Hybrid model predictive control for solar fields

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Elias, Tiago de Araújo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Engenharia de sistemas
Automação
Coletores solares
Controle preditivo
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205869
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2018.
id UFSC_039d94d60a1d7f99a646995419389027
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/205869
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str
spelling Hybrid model predictive control for solar fieldsEngenharia de sistemasAutomaçãoColetores solaresControle preditivoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2018.O objetivo deste trabalho é desenvolver algoritmos de controle para campos de coletores solares. O calor gerado nos campos solares é utilizado como fonte de energia para sistemas térmicos e para sistemas de geração de energia elétrica. Considerando que os combustíveis fósseis possuem uma natureza finita e os impactos ambientais causados pelo seu uso, existe hoje um interesse em utilizar fontes de energia que sejam renováveis. Nesse cenário o Sol aparece como a fonte renovável mais abundante que pode ser aproveitada em plantas fotovoltaicas (que transformam diretamente a irradiação em energia elétrica) ou termosolares (que usam a irradiação do Sol para gerar energia térmica, que posteriormente é convertida em eletricidade em uma unidade termoelétrica). Plantas termosolares são complexas e o uso de controle automático pode melhorar a sua eficiência, reduzindo assim o custo por kilowatt hora produzido. Em sistemas solares a fonte de energia não pode ser controlada, dessa forma controlar e limitar a temperatura máxima do fluido de trabalho é uma preocupação para manter a segurança dos equipamentos. O controle de temperatura do campo normalmente é realizado alterando a vazão do fluido que circula pelos coletores. Porém, muitas vezes esse controle não tem a capacidade de limitar a temperatura em situações extremas. Existem duas maneiras de limitar a temperatura do fluido em situações extremas: reduzir a captação da energia solar no coletor ou remover o excesso de calor. Neste trabalho um algoritmo de controle avançado é desenvolvido para reduzir a captação de energia solar através da desfocagem dos coletores. Outro problema importante nos sistemas heliotérmicos é o desbalanceamento energético causado pela irradiação não uniforme. Em grandes campos solares podem ocorrer situações em que parte do campo tenha cobertura por nuvens. Na presença de nuvens o ganho energético é baixo e a parte coberta por nuvens começa a funcionar como um dissipador de energia. Para evitar essas situações, neste trabalho é desenvolvido um controlador para desativar as partes do campo solar que são afetadas pela passagem de nuvens. A formulação dos algoritmos de controle propostos neste trabalho para os dois casos citados é baseada em representação mista lógica dinâmica dos campos solares com a utilização de controle preditivo baseado em modelo prático não linear para calcular a ação de controle ótima. Os principais objetivos dos controladores são: (i) desativar campos com temperatura de entrada maior do que a temperatura de saída e manipular o fluxo volumétrico dos campos ativos para seguir referência de temperatura; (ii) desfocar coletores solares quando a temperatura atinge o valor máximo e manipular o fluxo do fluido para manter a temperatura de saída do campo em uma referência desejada. Os resultados dos algoritmos propostos são apresentados considerando cenários de superaquecimento do fluido de trabalho, para apresentar as vantagens da utilização do algoritmo de desfocagem e cenários com passagem de nuvens sobre alguns setores do campo solar, para apresentar as vantagens da utilização do algoritmo de desativação de campos.Abstract : This master thesis presents an advanced control algorithm for reducing heat losses caused by clouds in large-scale solar fields and an algorithm for defocusing the collectors in order to avoid oil decomposing. Large-scale solar fields can have partial cloud cover, and the covered part of the field works as an energy dissipator. If the volumetric flow is increased the output temperature rises, and the system loses energy. Limiting maximum fluid temperature is also a concern in solar systems, considering that the source of energy cannot be manipulated. There are two ways to prevent over-temperature: reduce solar energy input into the collector, or remove excess heat from the collector. The formulation of the algorithms is based on a Mixed Logical Dynamical (MLD) representation of the solar field plus the application of a Practical Nonlinear Model Predictive Controller (PNMPC) for calculating the optimal control action. The main purposes of the controllers are: (i) to deactivate fields with the inlet temperature greater than the outlet temperature and to manipulate the oil flow rate of the activated fields for tracking the reference of the field outlet temper- ature; (ii) to defocus the solar collectors when the output temperature reaches the maximum value and to manipulate the fluid rate to maintain the field output temperature in the desired reference. Simulation results using irradiation profiles with cloud variations are presented for illustrating the advantages of the proposed fields deactivation approach. The results of the defocusing approach are presented supposing extreme scenarios of overheating.Normey-Rico, J. E.Mendes, Paulo Renato da CostaUniversidade Federal de Santa CatarinaElias, Tiago de Araújo2020-03-31T14:19:26Z2020-03-31T14:19:26Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisxxvii, 150 p.| il., gráfs.application/pdf358633https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205869engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-31T14:19:26Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/205869Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T14:19:26Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Hybrid model predictive control for solar fields
title Hybrid model predictive control for solar fields
spellingShingle Hybrid model predictive control for solar fields
Elias, Tiago de Araújo
Engenharia de sistemas
Automação
Coletores solares
Controle preditivo
title_short Hybrid model predictive control for solar fields
title_full Hybrid model predictive control for solar fields
title_fullStr Hybrid model predictive control for solar fields
title_full_unstemmed Hybrid model predictive control for solar fields
title_sort Hybrid model predictive control for solar fields
author Elias, Tiago de Araújo
author_facet Elias, Tiago de Araújo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Normey-Rico, J. E.
Mendes, Paulo Renato da Costa
Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Elias, Tiago de Araújo
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia de sistemas
Automação
Coletores solares
Controle preditivo
topic Engenharia de sistemas
Automação
Coletores solares
Controle preditivo
description Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2018.
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018
2020-03-31T14:19:26Z
2020-03-31T14:19:26Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 358633
https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205869
identifier_str_mv 358633
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205869
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv xxvii, 150 p.| il., gráfs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1785187804397961216

Registros relacionados