Atualmente, a energia eólica é uma das fontes renováveis mais reconhecidas, e sua penetração em sistemas elétricos de potência está se incrementando consideravelmente. Por consequência, a participação de turbinas eólicas em sistemas elétricos de potência tem se incrementado e pode influenciar o comportamento geral do sistema de potência. Portanto, é importante estudar o desempenho de turbinas eólicas em sistemas elétricos e sua interação com outros equipamentos de geração e cargas. O principal objetivo nesta dissertação é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias ligadas nos sistemas elétricos considerando diferentes níveis de penetração e diferentes perturbações elétricas mediante simulações realizadas usando um toolbox de Matlab/Simulink, SimPowerSystems. As tecnologias avaliadas são (a) o gerador de indução duplamente alimentado com fator de potência unitário, (b) o gerador de indução duplamente alimentado com controle de tensão, (c) o gerador de indução de gaiola de esquilo com compensação baseada em condensadores, e (d) gerador de indução de gaiola de esquilo sem equipamentos auxiliares. Os fatores técnicos analisados são perfil de tensão em estado estacionário, as dinâmicas durante afundamentos e elevações de tensão, correntes de curto circuito, e incremento gradual nas cargas do sistema, para verificar a estabilidade de tensão da rede para pequenas perturbações. É proposta uma estratégia para promover uma integração efetiva de turbinas eólicas em sistemas de potência com altos níveis de penetração considerando diferentes normas de operação da rede para sistemas de transmissão e de distribuição. O objetivo nesta estratégia é o cumprimento dos requisitos para conexão de rede com a combinação de tecnologias, minimizando o valor do investimento. Os efeitos na estabilidade de sistemas de potência da fazenda eólica determinada com a metodologia proposta são comparados com os efeitos de uma fazenda eólica de igual capacidade de energia eólica considerando somente geradores de indução duplamente alimentados com controle de tensão. Para as analises realizadas neste trabalho são considerados os sistemas IEEE de 9 e 30 barras. / Nowadays, wind power is one of the most accepted renewable energy sources, and its penetration in electrical power systems is increasing considerably. Consequently, the participation of wind turbines in electrical power systems has increased and may influence the overall power system behavior. It is therefore important to study the performance of wind turbines in electrical power systems and their interaction with other generation equipment and loads. The main objective of this dissertation is to determine the dynamic performance of different wind turbines technologies connected in electrical system considering different penetration levels and electrical perturbations by simulations performed using a Matlab/Simulink toolbox, SimPowerSystems. The assessed technologies are (a) double fed induction generator with unity power factor, (b) double fed induction generator with voltage control, (c) squirrel cage induction generator with capacitor-based compensation, and (d) squirrel cage induction generator without ancillary devices. The technical factors analyzed are steady-state voltage profile, the dynamics during voltage sags and swells, short-circuit currents, and gradual increase in the system loading, in order to check the network small-disturbance voltage stability. A strategy to promote an effective integration of wind turbines into the power systems with high levels of wind power penetration regarding different grid code requirements in transmission and distribution networks is proposed. The objective in this strategy is fulfilling the grid code requirements with a technology combination, minimizing the invested value. The effects on power system stability of the wind farm, found by the proposed methodology, are compared with the effects that have the same installed capacity of wind power but only considering double fed induction generators with voltage control. The IEEE 9 bus transmission system and the IEEE 30 bus system are regarded for the analysis performed in this work.

