráficos e feito análises detalhadas do comportamento de nove grandezas distintas. Este trabalho proporciona uma base teórica do modelamento dinâmico, detalhamento do projeto de controle do conversor back-to-back, projeto de duas das principais proteções do sistema DFIG e análise do comportamento dinâmico do sistema máquina-conversores no momento de distúrbios. / This work investigates the behavior of the topology of the wind turbine based on Doubly Fed Induction Generator (DFIG) when simulating faults in the stator and rotor machine terminations. A DFIG model was simulated in the Matlab / Simulink software using a Thevenin voltage source equivalent to simulate an electrical network, an interface transformer, a 2,0MVA induction machine and two-level VSC voltage source converters connected in the back-to-back topology. The converter\'s control was conceived from the vector control strategy using PI controllers tuned with Symmetric Optimum Method. The crowbar protection and current protection of the inverters were also implemented in the simulation and then validated to simulate the approximate behavior of the real DFIG system and then to verify the transient behavior of the DFIG at the moment of singlephase, two-phase and three-phase faults at the machine terminals. This research makes it possible to analyze the electromagnetic transient from graphs of quantities collected at various points of the system at the time of the disturbances, allowing to show the influence of the back-to-back converter on the behavior of the system, in addition to a theoretical basis of dynamic modeling, detailing the control design of the back-to-back converter and designing two of the main DFIG system protections. For this, six fault cases were simulated at the machine terminals, collected graphs and performed detailed analyzes of the behavior of nine different quantities. This work provides a theoretical basis for dynamic modeling, detailing the control design of the back-to-back converter, designing two of the main protections of the DFIG system and analyzing the dynamic behavior of the machine-converter system at the time of disturbances. The objective of this investigation is to discover information still scarce in the literature about the transient behavior of the DFIG topology, including the generating unit, CC link and converters at the moment of internal faults to the system.

O setor de micro e minigeração de energia elétrica encontra-se num estágio inicial de desenvolvimento no Brasil que pode ser considerado aquém de suas potencialidades em contraste com os recursos energéticos renováveis do país, passados três anos do estabelecimento dos primeiros incentivos de órgãos públicos e privados e da promulgação de regulações específicas voltadas para o setor, indicando uma possível conjuntura atual insuficiente para um crescimento mais consistente e dinâmico. Com tal problemática em vista, a presente dissertação tem como objetivo contribuir no desenvolvimento do setor nacional de micro e minigeração eólica e solar, tecnologias com maior potencial de instalação, apresentando propostas de ações que podem solucionar questões econômicas, técnicas e regulatórias que possivelmente estão dificultando o alcance de um maior equilíbrio de interesses entre os principais agentes envolvidos nesta atividade econômica, ou seja, potenciais usuários, concessionárias de energia, fabricantes e órgãos do governo, aumentando a atratividade e dinamizando os negócios no setor, com benefícios diretamente estendidos ao desenvolvimento do país como um todo. A construção das propostas teve como base o estudo da atual conjuntura e a identificação de possíveis barreiras existentes ao desenvolvimento da micro e minigeração de energia elétrica no Brasil através de análise crítica e mensurável da atual maturidade do setor, isto é, do atual estágio de desenvolvimento e da margem de evolução possível nos aspectos mais relevantes para esta atividade, ou seja, regulações, incentivos, capacidade tecnológica e capacitação profissional. Além disso, observou-se que grande parte dos brasileiros desconhece o tema, porém, depois que cientes do assunto, o percebem como relevante e demonstram disposição significativa para adotar tais sistemas de geração renovável em suas unidades consumidoras. Por fim, avaliou-se que caso ao menos parte das ações descritas nas propostas forem efetivamente implantadas, a perspectiva é que haja uma evolução no ambiente técnico e econômico do setor no país, tornando-o favorável ao desenvolvimento da atividade de micro e minigeração de energia. Espera-se que as propostas apresentadas nesta dissertação possam ser utilizadas como base para trabalhos futuros de instituições governamentais e privadas, fabricantes, centros de pesquisas, universidades e demais interessados no assunto para serem validadas, aperfeiçoadas e detalhadas para um possível estabelecimento no país. Assim, o trabalho apresenta que se houver desenvolvimento de ambiente favorável, o Brasil desponta como país com alto potencial no mercado de micro e minigeração de energia elétrica e que há possibilidades de ações governamentais e privadas, passíveis de discussões e estudos, para fomentar este ambiente. / The micro and mini electricity power generation sector is at an early stage of development in Brazil that can be considered below of its potential in contrast to the country renewable energy resources, three years after the establishment of the first public and private incentives and the enacting of specific regulations for the sector, indicating a possible insufficient conjuncture for a more consistent and dynamic growth. Considering this problematic, the purpose of this work is to contribute to the development of national micro and minigeneration industry by wind and solar photovoltaic resources, technologies with greatest potential for being installed currently, presenting action proposals that can solve economic, technical and regulatory issues that possibly are hampering the achievement of a better interests balance between the major players involved in this economic activity, i.e., potential users, distribution companies, manufacturers and government agencies, increasing attractiveness and boosting business in this sector, with benefits directly extended to the environment and to the development of the country as a whole. The construction of the proposals was based on the study of the current situation and identifying possible existing barriers to Brazil micro and minigeneration development through a critical and measurable analysis of the current sector maturity, in other words, the current stage of development and the margin of possible evolution on the most relevant aspects of this activity, i.e., regulations, incentives, technological capacity and workers professional training. Furthermore, it was observed that most Brazilians are not familiarized with this subject, but after aware, they perceive it as relevant and demonstrate significant willingness to adopt such renewable generation systems in their consumer units. Finally, it was evaluated that if at least some of the actions described in the proposals are effectively implemented, the perspective is for a technical and economic environment progress, making it favorable for a micro and minigeneration energy activity development. It is expected that the proposals presented in this thesis can be used as a basis for future works of government and private institutions, manufacturers, research centers, universities and others interested in the subject to validate, improve and detail them for a possible establishment in the country. As a result, the thesis presents that if a favorable environment is developed, Brazil can stand out as a country with high potential in the micro and minigeneration electricity market and that there are possibilities of government and private actions, likely to discussions and studies, to foster this environment.

