Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE/ITEC

URI Permanente desta comunidadehttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2314

O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA) foi o primeiro e é considerado o melhor programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica da Região Amazônica. As atividades acadêmicas regulares dos cursos de mestrado e doutorado são desenvolvidas principalmente nas Faculdades de Engenharia Elétrica e Engenharia de Computação, supervisionadas pela Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (CPPGEE).

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Avaliação da influência da configuração de controladores de carga no desempenho de geradores fotovoltaicos suprindo uma nanorrede de distribuição em corrente contínua
(Universidade Federal do Pará, 2022-09-09) ALBUQUERQUE, Luana Oliveira de; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088
Este trabalho apresenta uma avaliação da produtividade de geradores fotovoltaicos, utilizando se diferentes configurações em controladores de carga empregados em sistemas isolados, estando estes controladores interconectados formando uma nanorrede de distribuição em corrente contínua. Para apoiar o estudo, realiza-se uma contextualização dos usos de microrredes e a apresentação da nanorrede utilizada, que se encontra instalada na área de testes do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE) da Universidade Federal do Pará. Ao longo do trabalho indicam-se os principais equipamentos responsáveis pela formação de rede neste tipo de sistema, sendo eles os controladores de carga, associados a sistemas de armazenamento de energia e geradores fotovoltaicos. Neste sentido, adotam-se configurações diferentes das recomendadas pelos fabricantes, mas dentro dos limites aceitáveis, com o intuito de aumentar a produtividade dos geradores fotovoltaicos e diminuir as perdas por captura. De acordo com os resultados obtidos, quando apenas um sistema de geração e armazenamento estava em operação foi constatado o aumento da produtividade da geração e a diminuição de perdas por captura; quando analisada a nanorrede com todos os sistemas em operação, com configurações distintas, foi constatada a diminuição das perdas por captura, mas o aumento da produtividade não pode ser identificado, por conta, principalmente, do intercâmbio de energia presente na nanorrede.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de desempenho operacional de microgeração e minigeração solar fotovoltaica em edificação comercial, industrial, residencial e pública no Estado do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2022-11-18) MONTEIRO, Weslley Leão; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088
Este trabalho avalia o desempenho operacional de diferentes Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica, instalados em 5 (cinco) unidades consumidoras, quatro na região metropolitana de Belém/PA e um em Santarém/PA, classe de consumo: Residencial, Comercial, Industrial e Pública, de modo a contribuir para a construção do conhecimento científico e tornar público valores de desempenho de geradores fotovoltaicos conectados à rede convencional na região Norte do País. Para isso, considerou-se para cálculos dos índices de mérito os dados de produção de eletricidade disponibilizado pela plataforma de monitoramento online do inversor de conexão à rede de cada SFCR, nos anos de 2019 a 2021. Para os sistemas em que apresentaram falhas na plataforma de monitoramento, considerou-se os dados apresentados no display do inversor. Para o cálculo da produtividade final (YF) de dois sistemas considerou-se o valor da potência real do gerador fotovoltaico através de ensaios de curva I-V realizadas a sol real com traçador de curvas (Solar IVe) disponibilizados pelo GEDAE/UFPA, considerando medições realizadas em um arranjo de um subsistema. Para o cálculo estimado de desempenho global considerou-se a base de dados do Meteonorm v8.0 para obtenção de irradiação no plano dos GFV. Os resultados obtidos neste trabalham permitem comparar o desempenho global estimado dos sistemas tornando evidentes que os resultados operacionais estão diretamente relacionados à solução implementada em cada sistema, às boas práticas durante as instalações, e a importância do controle mais rigoroso e contínuo do monitoramento dos SFCR.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação teórica e experimental de geradores fotovoltaicos sob diferentes condições de sombreamento
(Universidade Federal do Pará, 2017-08-10) RODRIGUES, Marinaldo de Jesus dos Santos; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088
Este trabalho faz uma avaliação do impacto do sombreamento em quatro sistemas experimentais instalados na área de testes do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas - GEDAE. Esses sistemas estão subdivididos em: um sistema experimental que avalia o impacto do sombreamento a nível de módulo e três a nível de Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR). Foi avaliada a operação desses sistemas em termos de suas condições naturais e por meio de sombreamentos forçados, aqui denominados de sombreamentos simulados. Os resultados obtidos foram aplicados a modelos de previsão da operação sob condições de sombreamento e no cálculo de figuras de mérito usadas na avaliação de sistemas FV. Os resultados obtidos neste trabalho complementam estudos tradicionalmente empregados na avaliação do impacto do sombreamento, mas que se restringem à avaliação das curvas I-V e P-V sob condições características e, na maioria dos trabalhos, aplicadas somente a nível de módulo FV. Além disso, este trabalho traz alguns resultados específicos associados ao sombreamento de um SFCR constituído de conversores c.c- c.c a nível de módulo.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação teórica experimental de sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água