Atualmente, a energia eólica é uma das fontes renováveis mais reconhecidas, e sua penetração em sistemas elétricos de potência está se incrementando consideravelmente. Por consequência, a participação de turbinas eólicas em sistemas elétricos de potência tem se incrementado e pode influenciar o comportamento geral do sistema de potência. Portanto, é importante estudar o desempenho de turbinas eólicas em sistemas elétricos e sua interação com outros equipamentos de geração e cargas. O principal objetivo nesta dissertação é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias ligadas nos sistemas elétricos considerando diferentes níveis de penetração e diferentes perturbações elétricas mediante simulações realizadas usando um toolbox de Matlab/Simulink, SimPowerSystems. As tecnologias avaliadas são (a) o gerador de indução duplamente alimentado com fator de potência unitário, (b) o gerador de indução duplamente alimentado com controle de tensão, (c) o gerador de indução de gaiola de esquilo com compensação baseada em condensadores, e (d) gerador de indução de gaiola de esquilo sem equipamentos auxiliares. Os fatores técnicos analisados são perfil de tensão em estado estacionário, as dinâmicas durante afundamentos e elevações de tensão, correntes de curto circuito, e incremento gradual nas cargas do sistema, para verificar a estabilidade de tensão da rede para pequenas perturbações. É proposta uma estratégia para promover uma integração efetiva de turbinas eólicas em sistemas de potência com altos níveis de penetração considerando diferentes normas de operação da rede para sistemas de transmissão e de distribuição. O objetivo nesta estratégia é o cumprimento dos requisitos para conexão de rede com a combinação de tecnologias, minimizando o valor do investimento. Os efeitos na estabilidade de sistemas de potência da fazenda eólica determinada com a metodologia proposta são comparados com os efeitos de uma fazenda eólica de igual capacidade de energia eólica considerando somente geradores de indução duplamente alimentados com controle de tensão. Para as analises realizadas neste trabalho são considerados os sistemas IEEE de 9 e 30 barras. / Nowadays, wind power is one of the most accepted renewable energy sources, and its penetration in electrical power systems is increasing considerably. Consequently, the participation of wind turbines in electrical power systems has increased and may influence the overall power system behavior. It is therefore important to study the performance of wind turbines in electrical power systems and their interaction with other generation equipment and loads. The main objective of this dissertation is to determine the dynamic performance of different wind turbines technologies connected in electrical system considering different penetration levels and electrical perturbations by simulations performed using a Matlab/Simulink toolbox, SimPowerSystems. The assessed technologies are (a) double fed induction generator with unity power factor, (b) double fed induction generator with voltage control, (c) squirrel cage induction generator with capacitor-based compensation, and (d) squirrel cage induction generator without ancillary devices. The technical factors analyzed are steady-state voltage profile, the dynamics during voltage sags and swells, short-circuit currents, and gradual increase in the system loading, in order to check the network small-disturbance voltage stability. A strategy to promote an effective integration of wind turbines into the power systems with high levels of wind power penetration regarding different grid code requirements in transmission and distribution networks is proposed. The objective in this strategy is fulfilling the grid code requirements with a technology combination, minimizing the invested value. The effects on power system stability of the wind farm, found by the proposed methodology, are compared with the effects that have the same installed capacity of wind power but only considering double fed induction generators with voltage control. The IEEE 9 bus transmission system and the IEEE 30 bus system are regarded for the analysis performed in this work.

The energetic sector is one of the areas that more contribute for the increase of the environment degradation, mainly concerning to burning of fossil fuel since they are extreme polluters. This way, the preoccupation with the environment made man to turn to nature searching for in its elements energetic alternatives that could be able to provide energy to sustain his social and technologic development. In this context, we focused our analyse on one of the energetic alternatives that comes from replaceable and natural resources, the eolian energy, since it is a new clear source of energy that aims at reducing these problems. In Sergipe State, with the purpose of contributing for the environment preservation and increasing the energetic matrix of our country, it has being implanted, in the county of Barra dos Coqueiros its first eolian central generator. This project brings the installation of 23 windmills and they will have the capability of producing 35, 6 MW of energy. This location was chosen due to the environment conditions, as the climate and alleviation that are favorable to the project development. Thus, this present study refers to the analyze of the first wind farm implanted in the State and it aimed at learning the general perception of the social authors involved in the process, such as the surrounding population, the