O presente trabalho busca contribuir com a expansão do desenvolvimento tecnológico e científico na geração de energia elétrica da modalidade eólica. O trabalho apresenta em detalhes as principais considerações e carregamentos em como proceder as análises para o dimensionamento de uma torre cônica tubular metálica para um gerador eólico de 100 kW. São considerados os aspectos de vibrações mecânicas e de análise estrutural estática, tanto da estrutura global como a análise detalhada das juntas parafusadas pré-tensionadas. O trabalho se justifica pela necessidade de redução de custo e pelo desenvolvimento de estruturas mais eficientes para as diversas regiões do país que possuem diferentes potenciais energéticos para geração de energia eólica.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho aerodinâmico de geradores eólicos em escala reduzida. Inicialmente é desenvolvido o projeto do rotor eólico com base na aplicação da Teoria de Elemento de Pá, onde são definidas as dimensões características com base na velocidade nominal e a razão de velocidade na ponta da pá. Para o calculo do escoamento é gerado um domínio periódico representando apenas uma pá. A discretização do domínio computacional foi realizada com uma malha hibrida com camadas prismáticas na parede da pá. Para a obtenção da solução numérica 3D é utilizado o software CFX. Resultados como: potencia de eixo, torque, e coeficiente de potencia tanto do modelo como do protótipo foram reportados. Finalmente foi avaliado o desempenho do protótipo e do modelo, com a presença de pequenas diferenças que deram origem à determinação de uma função de transposição mediante a utilização do ajuste de curvas no software Matlab, com a qual é possível obter correlações entre protótipo e modelo em situações de Reynolds diferentes. Esta contribuição permitira auxiliar no projeto de rotores eólicos na determinação do coeficiente de potencia. Entre tanto, esta lei de transposição devera ser validada experimentalmente.

