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Sustainable Ethanol Production from Waste Biomass in Semi-Arid and Tropical Regions ………………………………………….Pag

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Sustainable Ethanol Production from Waste Biomass in Semi-Arid and Tropical Regions ………………………………………….Pag Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil Tese submetida ao corpo docente do programa de pós-graduação em Engenharia Industrial da Universidade Federal da Bahia como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de doutor em Engenharia Industrial. Orientadores: Prof. Dr. Ricardo de Araújo Kalid Doutor em Engenharia Química pela Universidade de São Paulo, Brasil, 1999. Prof. Dr. Ednildo Andrade Torres Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas, Brasil, 1999. Banca examinadora: Prof. Dr. Asher Kiperstok First Doutor em Engenharia Química / Tecnologias Ambientais, Reino Unido, pela University of Manchester, Institute of Science and Technology – UMIST, 1996. Prof. Dr. Electo Eduardo Silva Lora Doutor em Construção de Geradores de Vapor e Reatores pela Universidade Politécnica de São Petersburgo, Rússia, 1988. Prof. Dr. Osvaldo Livio Soliano Pereira Doutor em Política Energética pelo Imperial College of Science, Technology and Medicine, Reino Unido, 1992. Prof. Dr. Francisco Gaudêncio Mendonça Freires Doutor em Engenharia e Gestão Industrial pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Portugal, 2007. Prof. Dr. Miguel Angel Iglesias Duro Doutor em Simulacion y control de procesos quimicos pela Universidad de Vigo, Espanha, 2000. Salvador, BA - BRASIL Setembro/2017 Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil A553 Sánchez, A.S. Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil / Antonio Santos Sánchez.- Salvador, 2017. 220 f. : il color. Orientadores: Ricardo de Araújo Kalid, Ednildo Andrade Torres. Tese (doutorado) – Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica, 2017. 1. Energias renováveis. 2. Bioenergia. 3. Planejamento energético. I. Ricardo de Araújo Kalid, Ednildo Andrade Torres. II. Universidade Federal da Bahia. III. Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil. CDD.: 665.7 Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil INDICE Indice ………………………………………………………………………….……………pag. [4 - 5] 1. Introdução ………………………………………………………….………………pag. [6 - 16] 2. Contexto ambiental e social …..………..………....……..………..………..pag. [17] 2.1 Uses of the reject brine from inland desalination for fish farming, Spirulina cultivation, and irrigation of forage shrub and crops ………………………………………………………………...…………..pag. [18 - 29] 2.2 Renewable energy generation for the rural electrification of isolated communities in the Amazon Region …………..……….pag. [30 - 42] 3. Energia elétrica ……..………..………..……..……………..………..………..…pag. [43] 3.1 Forecasting electric demand with artificial neural networks . ……..………..………..……..……….…..……….…..………..……..pag. [44 - 45] 3.2 Integrating large scale wind power into the electricity grid in the Northeast of Brazil ……………………………..………………………pag. [46 - 60] 3.3 Load prediction models for the energy management of institutional buildings: review and case study …….…….………….pag. [61 - 97] 3.4 Wave resource characterization through in-situ measurement followed by artificial neural networks' modeling ………………..pag. [98 - 109] 3.5 Potencial energético das ondas na costa brasileira (Revista Brasileira de Energia) …………..........................……...pag. [110- 120] Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil 4. Biogás e biocombustíveis ……..………..………..……..……..………..… pag. [121] 4.1 Waste bio-refineries for the cassava starch industry: New trends and review of alternatives ……………..….………….pag. [122 - 132] 4.2 Alternative biodiesel feedstock systems in the Semi-arid Region of Brazil: Implications for ecosystem services ……….pag. [133 - 147] 4.3 Sustainable ethanol production from waste biomass in semi-arid and tropical regions ………………………………………….pag. [148 - 182] 5. Conclusões ……………………………………….………………….……….pag. [183 - 195] Apêndice A ………………………………………….…….…………….……….pag. [196- 197] Apêndice B …………………………………….….……………………….…….