government and the responsible enterprise. The methodology began by the bibliographic surveys and visitation in both public and private agencies, field work with application of questionnaires and interviews, during the period of April and July, 2012. With this study it could be observed that the arrival of this enterprise provoked changes in the location landscapes caused by the windmill installations as well as daily life changing of the surrounding people. We searched to comprehend the perception of the main three segments involved referring to eolian energy as a sustainable energy source as well as the conformation of new territories. Government agencies and the involved enterprises in the wind farm implantation translate preocupation with the observance of the legislation, but, specially, with the participation in the magnification and diversification of the energetic matrix of both the State and Country. The majority of the surrounding inhabitants and the head office residents of the county, in turn, show themselves inadvertent or ignore that it does not mean only. a landscape change, but a production of a territory that will affect the neighbor relationship, the access, the values of the real estates, ultimately, the material and symbolic basis that until now remained in their quotidian. / O setor energetico e uma das areas que mais contribui para o aumento da degradacao ambiental, principalmente no que diz respeito a queima de combustiveis fosseis por serem extremamente poluentes. Desse modo a preocupacao com o meio ambiente fez com que o homem se voltasse para a natureza buscando nos seus elementos as alternativas energeticas capazes de fornecerem energia para sustentar o seu desenvolvimento social e tecnologico. Nesse contexto, focamos nossa analise numa das alternativas energeticas que provem dos recursos naturais renovaveis, a energia eolica, pois e uma nova fonte limpa de energia que visa diminuir esses problemas. No Estado de Sergipe, com intuito de contribuir para a preservacao do meio ambiente e aumentar a matriz energetica do pais, vem sendo implantada, no municipio de Barra dos Coqueiros sua primeira central geradora eolica. Esse projeto traz a instalacao de 23 aerogeradores e tera capacidade de produzir 35,6 MW de energia. A escolha por essa localidade foi devido as condicoes ambientais, como clima e relevo que sao favoraveis para o desenvolvimento do projeto. Assim, o presente estudo refere-se a analise do primeiro parque eolico implantado no Estado e teve como objetivo geral apreender a percepcao dos atores sociais envolvidos no processo, tais como populacao de entorno, governo e empresa responsavel pelo empreendimento. A metodologia principiou pelos levantamentos bibliograficos e visita em orgaos publicos e privados, trabalho de campo com aplicacao de questionarios e entrevistas, no periodo de abril a julho de 2012. Com esse estudo pode-se observar que a chegada desse empreendimento ocasionou transformacoes na paisagem da localidade advindas pela instalacao dos aerogeradores bem como mudancas no cotidiano da populacao de entorno. Procuramos apreender a percepcao dos tres principais segmentos envolvidos no que se refere a energia eolica como fonte energetica sustentavel assim como a conformacao de novos territorios. Os orgaos de governo e as empresas envolvidas na implantacao do parque eolico traduzem preocupacoes com o cumprimento da legislacao, mas, sobretudo, com a participacao na ampliacao e diversificacao da matriz energetica do Estado e do pais. Ja os moradores dos arredores e da sede do municipio, em sua maioria, apresentam-se alheios ou ignoram que nao se trata de apenas. uma transformacao da paisagem, mas da producao de um territorio que afetara as relacoes de vizinhanca, o acesso, o valor dos imoveis, enfim, a base material e simbolica que ate entao prevalecia em seus cotidianos.

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

This report concerns the research, design, implementation and application of an airfoil trailing-edge noise prediction tool in the development of new, quieter airfoil for large-size wind turbine application. The tool is aimed at enabling comparative acoustic performance assessment of airfoils during the early development cycle of new blades and rotors for wind turbine applications. The ultimate goal is to enable the development of quieter wind turbines by the Wind Energy Industry. The task was accomplished by developing software that is simultaneously suitable for comparative design, computationally efficient and user-friendly. The tool was integrated into a state-of-the-art wind turbine design and analysis code that may be downloaded from the web, in compiled or source code form, under general public licensing, at no charge. During the development, an extensive review of the existing airfoil trailing-edge noise prediction models was accomplished, and the semi-empirical BPM model was selected and modified to cope with generic airfoil geometry. The intrinsic accuracy of the original noise prediction model was evaluated as well as its sensitivity to the turbulence length scale parameter, with restrictions imposed accordingly. The criterion allowed comparison of performance of both CFD-RANS and a hybrid solver (XFLR5) on the calculation of the turbulent boundary layer data, with the eventual adjustment and selection of the latter. After all the elements for assembling the method had been selected and the code specified, a collaboration project was made effective between Poli-USP