(Universidade Federal do Pará, 2024-01-24) SILVA, Gabriel Bastos de Souza; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088; https://orcid.org/0000-0002-6097-8620
O sistema fotovoltaico de bombeamento representa uma solução para proporcionar acesso à água potável em comunidades remotas da região amazônica, seja para consumo humano ou para a irrigação agrícola, em áreas com limitações de fornecimento elétrico pela concessionária local. Um componente central desse sistema é a motobomba, encarregada de fazer a sucção do fluido e conduzi-lo por meio de um sistema de tubulação até o destino desejado, e está frequentemente associada a um dispositivo de condicionamento de potência. Este age como um conversor de corrente contínua para alternada e pode integrar um mecanismo de rastreamento do ponto de máxima potência do gerador fotovoltaico. No entanto, em sistemas fotovoltaicos, é comum que a motobomba opere em faixas de frequência abaixo da nominal, o que resulta em um rendimento inferior, em comparação com situações cujo fornecimento de energia é constante pela rede elétrica local. Diante disso, o presente estudo propõe uma abordagem baseada em equações teóricas dos componentes do sistema, com o objetivo de prever um ponto de operação otimizado da motobomba, por meio dos fatores que afetam o desempenho do gerador fotovoltaico, como a irradiância. Para isso, o laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas dispõe de uma bancada de simulação de alturas manométricas, a qual foi empregada neste trabalho para comparar o desempenho de três sistemas fotovoltaicos de bombeamento com as simulações realizada em um código no programa MATLAB, desenvolvido em uma tese de doutorado defendida no Programa de PósGraduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pará. Os resultados evidenciaram a eficácia da metodologia em indicar um ponto de melhor eficiência desses sistemas, indicando sua aplicabilidade em tipos específicos de sistemas de bombeamento. Embora em algumas situações a operação real tenha apresentado discrepâncias em relação ao previsto, de modo geral, esse modelo se revelou valioso para orientar projetos que visam a implementação de sistemas fotovoltaicos de bombeamento em determinados poços com eficiência energética aprimorada.
Acesso aberto (Open Access)
Controle de frequência de geração fotovoltaica considerando inércia virtual
(Universidade Federal do Pará, 2018-01-30) RAMOS, Vanessa Menezes; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
A integração em larga escala de fontes intermitentes de energias renováveis, como os sistemas fotovoltaicos, nos sistemas elétricos de potência gera novas questões técnicas, uma vez que tais fontes normalmente não participam na regulação da frequência devido não apresentarem inércia de rotação. A rápida variação da frequência existente em redes com grande integração de geração renovável ocasiona assim uma maior dificuldade na manutenção da estabilidade de frequência, pois diferentemente dos sistemas convencionais (por exemplo os Hídricos e Térmicos), onde a inércia dos geradores é suficientemente alta, para a maioria desses novos sistemas isso não é válido. Nesse contexto, na presente dissertação será proposta a utilização do conceito de “inércia virtual”, que corresponde a uma combinação de algoritmos de controle, dispositivos de armazenamento de energia elétrica e eletrônica de potência aplicada às fontes renováveis, como as fotovoltaicas, conectadas às redes de energia através de inversores, a qual emula a inércia de um sistema de geração convencional. Será apresentado ainda um modelo baseado em uma análise a pequeno sinal linearizado, desenvolvido para avaliar a estabilidade de um circuito de controle de potência quando o gerador fotovoltaico fornecer resposta em frequência, além da resposta inercial emulada com sistemas fotovoltaicos por meio de técnicas baseadas no controlador MPPT no Método de Deslocamento e da estratégia de controle Droop no domínio do tempo. Esta modelagem é testada em um sistema de energia elétrica composto por máquinas síncronas e uma planta de geração de energia fotovoltaica em larga escala para a análise dos efeitos do sistema de controle em relação à estabilidade de frequência. As simulações realizadas com o auxílio do software MATLAB/Simulink, consideram diferentes constantes de inércia para uma condição de variação (queda) na frequência elétrica, ocasionada pela inserção de cargas no sistema elétrico. Resultados comparativos indicam que é maior o impacto da geração fotovoltaica na estabilidade do sistema de energia quando a energia fornecida pelo gerador da planta convencional é menor. Resultados também comprovam que quando o sistema fotovoltaico está fornecendo energia para a rede elétrica, a frequência do mesmo decai afetando a estabilidade e operação do sistema de potência através da degradação da dinâmica de frequência.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de uma ferramenta computacional para otimização de cálculo luminotécnico de interiores baseado em algoritmo genético
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-17) MONTEIRO, Ana Laura Pinheiro Ruivo; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
