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Clase: Dissertação
Título : Dimensionamento de um sistema híbrido de armazenamento de energia para caminhões de mineração considerando as características energéticas da mina
Autor(es): Lima, Thiago Duque Saber de
Orientador: Almeida, Pedro Santos
Co-orientador: Soares, Guilherme Márcio
Miembros Examinadores: Barros, Rodrigo Cássio de
Miembros Examinadores: Oliveira, Leonardo Willer de
Miembros Examinadores: Oliveira, Janaína Gonçalves de
Resumo: A crescente demanda por redução de custos operacionais e emissões no setor de mineração tem impulsionado o desenvolvimento de caminhões fora de estrada com arquiteturas eletrificadas. Nesse contexto, este trabalho propõe uma metodologia estruturada para o dimensionamento ótimo de sistemas híbridos de armazenamento de energia (HESS), compostos por baterias e supercapacitores, aplicados a caminhões de mineração. A metodologia baseia-se na utilização de perfis reais de potência das minas e na formulação do dimensionamento como um problema de otimização sujeito a restrições elétricas, operacionais e econômicas. A abordagem integra a modelagem energética do veículo a partir de ciclos reais de operação, uma avaliação técnico-econômica considerando custos de investimento, preço do diesel, taxa mínima de atratividade e parâmetros de mercado, além da proposição de uma arquitetura hierárquica de controle com separação explícita de responsabilidades em múltiplos níveis. O problema de dimensionamento é resolvido por meio de um algoritmo de otimização baseado em algoritmo genético, responsável por determinar a configuração ótima dos bancos de baterias e supercapacitores, bem como o limiar de potência utilizado na estratégia de gerenciamento energético. Os resultados obtidos para diferentes perfis de minas demonstram que a inclusão do HESS possibilita significativa recuperação de energia durante eventos de frenagem, resultando em elevada economia de combustível e valores expressivos de retorno econômico. Observou-se ainda uma predominância do uso de baterias no sistema híbrido, enquanto os supercapacitores desempenham um papel complementar associado principalmente à absorção de picos transitórios de potência. As análises de sensibilidade indicam que o problema apresenta maior sensibilidade a parâmetros diretamente associados ao fluxo de caixa, como o preço do diesel e o C-rate das baterias, e menor sensibilidade a variações nos custos de investimento dos componentes. Os resultados também evidenciam que o dimensionamento orientado pelo perfil específico de cada mina é fundamental para evitar sobre ou subdimensionamentos, assegurando uma relação mais eficiente entre investimento inicial e retorno econômico. Dessa forma, a metodologia proposta mostra-se uma alternativa tecnicamente viável e economicamente atrativa para a eletrificação parcial de caminhões de mineração.
Resumen : The growing demand for reducing operational costs and emissions in the mining sector has driven the development of off-highway trucks with electrified architectures. In this context, this work proposes a structured methodology for the optimal sizing of hybrid energy storage systems (HESS), composed of batteries and supercapacitors, applied to mining trucks. The methodology is based on the use of real mine power profiles and formulates the sizing problem as an optimization task subject to electrical, operational, and economic constraints. The proposed approach integrates the energy modeling of the vehicle using real operating cycles with a techno-economic evaluation that considers investment costs, diesel price, minimum attractive rate of return, and market-related parameters. In addition, a hierarchical control architecture is proposed, with explicit separation of responsibilities across multiple control levels. The sizing problem is solved using an optimization algorithm based on a genetic algorithm, which determines the optimal configuration of the battery and supercapacitor banks as well as the power threshold used in the energy management strategy. Results obtained for different mine profiles demonstrate that the inclusion of the HESS enables significant energy recovery during braking events, leading to substantial fuel savings and high economic returns. The results also indicate a predominance of battery usage in the hybrid system, while supercapacitors play a complementary role mainly associated with absorbing transient power peaks. Sensitivity analyses show that the problem is more sensitive to parameters directly related to cash flow, such as diesel price and battery C-rate, while exhibiting lower sensitivity to variations in component investment costs. Furthermore, the results highlight that sizing based on the specific operational profile of each mine is essential to avoid over- or undersizing, ensuring a more efficient balance between initial investment and economic return. Therefore, the proposed methodology represents a technically feasible and economically attractive alternative for the partial electrification of mining trucks.
Palabras clave : Sistemas híbridos de armazenamento de energia
Caminhões de mineração
Dimensionamento ótimo
Controle hierárquico
Eficiência energética
Recuperação de energia
Hybrid energy storage systems
Mining haul trucks
Optimal sizing
Hierarchical control
Energy efficiency
Regenerative energy recovery
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editorial : Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla de la Instituición: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Clase de Acesso: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI : https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21148
Fecha de publicación : 16-mar-2026
Aparece en las colecciones: Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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