and TU-Berlin, which allowed the seamless coupling of the new airfoil TE noise module, \"PNoise\", to the popular wind turbine design/analysis integrated environment, \"QBlade\". After implementation, the code calculation routines were thoroughly verified and then used in the development of a family of \"silent profiles\" with good relative acoustic and aerodynamic performance. The sample airfoil development study closed the initial design cycle of the new tool and illustrated its ability to fulfill the originally intended purpose of enabling the design of new, quieter blades and rotors for the advancement of the Wind Energy Industry with limited environmental footprint. / Este trabalho descreve a pesquisa de elementos iniciais, o projeto, a implantação e a aplicação de uma ferramenta de predição de ruído de bordo de fuga, no desenvolvimento de aerofólios mais silenciosos para turbinas eólicas de grande porte. O objetivo imediato da ferramenta é permitir a comparação de desempenho acústico relativo entre aerofólios no início do ciclo de projeto de novas pás e rotores de turbinas eólicas. O objetivo mais amplo é possibilitar o projeto de turbinas eólicas mais silenciosas, mas de desempenho aerodinâmico preservado, pela indústria da Energia Eólica. A consecução desses objetivos demandou o desenvolvimento de uma ferramenta que reunisse, simultaneamente, resolução comparativa, eficiência computacional e interface amigável, devido à natureza iterativa do projeto preliminar de um novo rotor. A ferramenta foi integrada a um ambiente avançado de projeto e análise de turbinas eólicas, de código aberto, que pode ser livremente baixado na Web. Durante a pesquisa foi realizada uma ampla revisão dos modelos existentes para predição de ruído de bordo de fuga, com a seleção do modelo semi-empírico BPM, que foi modificado para lidar com geometrias genéricas. A precisão intrínseca do modelo original foi avaliada, assim como sua sensibilidade ao parâmetro de escala de turbulência transversal, com restrições sendo impostas a esse parâmetro em decorrência da análise. Esse critério permitiu a comparação de resultados de cálculo provenientes de método CFD-RANS e de método híbrido (XFLR5) de solução da camada limite turbulenta, com a escolha do último. Após a seleção de todos os elementos do método e especificação do código, uma parceria foi estabelecida entre a Poli-USP e a TU-Berlin, que permitiu a adição de um novo módulo de ruído de bordo de fuga, denominado \"PNoise\", ao ambiente de projeto e análise integrado de turbinas eólicas \"QBlade\". Após a adição, as rotinas de cálculo foram criteriosamente verificadas e, em seguida, aplicadas ao desenvolvimento de aerofólios mais silenciosos, com bons resultados acústicos e aerodinâmicos relativos a uma geometria de referência. Esse desenvolvimento ilustrou a capacidade da ferramenta de cumprir a missão para a qual foi inicialmente projetada, qual seja, permitir à Indústria desenvolver pás mais silenciosas que irão colaborar com o avanço da energia eólica através da limitação do seu impacto ambiental.

A captação eficaz da energia eólica ocorre por meio de turbinas de três pás com ângulo de passo e velocidade de rotação ajustáveis, sendo o ajuste do ângulo de passo utilizado para limitar a captação de energia na ocorrência de ventos muito fortes e o ajuste da velocidade de rotação utilizado para maximizar a captação da energia cinética dos ventos fracos. Neste regime de operação, o gerador deve converter a energia mecânica de entrada, caracterizada por velocidade de rotação e conjugado variáveis, em energia elétrica de saída nos padrões da rede elétrica a que estão conectados, caracterizada por tensão de valor eficaz e freqüência constantes. No presente trabalho, a conversão eletromecânica de energia é realizada por um gerador de indução duplamente alimentado, excitado pelos enrolamentos rotóricos por meio de um conversor eletrônico. O comportamento estocástico dos ventos e as não linearidades significativas da turbina eólica e do gerador motivaram a utilização de controladores difusos, elaborados de acordo com a seguinte metodologia: a base de regras foi estabelecida a partir dos princípios físicos e da dinâmica desejada para o sistema em malha fechada; as funções de pertinência de entrada foram distribuídas de maneira a garantir uma maior sensibilidade nas regiões próximas ao valor de referência; a distribuição das funções de pertinência de saída proporciona um aumento significativo da intensidade da ação de controle conforme a saída do sistema se afaste do valor de referência; e, a sintonia fina foi feita pelo dimensionamento dos universos de discurso de maneira a garantir a estabilidade do sistema em malha fechada e a dinâmica desejada para a variável controlada. Os resultados das simulações computacionais de variações em degrau nos valores de referência, tanto da velocidade de rotação quanto da potência reativa, demonstram dinâmica estável, sem overshoot ou erro de regime permanente. Destaca-se que, em relação ao estado-da-arte, o controlador difuso da velocidade de rotação proporciona uma dinâmica semelhante, mas com uma ação de controle desprovida de transitórios e picos 65% menores e o controlador difuso de potência reativa impõe uma resposta 64% mais rápida. Os resultados de simulações computacionais de regimes reais de ventos ilustram as atuações do sistema de controle, no ângulo de passo e na velocidade de rotação da turbina, para proporcionar ao aerogerador uma operação suave e estável sob diversos