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Розглянуто питання використання металогідридів з метою підвищення безпеки процесів акумулювання та зберігання водню. Описано принципи побудови та роботи подібних пристроїв. Проведено дослідження адекватності аналітичних залежностей, що характеризують фізичні властивості металогідридів, експериментальним даним. The problems of using metal hydrides for the purpose of increasing the safety in the process of hydrogen storage are considered. The principles of construction and operation of such devices are described. The adequacy of the analytical relationships which characterize the physical properties of metal hydrides to experimental data is investigated. Рассмотрены вопросы использования металлогидридов с целью повышения безопасности процессов аккумулирования и хранения водорода. Описаны принципы построения и работы подобных устройств. Проведено исследование адекватности аналитических зависимостей, характеризующих физические свойства металлогидридов, экспериментальным данным.

This chapter intends to serve as a brief guide when someone is considering the use of wind energy for small power applications. It is discussed that small wind energy systems act as the major energy source for residential or commercial applications, or how to make it part of a microgrid as a distributed generator. In this way, sources and loads are connected in such a way to behave as a renewable dispatch center. With this regard, non-critical loads might be curtailed or shed during times of energy shortfall or periods of high costs of energy production. If such a wind energy system is connected to the public distibutor, it can serve as a backup system, as a non-interruptible power supply (with storage aggregation), provide low-voltage support, or give a clean surplus of energy transferred to the public network under economical and technological basis. In this chapter, several factors are also considered when selecting a generator for a wind power plant, including capacity of the AC system, types of loads, availability of spare parts, voltage regulation, technical personal and cost. If several loads are likely inductive, such asphase-controlled converters, motors and fluorescent lights, it is evaluated that synchronous generators or induction generators are an open-ended problem to be solved for the best choice.

Air conditioning has a growing participation in electricity consumption in Brazil and worldwide. It presents the possibility of storage in moments of generation of energy surplus or low thermal load. This possibility can be very useful for removing loads at times of peak demand, providing smoothing of the electrical load curve at any time, especially during peak hours. This master's dissertation presents a methodology for measuring the thermal conductivity of soil by using a window-type air conditioner adapted for this and its respective results. This research used a plate heat exchanger to replace the condenser coil of a window-type air conditioner adapted to heat flow measurement. Initially, the soil was cooled for a while, waiting for it to return to the previous temperature to start a new cycle. This process was called thermal pulse. Later, thermo-accumulation tests were carried out, when the soil was cooled with the simulation of scenarios of availability of excess energy generated by photovoltaic sources and/or with low thermal load for later recovery during peak hours. The equations of the curves generated by these processes were obtained and adapted to simulate the calculated load in a test room of the prototype house, located in geothermal site 1, of CEESP-UFSM. It was concluded that the short duration thermal pulses have greater heat recovery and that they are sufficient to acclimatize the test room during the duration of peak hours. Heat exchange is more efficient after thermo-accumulation cycles and no soil thermal saturation was observed. The inactivation time after each cycle was enough to maintain the same level of efficiency in the geothermal heat exchange. This situation is very promising for acclimatization whith the use of geothermal energy, as it allows the dimensioning of smaller heat exchangers or use in larger areas. The impact of a exchanger’s downtime or the thermo-accumulation time on it are challengin issues, and it is advisable to conduct longer tests and extend the results to the other geothermal sites. A climatização tem uma participação crescente no consumo de energia elétrica no Brasil e no mundo. Ela apresenta a possibilidade de armazenamento nos momentos de geração de excedentes de energia ou de baixa carga térmica. Essa possibilidadede pode ser muito útil para retirada de cargas nos momentos de pico de demanda, proporcionando a suavização da curva de carga elétrica a qualquer momento, em especial nos horários de ponta. Esta dissertação de mestrado apresenta uma metodologia para medição da capacidade de troca de calor do solo pela utilização de um climatizador do tipo janela adaptado para isso e seus respectivos resultados. Esta pesquisa usou um trocador de calor de placas em substituição à serpentina condensadora de um aparelho de ar-condicionado do tipo janela, adaptado à medição do fluxo de calor. Inicialmente, foi feito o arrefecimento do solo por um tempo, aguardando seu retorno à temperatura anterior para iniciar um novo ciclo. Este processo foi chamado de pulso térmico. Posteriormente, foram realizados testes de termoacumulação, quando foi resfriado o solo com a simulação de cenários de disponibilidade do excedente da energia gerada por fontes fotovoltaicas e/ou com baixa carga térmica para posterior recuperação durante horários de ponta. Foram obtidas as equações das curvas geradas por estes processos e feita sua adaptação para simular a carga calculada em uma sala de testes da casa-protótipo, localizada no sítio geotérmico 1, do CEESP-UFSM. Concluiu-se que os pulsos térmicos de curta duração têm maior recuperação de calor e que são suficientes para climatizar a sala de testes durante a duração dos horários de ponta. A troca de calor é mais eficiente após ciclos de termoacumulação e não foi observada saturação térmica do solo. O tempo de inativade após cada ciclo foi suficiente para manter o mesmo patamar de eficiência na troca de calor geotérmica. Esta situação é bem promissora para climatização com uso de geotermia, por permitir dimensionamento de trocadores de calor menores ou climatizar áreas maiores. O impacto do tempo de inativadade de um trocador ou o tempo de termoacumulação nele são temas desafiadores, sendo recomendável uma condução de testes com maior duração e estender os resultados a outros sítios geotérmicos.

