LIMA, M. A. F. B. Teoria do portfólio aplicada à previsão de recursos solar e eólico. 2016. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-02-06T12:13:28Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_mafblima.pdf: 3767067 bytes, checksum: f60cb33702df959e03115cc616efc81d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-02-23T13:46:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_mafblima.pdf: 3767067 bytes, checksum: f60cb33702df959e03115cc616efc81d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-23T13:46:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_mafblima.pdf: 3767067 bytes, checksum: f60cb33702df959e03115cc616efc81d (MD5) Previous issue date: 2016-10-14 / The generation of electricity from alternative energy sources have been increasingly used in the world. Solar and wind power generators are those which stand out in terms of growth. The implementation of wind and solar power plants is restricted as to its location, because they are sources that depend on specific climatic factors. Brazil, due to its vast territory and climate, is composed of regions that can alternative energy sources for electricity generation. The challenges for the integration of electricity production sources in large scale depends mainly on predictability, flexibility of other energy sources, due to its variability. From the perspective of costs, from March to October 2010, in Germany for example, due to solar and wind forecast errors, electricity production from these sources was 2 GWh lower than expected, resulting in an additional cost of 2 20 euros per MWh generated. This work aims to adapt the Portfolio Theory to improve the solar and wind predictability, finding a limit where the combination of energy sources will result in lower prediction errors. The theory is used in the financial sector so that investment risks are reduced by diversifying applications of investors. Developed by the american Harry Markowitz in 1952, the theory has the ultimate goal of methodize the definition of penetration percentage of each asset in order to improve financial returns. The Portfolio Theory adapted to improve the predictability of alternative energy resources is little used, so this thesis is a pioneer research in Brazil. By combining 70% of wind resource and 30% of solar resource, defined by the application of portfolio theory, resulted in a reduction of risk (standard deviation) of forecast errors. For solar resource, the risk was found to be 11.24 and wind resource 7.38. After the integration proposal, the risk obtained was 6.09. This study have use of solar and wind data measurements in Maracanaú - CE. / A geração de energia elétrica a partir de fontes alternativas de energia tem sido cada vez mais empregada no mundo. Geradores elétricos solares e eólicos são os que mais se destacam em termos de crescimento. A implantação de usinas de energia eólica e solar se restringe quanto a sua localização, devido serem fontes que dependem de fatores climáticos específicos. O Brasil, devido ao seu vasto território e clima, é composto por regiões que podem explorar fontes alternativas de energia para a geração de eletricidade. Os desafios para a integração dessas fontes de produção de eletricidade em uma grande quantidade dependem principalmente da previsibilidade, da flexibilidade de outras fontes de energia, devido sua variabilidade. Na perspectiva de custos, em março a outubro de 2010, na Alemanha por exemplo, devido a erros de previsão solar e eólica, a produção de energia elétrica a partir dessas fontes foi de 2 GWh abaixo do previsto, resultando em um custo adicional de 2,20 euros por MWh gerado. A presente dissertação visa adaptar a Teoria do Portfólio ao melhoramento da previsibilidade solar e eólica, encontrando um limite em que a combinação dessas fontes de energia resulte em menores erros de previsão. A teoria é utilizada no setor financeiro para que os riscos dos investimentos sejam diminuídos através da diversificação das aplicações dos investidores. Desenvolvida pelo norte americano Harry Max Markowitz no ano de 1952, a teoria tem por objetivo final metodizar a definição do percentual de penetração de cada ativo a fim de melhores retornos financeiros. A Teoria do Portfólio adaptada para aperfeiçoar a previsibilidade de recursos alternativos de energia é pouco utilizada, portanto a presente dissertação constitui pesquisa pioneira no Brasil. Através da combinação de 70% de recurso eólico e 30% de recurso solar, definidos pela aplicação da Teoria do Portfólio, houve diminuição de riscos (desvio padrão) de erros de previsão. Em relação ao recurso solar, o risco encontrado foi de 11,24 e em relação ao recurso eólico 7,38. Após a integração proposta, o risco obtido foi de 6,09. O presente trabalho utilizou-se de medições de dados solares e eólicos realizadas em Maracanaú – CE.