regimes de vento, desde os mais fracos até os mais intensos e turbulentos. / The efficient capture of aeolic-energy occurs by means of three blades turbines with adjustable pitch-angle and angular-speed. The pitch-angle adjustment is utilized to limit the aeolic-energy capture when occur very strong winds and, the angular speed adjustment is utilized to maximize the capture of kinetic energy of weak winds. In this mode of operation the generator must convert the input mechanical energy, which is characterized by variable angular speed and variable torque, in the output electrical energy that must obey the standards of the electrical network with constant RMS-voltage and frequency, where the aeolic-generator is connected. In this work the electromechanical energy conversion is done by one double-fed induction generator excited by means of an electronic converter applied to the rotor winding. The air masses complex dynamics, the wind regime stochastic nature, and the turbine and generator non-linear behavior motivated the use of the fuzzy controllers, elaborated in agreement with the following methodology: the rule base was established from the system\'s physical principles and from the desired closed loop dynamics; the input membership functions was distributed so that ensure a bigger sensibility in the regions near the reference value; the output membership functions distribution provide a control action significant increase as the systems output move away from the reference value; and, the fine tuning was made via scaling universes of discourse. The computer simulation\'s results of the, rotational speed and reactive power, reference values step, demonstrated stable dynamics, without overshoot or steady state error. It is emphasize that, in relation to state-of-art, the fuzzy speed controller provide similar dynamic, but with a control action without transients and peaks 65% smaller and the fuzzy reactive power controller impose a 64% faster response. Some computer simulations of the wind real regime show the pitch-angle and turbine angular speed reactions so that to supply the wind generator with a soft and stable operation, from the weak winds up to the most strong and turbulent winds.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-06-05T13:48:30Z No. of bitstreams: 1 Guilherme Sperling Trapp.pdf: 2436697 bytes, checksum: e28516dbd4b7d9f11a41310b229ce39a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-05T13:48:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme Sperling Trapp.pdf: 2436697 bytes, checksum: e28516dbd4b7d9f11a41310b229ce39a (MD5) Previous issue date: 2015-03-05 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O mercado de geração de energia está em contínua expansão no Brasil. Este mercado é formado por diferentes fontes de geração de energia, as quais acarretam diferentes impactos socioeconômicos e ambientais atreladas as suas operações. Estes impactos geram externalidades na forma de dano para a sociedade e a compensação destes não é de consenso comum entre os atores envolvidos. Neste sentido, a presente dissertação busca, através da aplicação do método do pensamento sistêmico, criar um modelo computacional de dinâmica de sistemas que possibilite a avaliação do custo sistêmico total, considerando as externalidades sociais econômicas e ambientais da geração de energia. Para este fim foi aplicada uma adaptação do método do PSPC - Pensamento Sistêmico e Planejamento por Cenários. Na primeira fase, gerou-se um entendimento maior sobre a temática; em seguida,realizou-se a construção do modelo computacional; e, posteriormente, o modelo foi aplicado a três usinas reais a fim de se fazer uma avaliação da inserção da energia eólica frente a substituição das fontes hidroelétrica e termoelétrica a carvão. Os resultados obtidos apresentaram uma evolução no entendimento na comparação do real custo da energia para sociedade, devido ao aprendizado proporcionado pela utilização do pensamento sistêmico em conjunto com a modelagem dinâmica de sistemas. Os dados encontrados também apontaram para uma mudança nas decisões sobre a matriz energética, se adotado um custo sistêmico para avaliação de novos projetos. / The power generation market still expanding in Brazil. This market consists of different sources of power generation, which cause different socioeconomic and environmental impacts besides its operations. These impacts generate externalities in the form of damage to society and the compensation of these are not common consensus among stakeholders. In this way, this thesis research through the application of systems thinking method, create a computer model of systems dynamic that enable the evaluation of the total systemic cost, considering the externalities of power generation. To this end was applied an adaptation of the method PSPC - Systems Thinking and Planning for Scenarios. In the first phase was generate a greater understanding on the subject. After there was the construction of the computational model, and finally the model was applied to three real plants in order to assessment the option of wind energy against replacement of hydroelectric sources and thermal coal. The results showed an evolution in understanding the comparison of the real cost of energy to society due to the learning provided by the use of systems thinking in conjunction with the systems dynamic modeling. The data also pointed to a change in decisions about energy matrix, if adopted a total systemic cost for evaluation of new projects.