Orientador: Jose Antenor Pomilio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta algumas alternativas para o emprego da máquina de indução trifásica com rotor tipo gaiola na geração de energia elétrica. Os sistemas propostos asseguram boa qualidade de energia, mantendo tensão trifásica regulada, com forma de onda senoidal e freqüência constante em 60 Hz. Pretende-se que estes sistemas sejam empregados em microcentrais hidrelétricas sem regulação de velocidade da turbina, para geração de energia em áreas rurais ou com baixa densidade populacional. O gerador de indução é conectado a um inversor PWM de tensão, o qual opera com freqüência fundamental constante, fixando a freqüência síncrona do gerador. Desta forma, o balanço de potência do sistema é refletido pela tensão CC do inversor, a qual pode ser regulada através do controle da carga CA ou da carga CC do sistema; ou ainda, através da operação como co-gerador, em conexão assíncrona com a rede monofásica da concessionária. Uma terceira alternativa é o emprego de reguladores de velocidade em sistemas de geração acionados por motores a combustão. Os resultados experimentais obtidos atestam a robustez dos sistemas analisados, e a viabilidadede implementação destas alternativas com potências de até 50 kW...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Some alternatives to the three-phase cage-rotor induction machine application in electric power generation were analyzed in this investigation. The proposed generation systems ensure satisfactory energy quality, as they are able to maintainbalanced three-phase voltage, with sinusoidal waveform and constant frequency at 60Hz. These systems are intended to be employed in unregulated-haft turbinedriven microhydroelectric power plants to supply rural as well as low-densely populated areas. The induction generator is connected to the AC side of a voltage-fed PWM inverter, which operates with constant fundamental frequency, maintaining constant synchronous frequency at the generator leads. Thus the system power-balance status is indicated by the inverter DC-voltage, which can be egulated through the AC or the DC load-control; as well as through the operation as single- phase utility-grid connected cogenerator. Moreover, a governed shaft-speed induction-generator based system was investigated. Such an alternative is intended to be applied in fuel-engine driven systems. The experimental results led to the conc1usionthat the studied structures are robust and feasible with rated power up to 50 kW...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq The dynamics of power systems with time-varying and non-linear elements is a complex matter since it involves continuous adjustments among every part for a suitable and efficient performance. Small disturbances in the load variation procedure also routinely occur. Consequently, the controller parameters must be adjusted to the variable conditions. The non-linear autoregressive model with exogenous input (NARX) neural network (NN) has been used in many non-linear dynamic systems. This paper explores the NARX combined with a multiobjective optimization by using genetic algorithms (GAs) to damp local and interarea oscillation modes. The NN model is trained by using a historical database determined by the GA for several load levels. Subsequently, the model can change the stabilizer parameters in real time after the learning phase. This study is used to tune a power system stabilizer (PSS) in a two-area four-machine system. This study is to adjust for the IEEE PSS4b in a system of four machines and two areas. The results of the simulations in the case study demonstrated that the GA-NARX-PSS had the best effects in dampening the oscillations resulting from the disturbances compared to other stabilizer adjustment techniques found in the literature. It was observed that the GA-NARX-PSS damped as oscillations caused by a short circuit with a longer duration than that supported by the PSS tuned with both AG optimization and the whale optimization algorithm (WOA). A dinâmica dos sistemas de energia com elementos variáveis no tempo e não lineares torna muito complexo garantir uma operação estável, pois requisita um ajuste contínuo de cada elemento com a finalidade de se obter um desempenho adequado e eficiente. Grandes perturbações como curtos-circuitos, chaveamento de linhas, desconexão de gerador ou perda de grandes blocos de carga podem acarretar oscilações de potência. O controlador mais utilizado para contrapor a estas oscilações é o Power System Stabilizer (PSS). As redes neurais artificiais (RNA) têm sido utilizadas como controle em muitas plantas dinâmicas não lineares. Para tal, esta tese explora a rede neural nonlinear autoregressive exogenous model (NARX) combinada com uma otimização multiobjetivo com a aplicação de algoritmos genéticos (AG) para amortecer as oscilações de potência. O modelo RNA é treinado utilizando um banco de dados determinado pelo AG para vários níveis de carga. Posteriormente, a própria rede pode alterar os parâmetros do estabilizador em tempo real. Uma nova técnica de geração de dados para treinamento da NARX é proposta, a qual necessita de poucos pontos de operação para que a rede neural reconheça os padrões do sistema. Este estudo é aplicado para ajustar o IEEE PSS4b em um sistema de quatro máquinas e duas áreas. Os resultados das simulações no estudo de caso demonstraram que o GA-NARX-PSS apresentou melhores efeitos no amortecimento das oscilações decorrentes das perturbações comparado com outras técnicas de ajuste de estabilizadores presentes na literatura. Observouse que o GA-NARX-PSS amorteceu as oscilações provocadas por curto-circuitos com tempo de duração maiores que o suportado pelo PSS sintonizado tanto com otimização via AG como com o algoritmo whale optimization algorithm (WOA).