Existe no mercado uma grande quantidade de lâmpadas e luminárias que apresentam características próprias, como a quantida de lúmens e vida útil. Deste modo, há várias combinações possíveis de lâmpadas e luminárias que podem ser empregadas como solução para adequar a iluminação de um determinado ambiente interno. O que irá diferenciar cada solução será o custo de investimento e o tempo de retorno financeiro. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta que fornece ao usuário a possibilidade de realizar estudos luminotécnicos para qualquer ambiente interno comercial, considerando múltiplos cenários e seguindo as normas estipuladas pela NBR ISO/CIE 8995-1:2013. Os estudos são realizados deforma otimizada através da execução de um Algoritmo Genético, o qual tem como função objetivo a minimização do tempo de retorno financeiro do investimento das lâmpadas e luminárias, que serão necessárias para o alcance de iluminância do ambiente. Para o desenvolvimento da ferramenta foram utilizadas planilhas eletrônicas associadas a linguagem de programação Pythoneo PyCharm, como ambiente de desenvolvimento. Utilizou-se o método dos Lúmens para dimensionamento luminotécnico, técnica de regressão linear simples para estimar a tarifa de energia elétrica para um período de 10 anos e Valor Presente Líquido juntamente com o payback descontado para análise de retorno financeiro das soluções geradas pela ferramenta. A ferramenta desenvolvida foi aplicada em quatro cenários distintos do edifício do Centro de Excelência em Eficiência Energética da Amazônia (CEAMAZON). Foram encontradas soluções válidas para todos os cenários, ou seja, um payback em até10 anos, levando em consideração o investimento inicial, o consumo anual e a manutenção,quando houver.As melhores soluções foram simuladas pelo software DIALux como auxílio na projeção da distribuição das luminárias nos ambientes. Os aspectos descritos nesse trabalho mostram a funcionalidade e aplicabilidade dessa ferramenta, visando dar suporte ao usuário no planejamento do dimensionamento de projetos luminotécnicos, tendo sido alcançado o objetivo estabelecido, mostrando-se funcional e efetivo.
Acesso aberto (Open Access)
Dimensionamento, simulação e análise econômica de um sistema fotovoltaico conectado à rede com armazenamento de energia.
(Universidade Federal do Pará, 2022-04-29) ARAÚJO, Richardson Salomão de; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088
Este estudo propõe um projeto de sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR) com sistema de armazenamento de energia para o Hospital da Criança e Adolescente (HCA) em Macapá-AP. Apresenta o dimensionamento do sistema contemplando o banco de baterias de íons de lítio, modelagem do sistema fotovoltaico, bem como a simulação do funcionamento do sistema proposto, realizado na ferramenta computacional Simulink/Matlab 2018b, a fim de mensurar a estimativa de energia a ser produzida e armazenada. O objetivo é a geração e armazenamento de energia durante o dia (horário fora de ponta), para poder ser utilizada pela carga no horário de ponta, cujo valor da tarifa é mais alto. Após as simulações realizadas para os meses de maior e menor irradiação global incidente no plano gerador, bem como para os dias do ano de maior e menor irradiação, verificou-se como resultado obtido, nesse último caso, que o sistema precisará conectar à concessionária ainda dentro do horário de ponta, demonstrando que haverá dias em que não se conseguirá carregar o sistema de armazenamento de forma satisfatória. É proposto também, um orçamento estimativo do sistema e sua análise financeira em função da produção de energia estimada em simulação. É demonstrada a viabilidade econômica, com retorno do investimento em nove anos, ao longo do período de vida do SFCR, como também é realizada análise de sensibilidade econômica em função de parâmetros financeiros como valor da tarifa de energia e custo watt-pico do sistema. Todavia, o sistema cumprirá com sua missão de diminuir o custo da conta de energia do HCA de maneira sustentável e pode receber ampliação (escalabilidade)
Acesso aberto (Open Access)
Gestão de armazenamento de energia integrado com fontes renováveis e intermitentes
(Universidade Federal do Pará, 2023-07-13) MORAES, Wuanda Letícia da; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813
O presente trabalho aborda a configuração do armazenamento de energia integrado à fontes renováveis intermitentes, especialmente sistemas fotovoltaicos, conectados à rede de distribuição de energia elétrica. Este é resultado de um Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) de Sistema Inteligente de Mobilidade Elétrica Multimodal na Região Amazônica (SIMA), desenvolvido no Centro de Excelência em Eficiência Energética da Amazônia (CEAMAZON), onde há uma mini rede com geração fotovoltaica, geração à diesel, eletro posto, armazenamento de energia e ponto de acoplamento com a rede CA da cidade universitária Profº Drº José da Silveira Netto. O gerenciamento da mini rede conta com a tecnologia de um inversor híbrido associado a um controlador de carga, capaz de informar e gerir a potência que está sendo gerada pelos arranjos FV, o estado de carga do banco de baterias, que também possui um gerenciamento próprio, através de BMS (Battery Management System); e a potência que está sendo injetada no barramento CA. De posse do estudo de caso, foram definidas as estratégias de gerenciamento de energia através do gerenciamento pelo lado da demanda (GLD) no horário de ponta (time shift) com redução de 55% no custo total da fatura anual de 2022 do prédio do CEAMAZON. Além disso apresentou-se análise de viabilidade econômica através do fator de carga na ponta (FCp) com dados de VLP do PDE 2032, chegando em um resultado positivo e justificável para aplicação. Por fim, a análise de mecanismos de carbono chegou a um equivalente de sustentabilidade de 11 árvores típicas da Floresta Amazônica cultivadas pelo total de emissões evitadas em 2022 na cidade universitária; e um crédito de carbono 298,43 𝑡𝐶𝑂2, correspondendo a R$ 131.902,4 para o mercado de carbono.