Submitted by Alessandro Thiesen Flores (alessandro.thiesen@gmail.com) on 2019-01-23T23:58:12Z No. of bitstreams: 1 THIESEN_POS_DEFESA_21012019.pdf: 5692429 bytes, checksum: bf908d447092aff6e106e894a1f1bb5f (MD5) / Rejected by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: • A capa e ficha catalográfica não são consideradas para contagem de páginas. a paginação deve aparecer no canto superior direito a partir da introdução, realizei a contagem das páginas e seu trabalho deve com o número (19)*, após você precisa atualizar a numeração na ficha catalográfica, nas listas e no sumário. • As palavras-chave e keyword devem ser separadas entre si por ponto final e também finalizadas por ponto. (favor ver exemplo no template ou diretrizes) • Os títulos dos elementos pré- textuais e pós textuais devem ser centralizados. ~ • Qualquer que seja o tipo de ilustração (figuras, desenhos, gráficos, diagramas,fluxogramas, fotografias, mapa, planta, quadro, imagem entre outros) sua identificação (título) aparece na parte superior com letra tamanho 12; o Na parte inferior, Tamanho da letra 10, indicar a fonte consultada (elemento obrigatório, mesmo que seja produção do próprio autor), notas e outras informações necessárias à sua compreensão. o Devem conter a fonte mesmo que elaborada pelo autor. o Ex: Fonte: Autor Fonte: Autoria própria (favor ver exemplo no template ou diretrizes) • As fontes das ilustrações, tabelas e quadros não podem ser links . Areferência deve ser informada ao final, seguindo os padrões da ABNT.Para indicar a fonte, deve ser colocada a autoria e o ano entre parênteses. Ex.: Martins (2010). Quando uma referência for retirada de um meio eletrônico deve-se identificar uma autoria para o que é visualizado na página; se não houver título, escrever uma pequena descrição do que foi visto e seguir com os dados: disponível em:<endereço eletronico> . Acesso em: xx mes xxxx. A autoria pode ser uma pessoa física, uma Instituição, uma empresa, uma pessoa jurídica e até o nome do próprio site. Ex.: ECOVILAS. Condomínios autossustentados e permaculturais. Disponível em: <http://www.ecoovilas.com/projetos/permacultura>. Acesso em: 10 out. 2017. Será colocado na Fonte: Ecovilas (2017) • A tabela expõe dados estatísticos, representados numericamente. A forma de apresentação é a seguinte: o lados esquerdo e direito da tabela sempre abertos; o partes superior e inferior sempre fechadas; o não há traços horizontais e verticais para separar números, em seu interior.  Devem conter a fonte mesmo que elaborada pelo autor. Para tabelas que ultrapasse as dimensões de uma página, deve ser apresentada em duas ou mais partes, neste caso, a tabela interrompida não é delimitada por traço horizontal na parte inferior e acrescenta-se o termo (continua) após o título. nas folhas seguintes insere-se novamente o título da tabela e o termo (continuação ) e na última folha o termo (conclusão) exemplo nas diretrizes. • Referências. A palavra Referências deve ser centralizada, e não conter numeração de seção; As referencias devem ser justificadas, espaço simples com um espaço simples(enter) entre elas. • Sobre a elaboração das referencias e citações favor solicitar ajuda com a bibliotecária Juciene (juciene.pedroso@unesp.br) e formatação Jaquelina (jaquelina.cesar@unesp.br) Mais informações acesse o link: http://www2.feg.unesp.br/Home/Biblioteca21/diretrizes-2016.pdf Agradecemos a compreensão. on 2019-01-24T16:08:54Z (GMT) / Submitted by Alessandro Thiesen Flores (alessandro.thiesen@gmail.com) on 2019-01-26T18:03:59Z No. of bitstreams: 1 Entrega dissertacao.pdf: 5684525 bytes, checksum: 8cf892ef316d2ca634e88a9a3e2fbb27 (MD5) / Rejected by Ana Cristina Figueiredo Loureiro (ana-cristina.loureiro@unesp.br), reason: Bom dia Alessandro, Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: Na página 30,no final da página, teve um corte do texto, ficou uma página em branco. Seguir os exemplos abaixo e aplicar para as TODAS fontes das tabelas, figuras.... Fonte: Sobrenome do autor (ano) Ex: Silva (2017) Na Figura 4 Incorreto: Fonte: IBRAHIM; ILINCA; PERRON (2008) Correto: Fonte: Ibrahim; Ilinca; Perron (2008) Incorreto: Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (2017b). Correto: Fonte: Agência Nacional de Águas (2017b) Verificar o 2017a, não localizado Incorreto: Fonte: IBGE (2018) Correto: Fonte: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2018) Figura 20 Incorreto: Fonte: GOOGLE EARTH (2018), Correto: Fonte: Google (2018) Na lista de referência ficará assim: GOOGLE. Google Earth. Versão. Local: editora, ano. Disponível em: <site dowload>. Acesso em: (data que foi acessado) 20 ago. 2011 Todas as fontes tem que estar relacionadas na lista de referências A bibliotecária Juciene irá enviar as correções da lista de referências. Agradecemos a compreensão on 2019-01-29T11:47:01Z (GMT) / Submitted by Alessandro