Desenvolvimento de software de otimização baseado em programação linear para redução de custos relativos a cadeia de suprimentos de biomassa para geração de energia elétrica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Biuk, Lucas Henrique
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35741
Resumo: The search for renewable energy is driven by the need to mitigate the effects of climate change, reduce dependence on fossil fuels, and create a more sustainable energy system. Renewable sources - such as solar, wind, hydroelectric, biomass, and geothermal - offer viable alternatives because they are inexhaustible and have a low environmental impact. Investments in research, innovation, and infrastructure are crucial for expanding the use of these energy sources, driving the transition toward a cleaner and more resilient future. The goal was to develop an algorithm capable of optimizing the costs related to the supply chain in a thermoelectric plant’s energy generation using a mixture of biomasses, making it a more efficient and commercially attractive option. Based on the biomass supply chain, logistical, transport, and storage data for inputs and their respective limitations, intrinsic characteristics of the thermoelectric plant, and the physicochemical characteristics of the biomasses to be used - namely elephant grass, forest residues, and palm residues - were gathered. The data obtained were shaped into parameters of a linear programming problem, and along with the mathematical modeling, the constraints, decision variables, and objective function of the problem were defined. The algorithm was developed in Python, with primary support from the Pyomo library, which structures linear programming problems, and the GNU Linear Programming Kit (GLPK), a solver seeking an optimal solution to the problem. The algorithm was also converted into executable software on the Windows operating system. The developed software produced the expected results, including the quantities of each biomass to be purchased, processed, stored, and burned in each considered period, as well as the operating costs of the thermoelectric plant in the case study.
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Investments in research, innovation, and infrastructure are crucial for expanding the use of these energy sources, driving the transition toward a cleaner and more resilient future. The goal was to develop an algorithm capable of optimizing the costs related to the supply chain in a thermoelectric plant’s energy generation using a mixture of biomasses, making it a more efficient and commercially attractive option. Based on the biomass supply chain, logistical, transport, and storage data for inputs and their respective limitations, intrinsic characteristics of the thermoelectric plant, and the physicochemical characteristics of the biomasses to be used - namely elephant grass, forest residues, and palm residues - were gathered. The data obtained were shaped into parameters of a linear programming problem, and along with the mathematical modeling, the constraints, decision variables, and objective function of the problem were defined. The algorithm was developed in Python, with primary support from the Pyomo library, which structures linear programming problems, and the GNU Linear Programming Kit (GLPK), a solver seeking an optimal solution to the problem. The algorithm was also converted into executable software on the Windows operating system. The developed software produced the expected results, including the quantities of each biomass to be purchased, processed, stored, and burned in each considered period, as well as the operating costs of the thermoelectric plant in the case study.A busca por energias renováveis é impulsionada pela necessidade de mitigar os efeitos das mudanças climáticas, reduzir a dependência de combustíveis fósseis e criar um sistema energético mais sustentável. Essas fontes - como solar, eólica, hidrelétrica, biomassa e geotérmica - oferecem alternativas viáveis, pois são inesgotáveis e de baixo impacto ambiental. Investimentos em pesquisa, inovação e infraestrutura são essenciais para expandir a utilização dessas energias, impulsionando a transição para um futuro mais limpo e resiliente. Buscou-se desenvolver um algoritmo capaz de realizar a otimização de custos relativos à cadeia de suprimentos na geração de energia em termelétrica com uso de uma mistura de biomassas, fazendo desta uma opção mais eficiente e atrativa comercialmente. Embasado na cadeia de suprimentos da biomassa, levantou-se os dados logísticos, de transporte e estocagem de insumos e suas respectivas limitações, de características intrínsecas à termelétrica, e características físico-químicas das biomassas a serem utilizadas, sendo estas capim-elefante, resíduos florestais e resíduos de dendê. Os dados obtidos foram moldados em forma de parâmetros de um problema de programação linear, e juntamente com a modelagem matemática, foram definidas as restrições, variáveis de decisão e a função objetivo do problema. O algoritmo foi desenvolvido em linguagem Python, com principal apoio da biblioteca Pyomo, que realiza a estruturação de problemas de programação linear, e o GNU Linear Programming Kit (GLPK), resolvedor que busca encontrar uma solução ótima para o problema. O algoritmo ainda foi convertido em um software executável no sistema operacional Windows. O software obtido apresentou os resultados esperados, sendo estes as quantidades a serem compradas, tratadas, estocadas e queimadas de cada uma das biomassas, em cada período considerado, juntamente com o valor do custo de operação da usina termelétrica do estudo de caso.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRSiqueira, Hugo Valadareshttps://orcid.org/0000-0002-1278-4602http://lattes.cnpq.br/6904980376005290Corrêa, Fernanda Cristinahttps://orcid.org/0000-0003-4907-0395http://lattes.cnpq.br/1495216809511536Siqueira, Hugo Valadareshttps://orcid.org/0000-0002-1278-4602http://lattes.cnpq.br/6904980376005290Pappalardo, Juliano Rodrigueshttps://orcid.org/0000-0002-6602-1811http://lattes.cnpq.br/4341348847811475Stevan Junior, Sergio Luizhttps://orcid.org/0000-0002-4783-5350http://lattes.cnpq.br/1661935150054196Biuk, Lucas Henrique2025-01-08T15:32:58Z2025-01-08T15:32:58Z2024-08-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBIUK, Lucas Henrique. Desenvolvimento de software de otimização baseado em programação linear para redução de custos relativos a cadeia de suprimentos de biomassa para geração de energia elétrica. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35741porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-01-09T06:09:53Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/35741Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-01-09T06:09:53Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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