Acesso aberto (Open Access)
Impactos de cargas motrizes na qualidade de energia e eficiência energética em uma nanorrede de distribuição em corrente contínua
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-22) ALVES, Victor Parente de Oliveira; GALHARDO, Marcos André Barros; http://lattes.cnpq.br/6672470707462259
Este trabalho apresenta um estudo experimental envolvendo os impactos de cargas motrizes na qualidade de energia elétrica e eficiência energética em uma Nanorrede de Distribuição em Corrente Contínua (NDCC) idealizada e implementada pelo Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE) em Ilha das Onças, na comunidade às margens do Rio Piramanha, Barcarena-Pará. Para tanto, selecionou-se dois tipos de cargas motrizes visando à realização do presente trabalho, sendo motobombas,com modelos c.c. conectados diretamente à NDCC e c.a., atendidos por intermédio de inversores; e equipamentos para refrigeração: geladeira e freezer, ambos possuindo o mesmo modelo de compressor e operando em corrente contínua. No trabalho, apresentam-se as características técnicas da NDCC, bem como a instrumentação utilizada para medição e aquisição de dados envolvendo os parâmetros elétricos da rede e cargas monitoradas. Os eventos de qualidade de energia abordados dizem respeito, especialmente, a presença de ondulações (ripple) com a injeção de corrente c.a. ao longo da NDCC no regime permanente de operação das cargas motrizes e corrente de inrush durante o acionamento das motobombas. Em relação aos eventos de curta duração, dá-se foco ao afundamento de tensão durante o acionamento das cargas motrizes de refrigeração, visto que há um pico de demanda de elevada magnitude, chegando a mais de 28 vezes em relação à corrente nominal efetiva, ou valor rms, para uma das cargas. No que diz respeito à eficiência energética, faz-se um estudo comparativo envolvendo o cenário atual de operação da nanorrede com o uso de cargas mistas c.c. e c.a. e outros tecnicamente possíveis, porém não implementados, a fim de se destacar os benefícios da configuração adotada atualmente para o suprimento energético das famílias na localidade. Por fim, abordam-se ainda como resultados estimativas de custos evitados e reduções de emissões, considerando antes da implantação da NDCC o uso de motobombas à gasolina,mediante apresentação de dados e informações obtidos sobre uma das residências apresentadas no trabalho.
Acesso aberto (Open Access)
Influência da microgeração fotovoltaica no perfil de demanda e seus impactos na geração de harmônicos na rede
(Universidade Federal do Pará, 2024-02-29) PARIJÓS JÚNIOR, Ivan Ruy de; GALHARDO, Marcos André Barros; http://lattes.cnpq.br/6672470707462259; https://orcid.org/0000-0001-6248-5187; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088; https://orcid.org/0000-0002-6097-8620
Este estudo aborda a inserção da geração fotovoltaica na rede elétrica, enfatizando a necessidade de considerar a alteração no perfil de carga das unidades consumidoras e a presença de componentes harmônicas na corrente da rede, produzidas pelas cargas com características não lineares e pelos inversores fotovoltaicos. No estudo foram considerados diferentes percentuais de carregamento do inversor, com o intuito de avaliar sua influência na operação da rede elétrica, devido aos diferentes níveis de componentes harmônicas. O trabalho compreende uma etapa experimental, uma etapa de elaboração de modelos de corrente de saída de inversores e outra de simulação. Na etapa experimental, foram coletados dados das correntes de saída de três inversores fotovoltaicos. Estes dados foram então utilizados na etapa de elaboração de modelos das correntes de saída dos inversores, para a realização de análises teóricas, avaliando aspectos que influenciam a qualidade de energia elétrica da rede. Esses modelos foram então utilizados na etapa de simulação. As redes avaliadas na etapa de simulações incluem um sistema padrão IEEE e uma rede isolada real, localizada na região Norte do Brasil. Foram feitos os comparativos da Capacidade de Hospedagem das redes utilizando duas estratégias diferentes. Na primeira estratégia foi utilizado o fluxo de potência convencional. A segunda estratégia foi feita aplicando-se os modelos desenvolvidos. Observa-se que a operação de diferentes inversores em uma mesma rede pode contribuir para a atenuação de harmônicos. Além disso, destaca-se que a presença dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede, operando em conjunto com as cargas, causa uma aparente elevação do conteúdo harmônico da corrente na rede, quando, na verdade, ocorre a redução da componente fundamental circulante. Os resultados obtidos apontam que estudos de fluxo de potência convencionais podem subdimensionar a intensidade das correntes circulantes na rede por desconsiderar a presença de componentes harmônicas. O trabalho inova ao realizar a avaliação da circulação de componentes harmônicas na rede devido à operação conjunta da geração fotovoltaica e da carga, considerando diversas situações de carregamento do inversor e os efeitos da corrente elétrica do consumidor, incluindo a fase das componentes harmônicas.
