Defesa de Dissertação de Mestrado – Paulo Henrique Foganholo Bizetto – 15/6/2021

04/06/2021 15:41
Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluno Paulo Henrique Foganholo Biazetto
Orientador Prof. Gustavo Artur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC
Data 15/6/2021 (terça-feira) – 14h

Videoconferência (https://meet.google.com/qdu-prvt-rcj)

Banca Prof. Gustavo Artur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Prof. Marcus Vinícius Americano da Costa Filho, Dr. – UFBA;

Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC;

Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC.

Título Development of an Optimal Control Strategy for Temperature Regulation and Thermal Storage Operation of Solar Power Plants
Resumo: O consumo global de energia e eletricidade está aumentando rapidamente devido ao crescimento da população, industrialização e urbanização. Como as fontes de combustíveis fósseis estão se esgotando e emitem gases do efeito estufa, o mundo está investindo em tecnologias de geração de energia  renovável. Pesquisas têm mostrado que as fontes de energia solar, eólica e biomassa são as mais promissoras e podem contribuir para o aumento da produção energética e para a redução dos impactos ambientais ocasionados pela queima dos combustíveis fósseis. Dentre estas fontes renováveis, o Brasil tem um grande potencial para o aproveitamento de energia solar térmica devido à sua localização geográfica. Plantas solares térmicas são compostas de um campo de coletores solares, um ciclo de potência e um sistema de armazenamento térmico que permite que a planta opere em horários escalonados ao invés de somente em modo de despacho da energia solar atual. Assim, os objetivos de controle nestes sistemas são maximizar a energia solar captada no campo de coletores solares e a receita de energia elétrica no bloco de potência de acordo com uma tarifa de energia. Os sistemas de controle destas plantas são complexos devido às suas características não lineares e multivariáveis, bem como as várias restrições de operação. Se comparado com os países detentores de tecnologias de energia solar, o Brasil ainda possui carência de conhecimentos para projeto e operação de tais sistemas. Neste sentido, técnicas de controle avançado e otimização terão que ser desenvolvidas levando em consideração as características particulares do clima e sistema de tarifas da venda de eletricidade no Brasil, o que gera um conhecimento específico para o desenvolvimento de tecnologia local. Nesta dissertação, uma estratégia de controle ótimo para plantas solares térmicas é proposta. Para isso, um modelo matemático fenomenológico foi primeiramente estudado e desenvolvido levando em consideração as principais características da planta. Graças as propriedades físicas dos subsistemas envolvidos, os objetivos de controle podem ser desacoplados e o sistema de controle proposto é projetado de forma descentralizada: um controlador ótimo que visa obter a trajetória ótima dos estados do campo de coletores solares, minimizando uma função custo associada ao rastreamento de referência de temperatura; e outro para calcular a política de controle para o armazenamento/despacho dos tanques térmicos. A metodologia é considerada com uma perspectiva rigorosa de forma a mostrar o que pode ser efetivamente garantido com a utilização dela. Além disso, sua implementação prática é discutida através de uma abordagem direta, na qual o controlador é transformado para um problema de programação não linear. Diversas simulações com tarifas de energia e dados meteorológicos do Brasil são apresentados para ilustrar o desempenho da metodologia proposta. Por fim, um estudo comparativo com uma estratégia de controle clássica apresenta as melhorias na receita da energia produzida neste cenário de simulação. São estimados ganhos de até 13,5% em termos de receita anual, caso a estratégia de controle ótimo seja adotada.