……...pag. [198] Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil CAPITULO 1: INTRODUÇÃO Resumo Nesta tese é discutida a aplicabilidade de novas tecnologias para a produção de energia elétrica, de biogás e biocombustíveis no Nordeste do Brasil, com foco especial na Região Semiárida. São consideradas tecnologias de geração, transmissão, gestão ativa da demanda, previsão dinâmica da carga e armazenamento de energia elétrica. Foi identificado um conjunto de tecnologias estratégicas para lograr uma maior integração de energias renováveis intermitentes. Mediante o uso destas tecnologias, a região poderia reverter sua atual situação de dependência energética e se tornar uma exportadora neta de energia elétrica dentro do Sistema Interligado Nacional. Por outra parte a Região Semiárida possui, apesar de seus recursos limitados, um grande potencial não explorado na área da bioenergia. Para viabilizar este potencial deve ser vencida uma série de problemas tecnológicos e logísticos. São analisados novos sistemas produtivos de biodiesel adaptados a terras marginais do Semiárido, assim como o uso de resíduos agroflorestais da região para produzir biogás e etanol de segunda geração. Palavras-chave: Semiárido; energia renovável; smart grid; biogás; bioetanol; biodiesel Nota de agradecimento Antonio Santos Sánchez agradece à CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pela bolsa de doutorado concedida entre Março de 2015 e Julho de 2016. Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil 1.1 Contexto A região Nordeste é importadora neta de energia elétrica e de derivados do petróleo. Embora, possui um enorme potencial de fontes renováveis de energia. A energia eólica está ultrapassando à hidráulica como a principal fonte geradora. Em 2016, 18% de toda a energia elétrica consumida no Nordeste veio de fontes eólicas, contra 15.5% de fontes hidráulicas1. As previsões apontam para uma perda crescente do peso da energia hidráulica na matriz de geração elétrica, agravada por mudanças climáticas e conflitos pelo uso da água do rio São Francisco2. Com 7000 MW instalados e um fator de capacidade médio em torno de 50%1, a energia eólica é uma realidade consolidada no parque gerador da região. Uma parte dos necessários investimentos nas áreas de transmissão e infraestruturas elétricas já tem se materializado, permitindo à região absorber a energia elétrica gerada nos parques eólicos e exportar eventuais excedentes. Pela sua parte, a energia solar está ganhando uma importância crescente, com novos projetos sendo construídos na região do Semiárido. Esta fonte de energia, grande protagonista em alguns dos últimos leilões de energia3, apresenta interessantes sinergias tanto com a curva de carga elétrica quanto com outras fontes de energia2. Parques híbridos fotovoltaicos/eólicos e a instalação de placas fotovoltaicas flutuantes no reservatório de Sobradinho são exemplos do aproveitamento atual destas sinergias na região. No futuro, é provável que sejam também propostas centrais termossolares hibridizadas com gás natural, carvão ou biomassa, que já estão sendo instaladas em outras partes do mundo4. Na área de biocombustíveis, a produção de biodiesel se limita ao uso de soja, sementes de algodão e sebo bovino concentradas nas regiões mais férteis, como o Oeste da Bahia. Enquanto fontes consideradas promissoras há alguns anos (mamona e pinhão manso) desabaram, outras como o dendê ou óleo de cozinha residual ainda estão numa fase embrionária. A logística dos biocombustíveis no Nordeste continua dominada pela produção centralizada de 6 grandes usinas de biodiesel e no caso do etanol, 73 usinas de 1ª geração localizadas na sua maioria nas planícies litorâneas úmidas. As iniciativas para desenvolver uma indústria local de etanol lignocelulósico (GranBio em Alagoas) ainda não conseguiram avanços significativos. 1 ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico e BIG – Banco de Informações de Geração (ANEEL) 2 De Jong P, Sánchez AS, Esquerre K, Kalid RA, Torres EA. Solar and wind energy production in relation to the electricity load curve and hydroelectricity in the northeast region of Brazil. Renew Sust Energ Rev 2013;23:526-35. 3 LEILÃO "A-1" de 2016; 2º LER de 2015; 1º LER de 2015 4 Borges Blanques (Espanha), Kogan Creek (Austrália), Hysol Project (UE), Solugas Project (UE-Argélia) Análise de tecnologias e novos sistemas produtivos para fortalecer a segurança energética da região Nordeste do Brasil A pesar de possuir um mercado de biocombustíveis maduro e desenvolvido, a região ainda precisa superar dificuldades tecnológicas e logísticas para desenvolver uma produção de biocombustíveis mais eficiente, diversificada e que aproveite melhor as matérias primas locais. Tanto a demanda de energia elétrica quanto a demanda por energéticos (em especial diesel) estão atreladas ao andamento da economia. No Brasil, entre 2015 e 2016, tivemos uma queda do PIB global de 3,8% que acarretou uma queda na demanda elétrica de 2,9% e uma queda na demanda de combustíveis entre 3% (ciclo Otto) e 4,7% (ciclo Diesel)5. Esta interdependência indica que o contexto económico e a previsão de cenários mais prováveis devem ser considerados nos estudos que analisem a viabilidade de novos
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