This dissertation proposes a way to increase the frequency of electric machines driven by alternative sources with low speed of the driving fluid, such as wind and water. This work presents a technique for multiplying voltage frequency in electrical loads in a stable and safe way using two mechanically synchronized electrical generators. To prove this technique, this dissertation proposes the use of two electrical machines mechanically connected in phase opposition and driven by a single axis in such a way that their frequencies can be added synchronously. The primary driving machine can be of any type [BLDC (Brushless DC), synchronous or induction squirrel cage or coiled]. The secondary machine to be driven must necessarily have both, rotor and stator, wound. The windings of the primary and secondary machines must be connected in a counter phase mode. The resulting frequency may then be more compatible with that of the public network or as close as possible. This technique can reduce the gear ratio of mechanical gearboxes or avoid the need for very high switching frequencies of electronic power converters. This new alternative, in addition to reducing the proportion of speed multipliers, may even completely eliminate them for distributed generation. There have been many laboratory tests with this form of frequency multiplication using resistive, inductive and capacitive loads and connections to the public electricity distribution network. The modeling and simulations of the proposed circuits were performed in the PSIM software to verify the experimental laboratory tests. Esta dissertação propõe uma forma de aumento da frequência de máquinas elétricas acionadas por fontes alternativas de baixa velocidade do fluido acionador, como o vento e a água. Este trabalho apresenta uma técnica de multiplicação de frequência da tensão em cargas elétricas de forma estável e segura usando dois geradores elétricos sincronizados mecanicamente. Para comprovar tal técnica, esta dissertação propõe o uso de duas máquinas elétricas conectadas mecanicamente num modo em oposição de fase e acionadas por um único eixo de tal forma que se possa adicionar sincronizadamente as suas frequências. A máquina primária acionadora poderá ser de qualquer tipo [BLDC (Brushless DC), síncrona ou de indução do tipo gaiola de esquilo ou bobinada]. A máquina secundária a ser acionada deverá ter necessariamente ambos, rotor e estator, bobinados. Os terminais das máquinas primária e secundária deverão estar ligados em contrafase. A frequência resultante poderá ser então compatível com a da rede pública ou o mais próximo possível dela. Esta técnica poderá reduzir a relação de velocidades das caixas de engrenagens mecânicas ou evitar a necessidade de frequências de chaveamento muito altas dos conversores eletrônicos de potência. Essa nova alternativa, além de reduzir a proporção dos multiplicadores de velocidade, poderá até eliminar totalmente sua necessidade na geração distribuída. Foram feitos muitos testes de laboratório com esta forma de multiplicação de frequência usando cargas resistivas, indutivas e capacitivas e também conexões com a rede pública de distribuição de energia elétrica. A modelagem e as simulações dos circuitos propostos foram realizadas no software PSIM para verificar os testes experimentais de laboratório.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Companhia Estadual de Energia Elétrica - CEEE CPFL Energia The growing demands for electric energy have called attention of several nations about the environmental pollution caused by the sources of generation. In order to soften environmental these influences, many investments and incentives to the research, development and implementation of the generation of electric energy using natural resources, mainly wind, hydroelectric and solar. Photovoltaic technology is an increasingly and promising way to directly convert solar radiation into electrical energy without harming the environment in any sense. The insertion of this technology in large scales in several countries encouraged the expansion of studies trying to increase the performance of this technology, in terms of both construction and operating conditions. UFSM research group CEESP has developed a versatile prototype for this type research mostly related to photovoltaic modules. This prototype aims to increase the electrical performance of the photovoltaic modules, as well as the thermal utilization during its operation. This prototype allows experiments with fixed modules in adjustable positions, solar tracking in one and two axes, flat solar concentration and cooling with thermal storage either in water tanks or in with geothermal technology. This