Na atualidade, a geração de eletricidade e a produção de etanol de segunda geração a partir de materiais lignocelulósicos se apresentam como uma alternativa de desenvolvimento tecnológico no setor sucroenergético. Não obstante, a introdução de novos processos produtivos representa um verdadeiro desafio devido à complexidade e diversidade das rotas tecnológicas alternativas que podem ser avaliadas. Além disso, existem fatores econômicos e ambientais, que devem ser considerados durante o desenvolvimento e consolidação destas novas configurações. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia para realizar a hierarquização exergética e exergo-ambiental de processos para obtenção de etanol e eletricidade a partir da cana-de-açúcar em distintas configurações de biorrefinarias. Para este fim, dados técnicos de operação foram adotados nas rotas tecnológicas envolvidas, bem como os aspectos ambientais da utilização destes sistemas. Os modelos propostos avaliaram as rotas Convencional (Caso 1), Bioquímica (Caso 2) e Termoquímica (Caso 3), utilizando programas de simulação e ferramentas matemáticas para simular estes processos. Ainda, a integração dos processos e diferentes usos para o bagaço excedente foram estudados, junto com diversos métodos de pré-tratamento visando à otimização e hierarquização destas rotas. O resultado final indicou configurações ótimas que permitiram a hierarquização em termos do índice exergético de renovabilidade dos processos de produção das rotas analisadas. Desse modo a rota convencional otimizada apresentou a máxima eficiência exergética dos processos e, por tanto, o menor custo exergético unitário médio das plataformas avaliadas. Ao passo que a rota bioquímica foi o sistema que promoveu um incremento de 28,58 % e 82,87 % na produção de etanol, quando comparado com o Caso 1 e o Caso 3, respectivamente. Além disso, a rota termoquímica apresentou a configuração com a maior taxa de geração de eletricidade excedente (214,98 kWh/TC). Em relação aos resultados do impacto ambiental das rotas tecnológicas, encontrou-se que a configuração mais sustentável foi a plataforma bioquímica, apresentando as menores taxas de emissões globais de CO2 (131,45 gCO2/MJ produtos). / Currently, electricity generation and second-generation bioethanol production from lignocellulosic materials represent technological alternatives in the sugar-energy sector. Nevertheless, the introduction of new production processes represents a real challenge due to the complexity and diversity of the technological routes that can be evaluated. In addition, there are economic and environmental factors that must be considered during the development and consolidation of these new configurations. Accordingly, this project aims to develop a methodology to perform the exergy and exergo-environmental analysis, evaluation and ranking of processes in order to obtain ethanol and electricity from sugarcane in different biorefinery configurations. Hence, operating technical data of each technological route were adopted as well as the environmental aspects of using these systems. The proposed models assessed the Conventional (Case 1), Biochemical (Case 2) and Thermochemical (Case 3) routes using simulation programs and mathematical tools to simulate the ethanol production and electricity generation. Furthermore, the process integration and different uses for the excess bagasse were studied with various pretreatment methods aiming the optimizing and ranking of routes. The results indicated optimal settings that allowed the ranking in terms of the environmental exergy indicator \"renewability\" of the production processes for analyzed routes. In this way, the optimized conventional route presented the maximum exergy efficiency of the processes, therefore the lowest exergetic cost average of the evaluated platforms. While the biochemical route was the system that promoted an increase of 28.58 % and 82.87% in the ethanol production, when compared to Case 1 and Case 3, respectively. In addition, the thermochemical route presented the configuration with the highest power generation rate exceeding (214.98 kWh/TC). Concerning, the environmental impact results, it was found that the most sustainable configuration was the biochemical platform, which presented the lowest overall CO2 emissions rates (131.45 gCO2/MJ products).

Na atualidade, a geração de eletricidade e a produção de etanol de segunda geração a partir de materiais lignocelulósicos se apresentam como uma alternativa de desenvolvimento tecnológico no setor sucroenergético. Não obstante, a introdução de novos processos produtivos representa um verdadeiro desafio devido à complexidade e diversidade das rotas tecnológicas alternativas que podem ser avaliadas. Além disso, existem fatores econômicos e ambientais, que devem ser considerados durante o desenvolvimento e consolidação destas novas configurações. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia para realizar a hierarquização exergética e exergo-ambiental de processos para obtenção de etanol e eletricidade a partir da cana-de-açúcar em distintas configurações de biorrefinarias. Para este fim, dados técnicos de operação foram adotados nas rotas tecnológicas envolvidas, bem como os aspectos ambientais da utilização destes sistemas. Os modelos propostos avaliaram as rotas Convencional (Caso 1), Bioquímica (Caso 2) e Termoquímica (Caso 3), utilizando programas de simulação e ferramentas matemáticas para simular estes processos. Ainda, a integração dos processos e diferentes usos para o bagaço excedente foram estudados, junto com diversos métodos de pré-tratamento visando à otimização e hierarquização destas rotas. O resultado final indicou configurações ótimas que permitiram a hierarquização em termos do índice exergético de renovabilidade dos processos de produção das rotas analisadas. Desse modo a rota convencional otimizada apresentou a máxima eficiência exergética dos processos e, por tanto, o menor custo exergético unitário médio das plataformas avaliadas. Ao passo que a rota bioquímica foi o sistema que promoveu um incremento de 28,58 % e 82,87 % na produção de etanol, quando comparado com o Caso 1 e o Caso 3, respectivamente. Além disso, a rota termoquímica apresentou a configuração com a maior taxa de geração de eletricidade excedente (214,98 kWh/TC). Em relação aos resultados do impacto ambiental das rotas tecnológicas, encontrou-se que a configuração mais sustentável foi a plataforma bioquímica, apresentando as menores taxas de emissões globais de CO2 (131,45 gCO2/MJ produtos). / Currently, electricity generation and second-generation bioethanol production from lignocellulosic materials represent technological alternatives in the sugar-energy sector. Nevertheless, the introduction of new production processes represents a real challenge due to the complexity and diversity of the technological routes that can be evaluated. In addition, there are economic and environmental factors that must be considered during the development and consolidation of these new configurations. Accordingly, this project aims to develop a methodology to perform the exergy and exergo-environmental analysis, evaluation and ranking of processes in order to obtain ethanol and electricity from sugarcane in different biorefinery configurations. Hence, operating technical data of each technological route were adopted as well as the environmental aspects of using these systems. The proposed models assessed the Conventional (Case 1), Biochemical (Case 2) and Thermochemical (Case 3) routes using simulation programs and mathematical tools to simulate the ethanol production and electricity generation. Furthermore, the process integration and different uses for the excess bagasse were studied with various pretreatment methods aiming the optimizing and ranking of routes. The results indicated optimal settings that allowed the ranking in terms of the environmental exergy indicator \"renewability\" of the production processes for analyzed routes. In this way, the optimized conventional route presented the maximum exergy efficiency of the processes, therefore the lowest exergetic cost average of the evaluated platforms. While the biochemical route was the system that promoted an increase of 28.58 % and 82.87% in the ethanol production, when compared to Case 1 and Case 3, respectively. In addition, the thermochemical route presented the configuration with the highest power generation rate exceeding (214.98 kWh/TC). Concerning, the environmental impact results, it was found that the most sustainable configuration was the biochemical platform, which presented the lowest overall CO2 emissions rates (131.45 gCO2/MJ products).