Acesso aberto (Open Access)
Investigação experimental de estratégias de controle robusto aplicadas à melhoria de desempenho de um conversor de potência CC/CC do tipo buck com estrutura Single Inductor Multiple Output
(Universidade Federal do Pará, 2024-08-05) MONTAÑO SAAVEDRA, Alvaro Christian; MEDEIROS, Renan Landau Paiva de; http://lattes.cnpq.br/8081923559538095; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Recentemente, conversores de potência CC/CC têm ganhado uma ampla atenção, especialmente na indústria, telecomunicações e no controle de fontes renováveis de energia. O incremento no uso desta tecnologia poder ser explicada pela crescente demanda de uma regulação de tensão DC de alta qualidade em várias aplicações. Adicionalmente, os recentes avanços em eletrônica de potência junto com a engenharia de controle aceleraram o desenvolvimento dos conversores de potência CC/CC. Portanto, buscaram a otimização destes conversores em vários sentidos, por exemplo, melhorando eficiência de conversão e reduzindo seu peso e custo. No trabalho proposto são investigadas estratégias de controle para regulação de tensão em um sistema conversor Buck DC-DC de indutor único e saída dupla (SIDO). Com base em um modelo nominal de planta de múltiplas entradas e múltiplas saídas e requisitos de desempenho, tanto um Regulador Linear Quadrático (LQR) quanto uma lei de controle do tipo PI Desacoplada são projetados para controlar o sistema conversor de energia sob incertezas paramétricas, como variação da fonte de tensão, variações de cargas de potência constante (CPLs) e variações das resistências de carga. Um protótipo de um conversor Buck DC-DC de saída dupla com indutor único foi desenvolvido para testes experimentais. Os resultados indicam que a abordagem da estratégia LQR proposta é razoável e fornece melhorias adequadas de desempenho nos controladores do conversor SIDO nas condições de variação da fonte de tensão e variações nas resistências de carga, oferecendo desempenho robusto e estabilidade do sistema; no entanto, mais pesquisas são necessárias para lidar com variações nas cargas de potência constante e no projeto do controlador PI para sua aplicação neste tipo de planta.
Acesso aberto (Open Access)
Metodologia integrada utilizando sensoriamento remoto em redes neurais artificiais na quantificação do potencial de biomassa florestal na Amazônia
(Universidade Federal do Pará, 2008-04-08) ALMEIDA, Arthur da Costa; ROCHA, Brigida Ramati Pereira da; http://lattes.cnpq.br/9943372249006341
Reconhecimento e classificação de padrões em imagens digitais é uma habilidade importante nos dias atuais, pois permite reconhecer e identificar objetos de interesse nessas imagens. Este trabalho propõe e implementa uma metodologia integrada de reconhecimento de padrões relacionados com biomassa na floresta amazônica, com o objetivo de extrair daí informações sobre potencial energético dessa biomassa para fins de utilização como combustível primário para produção de energia elétrica para eventual uso em comunidades isoladas da Amazônia. Para isso combina informações de inventário florestal obtidas em campo com classificação e reconhecimento de padrões de biomassa em imagens de satélite de média resolução (LANDSAT, CBERS). A técnica utilizada para isso vem da área de inteligência computacional: as redes neurais artificiais com arquitetura de Funções de Base Radial (RBF) e do tipo Mapa Auto-Organizável (SOM) de Kohonen. Os resultados são combinados em um Sistema de Informações Geográficas gerando um banco de dados para uso em planejamento energético com recursos renováveis, aplicáveis às áreas isoladas da Amazônia.