Thiesen Flores (alessandro.thiesen@gmail.com) on 2019-01-31T03:01:46Z No. of bitstreams: 1 Entrega dissertacao 2019.01.31.pdf: 5685627 bytes, checksum: 5b967da1fd0d43b152ada4ae323e8217 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Cristina Figueiredo Loureiro (ana-cristina.loureiro@unesp.br) on 2019-01-31T15:32:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 flores_at_me_guara.pdf: 5685627 bytes, checksum: 5b967da1fd0d43b152ada4ae323e8217 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-01-31T15:32:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 flores_at_me_guara.pdf: 5685627 bytes, checksum: 5b967da1fd0d43b152ada4ae323e8217 (MD5) Previous issue date: 2018-12-03 / Sistemas híbridos de geração de energia, que combinam a geração eólica com a geração hidráulica, são um modo de melhorar o aproveitamento da energia gerada pelos inconstantes e aleatórios ventos, e supri-la quando houver a demanda de energia por parte dos consumidores. A presente pesquisa analisa a possibilidade de conversão de centrais hidrelétricas convencionais em centrais de acumulação por bombeamento associadas a centrais eólicas, visando o aumento da oferta de energia elétrica no horário de ponta do Sistema Elétrico Brasileiro. Esta pode ser uma ser uma alternativa sustentável de adaptação do sistema hidrotérmico brasileiro às mudanças climáticas e a períodos de escassez hídrica. A pesquisa é desenvolvida através de um estudo de caso na Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul, mais especificamente, nas Usinas Hidrelétricas de Paraibuna e Santa Branca. A análise consiste em fazer simulações de operação de uma Central Hidrelétrica de Acumulação por Bombeamento (CHAB) para bombear água no horário fora de ponta e gerar a energia acumulada no horário de ponta, associado a um parque eólico para alimentar as bombas e assim sincronizar a geração de energia eólica com o pico de demanda energética. São realizadas simulações com três objetivos diferentes (melhoria do uso da água, maximização da geração da energia no horário de ponta e a maximização da variação total de energia gerada e consumida). Em termos de variação de energia gerada, conclui-se que a CHAB propicia um aumento de aproximadamente 12,5% (em relação ao total gerado anualmente pela usina de Paraibuna) ou 41,8 GWh/ano na energia gerada no horário de ponta, atendendo assim o pico de demanda e consequentemente dando maior estabilidade ao sistema elétrico. Como esperado, o balanço energético de Paraibuna é negativo, uma vez que há perdas adicionais das operações de bombeamento, totalizando aproximadamente uma redução de 7,8% (em relação ao total gerado anualmente pela usina de Paraibuna). Além da maior oferta de energia no horário de ponta, conclui-se que a CHAB contribui para a regularização hídrica, uma vez que diminui a variabilidade do nível de montante tanto nos períodos de cheias e principalmente nos períodos de crise hídrica. / Hybrid systems for power generation that combine wind with hydroelectric generation are a way to synchronize the power demand from grid and the power generated by the wind power generation. The research project analyses the adaptation of existing hydro powerplants, changing them into Power Storage Powerplants, combined with wind farms to increase the energy generation in the peak-demand period in Brazilian Electrical System. It can be a sustainable solution to adapt the Brazilian Hydro-Thermal System to climate changes and drought periods. The research project has been developed in a system proposed in the Paraiba do Sul Basin, specifically, in the Paraibuna and Santa Branca Power Plants. The analysis consists in simulating the daily operation of Pumped Storage Powerplant (PSP) to pump the water in the off-peak period and generate the storage energy in the peak period, linked to a wind farm to feed the pumps to synchronize the energy generated by wind farm with peak-demand period. Three goals (improve the water usage, maximization of power generated in the peakdemand period and maximization of overall power generated) has been simulated. Regarding the addition of power generated, PSPs can increase by 12.5% approximately (in relation to the total amount generated annually by the Paraibuna Powerplant) or 41.8 GWh/year during peakdemand period, fulfilling the peak power demand and consequently improve the stability of overall electric system. The energy balance of Paraibuna Power Plant and PSP is negative as expected, since there are additional losses from pumping mode, resulting 7.8% reduction (in relation to the total amount generated annually by the Paraibuna Powerplant). In addition to increase energy availability in the peak period, one concludes that PSP helps to stabilize the generation system, since it reduces the variability of upstream level either on flood periods and mainly on drought periods.

