Thermoelectric generation with reduced pollutants made possible by bio-inspired computing

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i1.24568

Keywords:

Power generation, Level of pollutants, Natural gas, Genetic Algorithm.

Abstract

The debate to establish a balance between the generation of electricity and the preservation of the environment is, extraordinarily, important. This article proposes, as a short-term solution, the replacement of diesel oil by natural gas in thermoelectric generation. Natural gas emits 75% less pollutants to the environment than diesel and has a similar energetic efficiency. As a strategy for this replacement to occur safely, the computational modeling was developed in a Bioinspired Computing methodology, called Genetic Algorithm (GA). The GA incorporated all the variables of the electricity and natural gas networks, presented in the mathematical modeling. The result was a significant reduction in the level of pollutants emitted, with high stability in the electrical power system.

Author Biography

  • Denis Carlos Lima Costa, Federal Institute of Education, Science and Technology of Pará

    #Graduação em Licenciatura em Ciências/Habilitação Matemática 1992, pesquisa incrementada na área de Geometria Diferencial, baseada nas abordagens de Carl Friedrich Gauss.

    #Especialização em Física 1998, com exploração na área de Mecânica Quântica, tendo como base as Teorias de Max Planck.

    #Mestrado em Geofísica pela Universidade Federal do Pará 2003, investigação em Métodos Potenciais aplicados às Bacias Sedimentares utilizando as estratégias de Fourier e Laplace.

    #Doutorado em Engenharia Elétrica na área de Sistemas de Potência pela Universidade Federal do Pará 2016, pesquisa desenvolvida com aplicações de Inteligência Artificial aplicada. Emprego de sistemas inteligentes à produção, transporte e geração de Energia Elétrica a partir do Gás Natural.

    # Líder do Grupo de Pesquisa GRADIENTE DE MODELAGEM MATEMÁTICA E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL - GM²SC, vinculado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - IFPA Campus Ananindeua.

    # Membro do Grupo de Pesquisa LINGUAGENS, CULTURAS, TECNOLOGIAS e INCLUSÃO - LICTI, vinculado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - IFPA Campus Castanhal, onde colabora com as linhas de Educação Matemática e Matemática Computacional.

References

Brasil (2021). Ministério de Minas e Energia, Empresa de Pesquisa Energética Plano Decenal de Expansão de Energia 2029 / Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. MME/EPE. https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/plano-decenal-de-expansao-de-energia-2029.

Carvalho, A. P. L. (2018). Algoritmo Genético. USP. Departamento da Ciência da Computação. https://sites.icmc.usp.br/andre/research/genetic/.

Carvalho, R., Hittinger, E., & Williams, E. (2021). Payback of natural gas turbines: A retrospective analysis with implications for decarbonizing grids. Utilities Policy, Elsevier, 73. https://doi.org/10.1016/j.jup.2021.101307.

Costa, D. C. L., Nunes, M. V., Vieira, J. P., & Bezerra, U. H. (2016a). Decision tree-based security dispatch application in integrated electric power and natural-gas networks. Electric Power Systems Research, 141, 442-449.

Costa, D. C. L. (2016b). Despacho Ótimo de Redes Integradas de Energia Elétrica e de Gás Natural com Restrições de Segurança via Árvores de Decisão. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará – UFPA, Instituto de Tecnologia – ITEC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE.

Costa, D. C. L., Costa, H. A. de O., Castro, A. P. S., Cruz, E. C., Neto, J. L. A., & Cruz, B. C. C. da. (2020). As dimensões das Modelagens Matemática e Computacional prescrevidas à Gestão Ambiental. Research, Society and Development, 9(10), e6939109013-e6939109013. 10.33448/rsd-v9i10.9013.

Costa, H. A. de O., Costa, D. C. L., & Meneses, L. A. de. (2021a). Interdisciplinarity Applied to the Optimized Dispatch of Integrated Electricity and Natural Gas Networks using the Genetic Algorithm. Research, Society and Development, 10(2), e42110212641. 10.33448/rsd-v10i2.12641.

Costa, H. A. de O., Gomes, L. L., & Costa, D. C. L. (2021b). Genetic algorithm and particle swarm applied in electric system optimization. Research, Society and Development, 10(10), e166101018871. https://doi.org/10.33448/rsd-v10i10.18871.

Costa, H. A. de O., Gomes, L. L., Costa, D. C. L., Rocha, E. M., Francês, C. R., & Andrade, S. H. (2021c). Fractional order differential calculus applied on decision making system to smart grid management via decision trees. Research, Society and Development, 10(16), e38101623387. https://doi.org/10.33448/rsd-v10i16.23387.

EPE (2021). Empresa de Pesquisa Energética. https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica.

Goldeberg, D. (1989). Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning. Addison -Wesley Professional. 423 - 445.

Holland, J. H. (1975). Adaptation in natural and artificial systems. The University of Michigan Press, Ann Arbor, MI.

Mathworks. (2021). MATLAB: The Language of Technical Computing. https://www.mathworks.com/help/matlab/index.html?s_tid=CRUX_lftnav.

Michalewicz, Z. (1996). Genetic Algorithms + Data Structure = Evolution Programs. (3rd ed.), Spring, 387 - 405.

Mitchell, M. (1997). An introduction to genetic algorithms. Cambridge: Mit Press.

Mouette, D., Machado, P. G., Fraga, D., Peyerl, D., Borges, R. R., Brito, T. L. F., Shimomaebara, L. A., & Santos, E. M. dos. (2019). Costs and emissions assessment of a Blue Corridor in a Brazilian reality: The use of liquefied natural gas in the transport sector. Science of The Total Environment, 668(10), 1104-1116.

Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J. & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. Núcleo de Tecnologia Educacional – UFSM.

Santos, E. M. dos. (2002). Gás Natural: Estratégias para uma Energia Nova no Brasil. Annablume.

Unece (2021). United Nations Economic Commission for Europe - Extractive Industries Transition to Sustainable Systems. https://unece.org/sites/default/files/2021-05/Extractive%20Industries%20Regional%20PB_Final.pdf.

Wolf, D. D. (2003). Mathematical properties of formulations of the gas transmission problem. Management Science, 46 (11), 1454-1465.

Downloads

Published

2022-01-02

Issue

Section

Engineerings

How to Cite

Thermoelectric generation with reduced pollutants made possible by bio-inspired computing . Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 1, p. e7611124568, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i1.24568. Disponível em: https://rsdjournal.org/rsd/article/view/24568. Acesso em: 7 aug. 2025.