Acesso aberto (Open Access)
Metodologia para o projeto preliminar de edifícios utilizando otimização multiobjetivo baseada na simulação de desempenho
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-11) ZEMERO, Bruno Ramos; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
O consumo de energia em edificações tem um grande impacto energético e ambiental em todo o mundo. O projeto arquitetônico tem um grande potencial para resolver esse problema, porque a envoltória da edificação exerce influência sobre o desempenho geral do sistema, mas essa é uma tarefa que envolve muitos objetivos e condicionantes. Nas últimas duas décadas, estudos de otimização aplicados à eficiência energética de edificações ajudaram projetistas a escolher as melhores opções de projeto. No entanto, ainda há uma falta de abordagens de otimização aplicadas ao estágio inicial de projeto, que é o estágio mais influente para a eficiência energética da edificação ao longo de todo o seu ciclo de vida. Portanto, esta tese apresenta um modelo de otimização multiobjetivo para auxiliar os projetistas no partido arquitetônico da edificação, por meio do algoritmo PAES (Pareto Archived Evolutionary Strategies) com o EnergyPlus Simulator acoplado, para avaliar as soluções. O processo de busca é executado por um matriz binária onde os componentes da matriz evoluem ao longo das gerações, juntamente com os outros componentes da edificação. A metodologia visa encontrar soluções ótimas com o menor custo construtivo associado à maior eficiência energética. No estudo de caso, foi possível simular o processo de utilização do modelo de otimização e analisar os resultados em relação a: princípios bioclimáticos, desempenho econômico, desempenho ambiental, desempenho energético, usabilidade e precisão, provando que a ferramenta serve como suporte no projeto de construções. As soluções ótimas atingiram uma considerável economia de energia e emissões operacionais de CO₂ operacionais em relação ao típico, bem como retorno do investimento a curto prazo nos quatro diferentes climas.
Acesso aberto (Open Access)
Metodologias de controle de tensão com justiça de corte da geração fotovoltaica em redes de distribuição de baixa tensão
(Universidade Federal do Pará, 2024-01-31) LOPES, Andrey da Costa; VIEIRA, João Paulo Abreu; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913
A crescente preocupação com as mudanças climáticas e o aquecimento global têm motivado a atual transição energética, que diz respeito à mudança de combustíveis fósseis para fontes de energia renováveis (FER), num esforço para reduzir as emissões de CO2. Esta transição energética tem impulsionado a eletrificação da economia, promovendo crescimento expressivo de FER, com destaque para energia solar fotovoltaica. Nesse contexto, a descentralização do setor elétrico tem possibilitado a integração direta dessas fontes às Redes de Distribuição de Baixa Tensão (RDBTs). Contudo, a integração massiva de Micro Geração Solar Fotovoltaica (µGFV) nessas redes tem causado fluxo de potência reverso, resultando em desafios técnicos como sobretensão e sobrecarga térmica nos ativos das mesmas. Soluções, como o Controle Volt-Watt (CVW) em Inversores Fotovoltaicos (IFVs), têm se mostrado eficazes para lidar com problemas de tensão. No entanto, tal controle tem levado a um corte desigual (injusto) de potência ativa entre os IFVs, durante a atuação do CVW, penalizando por vezes os consumidores mais distantes do transformador de distribuição. Além disso, questões de estabilidade relacionadas à convergência na dinâmica do CVW, devido à inclinação da curva Volt-Watt, têm sido consideradas em diversos estudos. Portanto, este trabalho apresenta uma nova metodologia de ajuste de curvas Volt-Watt, garantindo a estabilidade do CVW e, simultaneamente, assegurando um corte justo entre os IFVs. Essa abordagem é aplicada em duas arquiteturas de controle de tensão, descentralizada e centralizada, respectivamente. Na primeira metodologia utiliza-se um modelo linearizado da rede para o ajuste de curvas Volt-Watt, utilizando medição local nos pontos de conexão dos respectivos IFVs. Já na segunda metodologia, utiliza-se uma matriz de sensibilidade de tensão para o modelo linearizado da rede ao aplicar o ajuste de curvas Volt-Watt, em que os parâmetros dos CVW são coordenados em tempo real, auxiliado por medições locais nos respectivos IFVs. Os estudos foram conduzidos em um conjunto de RDBTs e avaliadas quanto à efetividade e justiça dos cortes de potência de forma quantitativa, utilizando o Índice de Equidade de Jain, do inglês, Jain’s Fairness Index (JFI) como métrica. Os resultados confirmaram a efetividade do controle proposto em mitigar problemas de tensão, atuando de maneira justa ao exportar igualmente o excedente de energia para a rede, ao mesmo tempo em que assegura a estabilidade do controlador. Além disso, as penalidades decorrentes da dependência local dos IFVs nos cortes foram eliminadas em comparação às estratégias convencionais de CVW.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem e simulação para avaliação de desempenho de sistema fotovoltaico do tipo SIGFI-45 operando com diferentes configurações