Nos recentes leilões de energia realizados no setor elétrico brasileiro, a energia térmica foi uma das principais vencedoras. Este trabalho avalia a possibilidade de reversão desta tendência, mantendo a trajetória anterior de uma matriz limpa e renovável. A maior parte da eletricidade brasileira tem sido proveniente de hidrelétricas. O plano energético oficial, com horizonte de 2030, elaborado para o Governo pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) dá ênfase à geração térmica, à gás natural, carvão e nuclear, como alternativa de complementação à geração hídrica. Neste estudo, em contraponto à proposta oficial, a geração eólica é analisada como opção de complementação, ao invés da energia térmica. A curva de aprendizado da tecnologia eólica, no Brasil e no mundo, é investigada e seu resultado evidencia o potencial de competitividade quando comparada a outras fontes, como térmicas nucleares, a gás e a carvão. A substituição do parque de expansão térmica pela eólica é simulada mediante a análise comparativa dos custos de capital, combustível, operação e manutenção, considerando a curva de aprendizado potencial. Os resultados da simulação, em termos de custo a valor presente das alternativas, indicam que a geração eólica pode se tornar atrativa, tendo como atrativo adicional a redução da emissão de gases de efeito estufa. Dificuldades e barreiras para a penetração da geração da energia eólica são avaliadas. Também é analisada a possibilidade do atendimento da demanda de energia no Brasil no contexto do cenário da estabilização populacional e do consumo, na década de 2040, mediante oferta de energia renovável, substancialmente hidro-eólica. / In the recent energy auctions held in the Brazilian electric sector, thermal power plants were the major winners. This study evaluates the possibility of reversing such trend, maintaining the previous path of a clean and renewable energy mix. Most of Brazil\'s electricity has been generated by hydropower. However the official energy plan, with the horizon of 2030, prepared for the Government by the Energy Research Company (EPE) gives emphasis to the thermal generation to natural gas, coal and nuclear energy as an alternative to hydropower generation complementation. In this study, in contrast to the official proposal, wind generation is considered as an option to complement, rather than the thermal energy. The learning curve of wind technology in Brazil and worldwide, is investigated and its result shows the potential of competitiveness compared to other sources such as nuclear thermal, gas and coal. The replacement of thermal based expansion by the wind is simulated, by a comparative analysis of capital costs, fuel, operation and maintenance, considering the potential learning. The simulation results in terms of present value cost of the alternatives indicate that wind generation can become attractive, with the added benefit of reduction in emission of greenhouse gases. Difficulties and barriers to the penetration of wind power generation are evaluated. The possibility of meeting the demand for energy in Brazil in the context of the scenario population and energy demand stabilization, in the 2040s, through renewable and sustainable energy sources, substantially hydro and wind, is also assessed.

En la actualidad el Perú se encuentra en un proceso de transformación debido al crecimiento económico que se está viviendo, el cual va acompañado de una creciente demanda de energía a consecuencia de que diversas plantas industriales se han consolidado, razón por la cual se están tomando en cuenta otras fuentes de energía alternativas, tales como las fuentes de energía renovable, más concretamente la energía producida por aerogeneradores y celdas fotovoltaicas para complementar esta demanda. En los últimos años la energía eólica y solar ha experimentado un desarrollo tecnológico considerable y han incrementado su competitividad en términos económicos en relación con otras fuentes de energía. La fuerza del viento se aprovecha a través de aerogeneradores que generan energía eléctrica, para tener grandes potencias instaladas, estos se agrupan en los denominados “Parques eólicos”. Por otro lado, la energía fotovoltaica emplea la luz proveniente del sol a través de celdas fotovoltaicas para producir electricidad. En la actualidad, los países que conforman la Unión Europea lideran en cuanto a la explotación y uso de la energía eólica y solar, seguidos de China, Estados Unidos y Alemania. En América Latina, el país en donde más se está desarrollando estas fuentes renovables de energía es Brasil debido a la sólida infraestructura industrial y una adecuada red eléctrica, así como una creciente demanda energética. Los parques eólicos y los sistemas fotovoltaicos son instalados en lugares en donde se den las mejores condiciones de viento e irradiación solar y que además estén alejados de los sistemas eléctricos convencionales, que justifican los costos de instalación de estos sistemas. Por lo cual se hace necesario un previo análisis acerca de las condiciones meteorológicas más importantes, tales como la velocidad del viento y la irradiación solar. Esto permitirá tomar mejores decisiones acerca de una posible instalación de uno o ambos sistemas antes mencionados A partir del registro histórico de las variables meteorológicas se puede decidir posibles lugares de instalación, por tanto evitar pérdidas económicas por instalaciones de sistemas inadecuados debido a la falta de un análisis previo. / Tesis