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

This report concerns the research, design, implementation and application of an airfoil trailing-edge noise prediction tool in the development of new, quieter airfoil for large-size wind turbine application. The tool is aimed at enabling comparative acoustic performance assessment of airfoils during the early development cycle of new blades and rotors for wind turbine applications. The ultimate goal is to enable the development of quieter wind turbines by the Wind Energy Industry. The task was accomplished by developing software that is simultaneously suitable for comparative design, computationally efficient and user-friendly. The tool was integrated into a state-of-the-art wind turbine design and analysis code that may be downloaded from the web, in compiled or source code form, under general public licensing, at no charge. During the development, an extensive review of the existing airfoil trailing-edge noise prediction models was accomplished, and the semi-empirical BPM model was selected and modified to cope with generic airfoil geometry. The intrinsic accuracy of the original noise prediction model was evaluated as well as its sensitivity to the turbulence length scale parameter, with restrictions imposed accordingly. The criterion allowed comparison of performance of both CFD-RANS and a hybrid solver (XFLR5) on the calculation of the turbulent boundary layer data, with the eventual adjustment and selection of the latter. After all the elements for assembling the method had been selected and the code specified, a collaboration project was made effective between Poli-USP and TU-Berlin, which allowed the seamless coupling of the new airfoil TE noise module, \"PNoise\", to the popular wind turbine design/analysis integrated environment, \"QBlade\". After implementation, the code calculation routines were thoroughly verified and then used in the development of a family of \"silent profiles\" with good relative acoustic and aerodynamic performance. The sample airfoil development study closed the initial design cycle of the new tool and illustrated its ability to fulfill the originally intended purpose of enabling the design of new, quieter blades and rotors for the advancement of the Wind Energy Industry with limited environmental footprint. / Este trabalho descreve a pesquisa de elementos iniciais, o projeto, a implantação e a aplicação de uma ferramenta de predição de ruído de bordo de fuga, no desenvolvimento de aerofólios mais silenciosos para turbinas eólicas de grande porte. O objetivo imediato da ferramenta é permitir a comparação de desempenho acústico relativo entre aerofólios no início do ciclo de projeto de novas pás e rotores de turbinas eólicas. O objetivo mais amplo é possibilitar o projeto de turbinas eólicas mais silenciosas, mas de desempenho aerodinâmico preservado, pela indústria da Energia Eólica. A consecução desses objetivos demandou o desenvolvimento de uma ferramenta que reunisse, simultaneamente, resolução comparativa, eficiência computacional e interface amigável, devido à natureza iterativa do projeto preliminar de um novo rotor. A ferramenta foi integrada a um ambiente avançado de projeto e análise de turbinas eólicas, de código aberto, que pode ser livremente baixado na Web. Durante a pesquisa foi realizada uma ampla revisão dos modelos existentes para predição de ruído de bordo de fuga, com a seleção do modelo semi-empírico BPM, que foi modificado para lidar com geometrias genéricas. A precisão intrínseca do modelo original foi avaliada, assim como sua sensibilidade ao parâmetro de escala de turbulência transversal, com restrições sendo impostas a esse parâmetro em decorrência da análise. Esse critério permitiu a comparação de resultados de cálculo provenientes de método CFD-RANS e de método híbrido (XFLR5) de solução da camada limite turbulenta, com a escolha do último. Após a seleção de todos os elementos do método e especificação do código, uma parceria foi estabelecida entre a Poli-USP e a TU-Berlin, que permitiu a adição de um novo módulo de ruído de bordo de fuga, denominado \"PNoise\", ao ambiente de projeto e análise integrado de turbinas eólicas \"QBlade\". Após a adição, as rotinas de cálculo foram criteriosamente verificadas e, em seguida, aplicadas ao desenvolvimento de aerofólios mais silenciosos, com bons resultados acústicos e aerodinâmicos relativos a uma geometria de referência. Esse desenvolvimento ilustrou a capacidade da ferramenta de cumprir a missão para a qual foi inicialmente projetada, qual seja, permitir à Indústria desenvolver pás mais silenciosas que irão colaborar com o avanço da energia eólica através da limitação do seu impacto ambiental.