(Universidade Federal do Pará, 2023-08-14) BULHOSA, Lucas dos Santos; GALHARDO, Marcos André Barros; http://lattes.cnpq.br/6672470707462259
O presente trabalho visa apresentar a avaliação de desempenho de um sistema fotovoltaico do tipo Sistema Individual de Geração de Energia Elétrica com Fonte Intermitente – SIGFI, empregando diferentes configurações de equipamentos, como gerador fotovoltaico e controlador de carga, por meio da modelagem dos componentes do sistema e simulação empregando o software Matlab/Simulink. Para a validação do modelo, tomou-se como estudo dados monitorados de um sistema real SIGFI com disponibilidade energética mensal mínima de 45 kWh, implantado na área externa do prédio do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas da Universidade Federal do Pará (GEDAE/UFPA), considerando-se na monitoração a obtenção de parâmetros elétricos no lado c.c. e c.a. do sistema, bem como parâmetros ambientais. Desta forma, realizou-se ensaios práticos com diferentes configurações de equipamentos e os dados obtidos nestes ensaios foram também utilizados para validar os resultados das simulações do modelo desenvolvido para o sistema. Ressalta-se que os ensaios foram concebidos com o uso de controladores de carga com e sem o mecanismo de rastreamento do ponto de máxima potência, bem como o acoplamento direto do gerador fotovoltaico no banco de baterias (operação com autorregulação). Após validação do modelo, tem-se a possibilidade de uso da plataforma para simular o desempenho operacional do sistema para perfis distintos de irradiância global e temperatura com o uso das configurações de equipamentos consideradas, e ainda operando com diferentes curvas de carga e estado inicial de carga do banco de baterias. Obtendo-se os melhores resultados nas simulações para o caso com mecanismo de rastreamento, módulos com 60 células e com os picos de consumo próximos ao horário de maior produção, alcançando resultados onde 58% da carga foi atendida diretamente pela geração.
Acesso aberto (Open Access)
SIS2GER e SISGAE2B formando um ecossistema de soluções para gerenciamento de indicadores elétricos, ambientais e financeiros em sistemas de geração fotovoltaica e de armazenamento de energia
(Universidade Federal do Pará, 2023-06-06) CARVALHO, Izídio Sousa de; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
Atualmente existe um crescente aumento na demanda por energia elétrica em diversos países do mundo, esse aumento é impulsionado pela maior quantidade de equipamentos elétricos e eletrônicos conectados à rede elétrica em residências, bem como pela utilização de novos maquinários por parte da indústria. Dado o constante aumento na demanda de energia elétrica, também tem aumentado a geração de energia elétrica, principalmente, utilizando-se fontes renováveis. Acompanhando a tendência mundial, o Brasil vem passando por um processo de transição energética, utilizando fontes renováveis como solar e eólica, principalmente. E nesse contexto tem-se o presente trabalho, visando o desenvolvimento e implementação de softwares a formar um ecossistema computacional, contendo diversos tipos de sistemas conectados, sendo parte do Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) do Sistema Integrado de Mobilidade Elétrica Multimodal (SIMA), tendo como sua base o projeto piloto de uma cidade inteligente implementada na Cidade Universitária Professor José Silveira Netto da Universidade Federal do Pará (UFPA) para o estudo do impacto da implementação de uma infraestrutura desse porte, originado por meio da chamada nº 22/2018 da ANEEL e nomeado como cabeça de série dentro da Cadeia de Inovação da ANEEL. Com base nesse contexto, este trabalho propõem o desenvolvimento de dois softwares de gestão de sistemas de geração de energia renovável e sistemas de armazenamento de energia elétrica, uma vez que, por meio de um bom monitoramento e gerenciamento, é possível aumentar eficiência, segurança e qualidade da energia elétrica de um determinado sistema. Para desenvolvimento dos softwares foram utilizadas tecnologias que proporcionasse aos sistemas serem sistemas escaláveis e de fácil implementação, como o Docker, para a construção dos ambientes de desenvolvimento e produção; o framework Laravel, para a codificação dos softwares; e o Middleware DOJOT para o armazenamento dos dados de medição para cada sistema gerenciado.
Acesso aberto (Open Access)
Sistema de monitoração e estimativa da produção de energia elétrica de sistemas fotovoltaicos conctados à rede na edificação do GEDAE/PARÁ
(Universidade Federal do Pará, 2023-08-22) SILVA, Yan dos Santos; GALHARDO, Marcos André Barros; http://lattes.cnpq.br/6672470707462259
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de mecanismos de monitoramento e estimativa de produção de energia elétrica por Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR) instalados na edificação do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas da Universidade Federal do Pará (GEDAE/UFPA). A pesquisa envolve a avaliação operacional no lado c.a. dos SFCR conectados em quadros parciais e geral, os quais são utilizados para agregar um conjunto de SFCR e para a obtenção de registros de medidores de multigrandezas elétricas por meio de uma ferramenta de monitoramento local; bem como abrange a criação de um sistema de monitoramento remoto por aplicação web, para o acompanhamento operacional e a realização de simulações voltadas para estimativas de produção de energia elétrica dos SFCR.Estas estimativas são procedidas a partir do uso de modelos matemáticos e dados meteorológicos coletados via estação meteorológica instalada no GEDAE/UFPA; de um registrador de dados no local (como alternativa de obtenção de dados de irradiância e temperatura); e dados fornecidos pela plataforma da Agência Aeroespacial dos Estados Unidos (NASA), para o preenchimento de eventuais lacunas provocadas por falhas na monitoração do sistema. Os resultados indicam a confiabilidade das medições dos SFCR nos quadros parciais, mas também ressaltam a necessidade de reativar sistemas inoperantes e implementar novos sistemas para aumentar a exatidão das medições no quadro geral. Além disso, os SFCR contribuem em média com cerca de 25% no suprimento do consumo de energia elétrica naedificação do GEDAE/UFPA, resultando em uma economia importante nos gastos com energia elétrica ao longo dos anos de 2011 a 2023. No entanto, a economia poderia ser ainda maior com a restauração de alguns sistemas, enfatizando-se a importância das medidas de restauração e monitoração contínua de desempenho dos sistemas, a fim de aumentar a contribuição energética e benefícios econômicos da utilização dos SFCR.
Acesso aberto (Open Access)
Tecnologias de propulsão elétrica aquaviária: projeto conceitual de embarcação híbrida com foco em atendimento as práticas ambientais, sociais e de governança (ESG)
(Universidade Federal do Pará, 2023-09-14) LIMA, Fernanda Costa de; FONSECA, Wellington da Silva; http://lattes.cnpq.br/5066230825214516
A pesquisa sobre o sistema de mobilidade elétrica naval contribuí significativamente para a transição energética hidroviária. Dados estes mostrados, a partir dessa pesquisa que investiga as tecnologias de propulsão elétrica como uma solução para a mobilidade hidroviária sustentável. A proposta envolve a modificação do sistema de propulsão convencional a combustão para um sistema elétrico, equipado com módulos fotovoltaicos para torná-lo mais eficiente. O propósito do barco é fazer viagens curtas, transportando turistas ao longo da costa do Rio Guajará, localizado na região da Amazônia Oriental de Belém/Pará. A partir da descrição do Projeto conceitual, analisou as previsões e os impactos dos barcos elétricos na indústria marítima, considerando especificamente a dependência de Elementos de Terras Raras para produção da alta tecnologia naval elétrica. A proposta de eletrificação ilustra as principais tecnologias do setor marítimo, que inclui: banco de baterias de íons de lítio, motores elétricos e módulos fotovoltaicos. A metodologia foi composta por meio de visitas técnicas usando um questionário semiestruturado para obter informações sobre o modal e levantamento da irradiação local. A partir do dimensionamento do sistema, mostrou os benefícios da propulsão elétrica em termos de eficiência energética, viabilidade econômica e redução de emissões de GEE do projeto. Mediante o contexto, o sistema apresentou resultados satisfatórios, mas com vários limitações e desafios a superar, incluindo a energia sistema de armazenamento, ou seja, a necessidade de mais energia aumenta a bateria consumo, criando um ciclo de aumento contínuo de peso, demanda energética e alto custo. Por fim, propõem as recomendações apresentadas para a implementação efetiva do projeto no futuro. Para o direcionamento dos equipamentos em depreciação do sistema propulsivo elétrico, em torno da recuperação dos Elementos de Terras Raras com foco a necessidade em abastecer a cadeia de suprimento e visando um planejamento futuro. No entanto, um dos grandes desafios, estão em torno da viabilidade metodológica e preservar as propriedades magnéticas, para assim retornar a cadeia produtiva. É importante ressaltar que, a análise ESG é fundamental para identificar riscos potenciais ambientais e sociais associados às críticas minerais aplicadas em VEs marítimos. Além disso, permite o desenvolvimento de estratégias de mitigação, incentiva a inovação em processos produtivos sustentáveis e promove a adoção de melhores práticas na indústria. A consideração desses aspectos contribui para a construção de uma cadeia de suprimentos responsável e justa. Embora existam desafios de viabilidade econômica e estratégias das stakeholders, na qual a recuperação desses materiais poderia ser uma fonte de abastecimento significativa por um determinado período para acelerar o processo de transição energética justa.

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