central is a completely automated installation, modular and reprogrammable. Based on the potentiality of this prototype, six lines of experimental research are proposed in this dissertation. The first one analyses the influence of the orientation and inclination angles on the electrical performance of the photovoltaic modules in monthly, seasonal and annual periods. The second line of study evaluates the performance of the photovoltaic modules installed on roofs to verify the influence of the operating temperature variation caused by the restrictions of natural thermal exchange due to proximity of the installation of the panel nearby or in direct contact with the roof. In the third line of research, are studied the effects of dirtiness from the photovoltaic power plant's location on the performance of modules conditioned to different cleaning routines were evaluated. The fourth line of research presents solar tracking under the condition of mostly cloudy skies, such as rainy and very cloudy weather. In the fifth line of study, it is investigated the influence of the mover step for solar tracking on one axis (East – West). The last line of research in this dissertation brought together solar tracking, solar concentration and panel cooling with thermal utilization as a means of enhancing the performance of photovoltaic modules. The experimental results of all these researches contribute technically to enhance the performance of photovoltaic modules. In addition, such results also can assist in decision making for the installation and use of photovoltaic modules, such as, for example, cleaning routine or positioning angle of fixed installations that aim to prioritize electrical performance at any specific period of the year. As crescentes demandas por energia elétrica têm preocupado as nações quanto à poluição ambiental causada pelas fontes de geração. Com o intuito de amenizar os impactos ambientais têm-se investido e incentivado a pesquisa, desenvolvimento e implantação da geração de energia elétrica provinda de recursos naturais, principalmente a eólica, a hidroelétrica e a solar. A tecnologia fotovoltaica tem se mostrado cada vez mais promissora por converter diretamente a radiação solar em energia elétrica sem agredir o meio ambiente nesta operação. A inserção desta tecnologia em grande escala em diversos países incentivou a ampliação de estudos para aumentar o desempenho desta tecnologia, tanto no aspecto construtivo quanto de suas condições de operação. O grupo de pesquisa CEESP da UFSM desenvolveu um protótipo versátil para pesquisas relacionadas aos módulos fotovoltaicos. Este protótipo tem por objetivo aumentar o desempenho elétrico dos módulos fotovoltaicos, bem como o aproveitamento térmico durante sua operação. Este protótipo permite experimentos com módulos fixos em posições ajustáveis, rastreamento solar em um e em dois eixos, concentração solar plana e arrefecimento com armazenamento térmico em reservatórios de água ou com a tecnologia geotérmica. Esta central é completamente automatizada, modular e reprogramável. Com base nas potencialidades deste protótipo propõem-se seis linhas experimentais de pesquisa nesta dissertação. A primeira analisa a influência dos ângulos de orientação e inclinação no desempenho elétrico dos módulos fotovoltaicos nos períodos mensais, sazonais e anual. A segunda linha de estudo avalia o desempenho dos módulos fotovoltaicos instalados em telhados para verificar a influência da variação da temperatura de operação causada pelas restrições da troca térmica natural devido à proximidade da instalação da placa próxima ou em contato direto com o telhado. A terceira linha de pesquisa avalia-se os efeitos da sujidade do local de instalação da central fotovoltaica no desempenho dos módulos condicionados à diferentes rotinas de limpeza. A quarta linha de pesquisa aborda o rastreamento solar sob a condição de céu majoritariamente nublado, como os chuvosos e muito enuviados. Na quinta linha de estudo averígua-se a influência do passo do movimentador no rastreio solar de um eixo (Leste – Oeste). A última linha de pesquisa desta dissertação reúne o rastreamento solar, concentração solar e arrefecimento com aproveitamento térmico como meios de potencializar o desempenho dos módulos fotovoltaicos. Os resultados experimentais de todas estas pesquisas contribuem tecnicamente para potencializar o desempenho de módulos fotovoltaicos. Além disso, tais resultados também auxiliam na tomada de decisão para a instalação e uso dos módulos fotovoltaicos, como por exemplo, rotina de limpeza ou ângulo de posicionamento de instalações fixas que almejem priorizar o desempenho elétrico em períodos específicos do ano.