El uso de energías renovables en cualquier lugar de nuestro país requiere tener información actualizada sobre las características y operación de las alternativas de equipos que se pueden instalar. También es muy importante el conocer si existe o no recurso disponible en el lugar donde se planea realizar la instalación Actualmente en nuestro país sólo existen datos confiables respecto del recurso solar, tal vez este hecho ha influido en que la energía solar sea la que más aceptación tenga en nuestro medio, sin embargo existe también energía del viento que puede y debe ser aprovechada. En este trabajo se realiza un estudio de las características de salida de energía que tendría un sistema híbrido (solar–eólico) en la localidad de Ilo. Se escoge este lugar debido a que se cuenta con datos precisos de viento (velocidad y dirección) proporcionados por la Municipalidad Provincial de Ilo, asimismo se tienen disponible los datos de radiación solar y con ello es posible realizar un estudio preciso sobre la salida de energía del sistema. Para lograr esto se desarrolla en los primeros capítulos la metodología que permite hacer el tratamiento estadístico de los datos con que se cuenta. Teniendo como base un ejemplo hipotético, pero bastante realista, de consumo de energía en una localidad rural se establecen la demanda de energía que se requiere para satisfacer necesidades básicas de luz y agua. Finalmente y estableciendo a partir de las alternativas que ofrece el mercado, la configuración del sistema solar–eólico, se puede conocer la energía que es capaz de suministrar el sistema y hacer la comparación con la alternativa de grupo electrógeno la cual es una de las más utilizadas en nuestro país para suministrar energía en situaciones de aislamiento. / Tesis

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Dionízio Paschoareli Jr. / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Igor Kopcak / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: Propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de um método analítico para o estudo da estabilidade dos geradores de indução duplamente alimentados (DFIG - Doubly Fed Induction Generator) com base no monitoramento da tensão interna E', uma vez que a degradação da mesma resulta na perda da capacidade de transmissão de potência. Deste modo, faz-se a análise do desempenho transitório da máquina pela observação da grandeza em que efetivamente reside a causa da instabilidade. Uma vez detectada a possível causa da instabilidade do gerador, um controle é proposto sobre a grandeza em que se desenvolve a instabilidade do gerador. A filosofia de controle desenvolvida baseia-se no controle da magnitude da tensão interna, contribuindo decisiva e positivamente para o aumento da capacidade de transmissão e, consequentemente, das forças restaurativas de equilíbrio do DFIG, resultando em melhoria da estabilidade do sistema. A validação da aplicação do controle via metodologia da tensão E' é realizada por meio de simulações computacionais em diversas contingências e com a ação conjunta do circuito crowbar. Evidencia-se que este método pode ser empregado para avaliação da criticidade do sistema em tempo real / Abstract: This thesis proposes the development of an analytical method for stability analysis of the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) based on the monitoring of the internal voltage E', since its degradation implies in decreasing of power transmission capacity and as consequence the reduction of transient performance. Thus, the analysis of the transient performance of the machine is performed by observing the quantity which is the effective cause of instability. Once detected the possible cause of the instability of the generator, is proposed a control of the quantity which originates the generator instability. The control philosophy is based on internal voltage magnitude control, contributing decisive and positively to the increase of transmission capacity and the DFIG equilibrium restorative forces, resulting improved stability of the system. The validation of the application of control methodology via voltage E' is proven through computational simulations in diverse contingencies, with and without action of crowbar circuit control. It is evident that this method can be used to evaluate the criticality of the system in real time / Doutor

Orientador: Admilson Írio Ribeiro / Resumo: A demanda por energia elétrica e seus sistemas de produção e distribuição são relevantes para a sociedade, pois está associada ao desenvolvimento das nações. Atualmente muitas empresas do ramo estão surgindo em nosso país, particularmente na região Nordeste, devido às condições ambientais para geração de energia eólica. Assim, como toda ação antrópica, a utilização dos ventos para geração de energia elétrica apresenta impactos positivos e negativos. Nesse sentido, a proposta dessa pesquisa foi realizar uma análise integrada dos aspectos e impactos ambientais na operação do Parque Eólico Complexo Alto Sertão no distrito de Morrinhos - Guanambi\Bahia. A proposta de estudo foi delineada por meio de dois métodos de avaliação de impacto ambiental: rede de interação e matriz de ponderação. Dentre os impactos positivos destacados pode ser citada a melhoria das condições de vida dos proprietários de terra os quais são contratados por arrendamento do uso da área. Outro impacto positivo significativo foi à geração de empregos na instalação e operação do empreendimento, pois sugiram oportunidades de serviços local e regional. Destaca se também como impacto positivo significativo o aumento de recursos econômicos para os municípios da região dado o aumento na arrecadação de impostos e tributos. Assim, a sociedade local entende que produção de energia eólica auxilia desenvolvimento socioeconômico. A produção de energia eólica, mesmo sendo uma fonte renovável, como toda atividade humana pro... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre