Exergetic, energetic, economic and environmental evaluation of concentrated solar power plants in Libya

The PhD project addresses the potential of using concentrating solar power (CSP) plants as a viable alternative energy producing system in Libya. Exergetic, energetic, economic and environmental analyses are carried out for a particular type of CSP plants. The study, although it aims a particular type of CSP plant – 50 MW parabolic trough-CSP plant, it is sufficiently general to be applied to other configurations. The novelty of the study, in addition to modeling and analyzing the selected configuration, lies in the use of a state-of-the-art exergetic analysis combined with the Life Cycle Assessment (LCA). The modeling and simulation of the plant is carried out in chapter three and they are conducted into two parts, namely: power cycle and solar field. The computer model developed for the analysis of the plant is based on algebraic equations describing the power cycle and the solar field. The model was solved using the Engineering Equation Solver (EES) software; and is designed to define the properties at each state point of the plant and then, sequentially, to determine energy, efficiency and irreversibility for each component. The developed model has the potential of using in the preliminary design of CSPs and, in particular, for the configuration of the solar field based on existing commercial plants. Moreover, it has the ability of analyzing the energetic, economic and environmental feasibility of using CSPs in different regions of the world, which is illustrated for the Libyan region in this study. The overall feasibility scenario is completed through an hourly analysis on an annual basis in chapter Four. This analysis allows the comparison of different systems and, eventually, a particular selection, and it includes both the economic and energetic components using the “greenius” software. The analysis also examined the impact of project financing and incentives on the cost of energy. The main technological finding of this analysis is higher performance and lower levelized cost of electricity (LCE) for Libya as compared to Southern Europe (Spain). Therefore, Libya has the potential of becoming attractive for the establishment of CSPs in its territory and, in this way, to facilitate the target of several European initiatives that aim to import electricity generated by renewable sources from North African and Middle East countries. The analysis is presented a brief review of the current cost of energy and the potential of reducing the cost from parabolic trough- CSP plant. Exergetic and environmental life cycle assessment analyses are conducted for the selected plant in chapter Five; the objectives are 1) to assess the environmental impact and cost, in terms of exergy of the life cycle of the plant; 2) to find out the points of weakness in terms of irreversibility of the process; and 3) to verify whether solar power plants can reduce environmental impact and the cost of electricity generation by comparing them with fossil fuel plants, in particular, Natural Gas Combined Cycle (NGCC) plant and oil thermal power plant. The analysis also targets a thermoeconomic analysis using the specific exergy costing (SPECO) method to evaluate the level of the cost caused by exergy destruction. The main technological findings are that the most important contribution impact lies with the solar field, which reports a value of 79%; and the materials with the vi highest impact are: steel (47%), molten salt (25%) and synthetic oil (21%). The “Human Health” damage category presents the highest impact (69%) followed by the “Resource” damage category (24%). In addition, the highest exergy demand is linked to the steel (47%); and there is a considerable exergetic demand related to the molten salt and synthetic oil with values of 25% and 19%, respectively. Finally, in the comparison with fossil fuel power plants (NGCC and Oil), the CSP plant presents the lowest environmental impact, while the worst environmental performance is reported to the oil power plant followed by NGCC plant. The solar field presents the largest value of cost rate, where the boiler is a component with the highest cost rate among the power cycle components. The thermal storage allows the CSP plants to overcome solar irradiation transients, to respond to electricity demand independent of weather conditions, and to extend electricity production beyond the availability of daylight. Numerical analysis of the thermal transient response of a thermocline storage tank is carried out for the charging phase. The system of equations describing the numerical model is solved by using time-implicit and space-backward finite differences and which encoded within the Matlab environment. The analysis presented the following findings: the predictions agree well with the experiments for the time evolution of the thermocline region, particularly for the regions away from the top-inlet. The deviations observed in the near-region of the inlet are most likely due to the high-level of turbulence in this region due to the localized level of mixing resulting; a simple analytical model to take into consideration this increased turbulence level was developed and it leads to some improvement of the predictions; this approach requires practically no additional computational effort and it relates the effective thermal diffusivity to the mean effective velocity of the fluid at each particular height of the system. Altogether the study indicates that the selected parabolic trough-CSP plant has the edge over alternative competing technologies for locations where DNI is high and where land usage is not an issue, such as the shoreline of Libya.

A durabilidade dos clássicos do design como instrumento de apoio ao processo de conceção de produto: 10 princípios para o projeto

A presente investigação identifica o caminho seguido no estudo que se centrou na durabilidade dos produtos como estratégia para a prevenção/redução dos impactes ambientais provocados pela excessiva produção e consumo das sociedades ocidentais. O trabalho baseou-se primeiramente na reunião de argumentos que justificassem a necessidade da investigação. A partir dos conhecimentos obtidos sobre as consequências do descarte prematuro de produtos, incluindo a produção de resíduos e utilização de recursos naturais, a investigação foi direcionada para as estratégias que motivam a redução do consumo pelo aumento da vida útil do produto. A durabilidade de alguns produtos designados de Clássicos do Design motivou o desenvolvimento da investigação. Depois de definido o universo que se enquadra nesta categoria, foi selecionada uma amostra que se considerou representativa e criou-se uma base de dados onde se sistematizou os conteúdos relevantes a conhecer. Através da análise qualitativa e quantitativa da amostra desses produtos, obteve-se uma matriz operativa composta por 10 princípios que pode ser introduzida no processo de design de novos produtos para aquisição de um tempo de vida útil inicial potencialmente maior. Os resultados da aplicação prática da estratégia desenvolvida, a tese, determinarão no futuro a conceção e produção de artefactos que se pretende apresentar à indústria nacional.

Educação intercultural no 1º Ciclo do Ensino Básico: parcerias envolvendo a escola e a comunidade

Este estudo tem como finalidade compreender o processo de constituição de uma parceria educativa envolvendo escolas do 1.º Ciclo do Ensino Básico e outras instituições da comunidade para a promoção da educação intercultural e analisar a influência do trabalho desenvolvido por essa parceria nas práticas, atitudes, competências e conhecimentos de todos os participantes. Situa-se, por um lado, num entendimento de educação intercultural enquanto abordagem educativa fundamental para todos os alunos, assente na valorização da diversidade e na promoção de atitudes e competências de relacionamento interpessoal (como o respeito e a solidariedade), tendo em vista a formação de cidadãos responsáveis e participativos na construção de sociedades mais justas e coesas. Por outro, justifica o potencial das parcerias educativas para o desenvolvimento pessoal, profissional e institucional dos parceiros, assim como para o desenvolvimento da competência intercultural de todos os participantes (parceiros, alunos e comunidade envolvente). O desenho investigativo delineado, de natureza predominantemente qualitativa, encontra-se na interseção de três métodos investigativos: estudo de caso, estudo etnográfico e investigação-ação. Num primeiro momento (ano letivo 2008/2009) efetuou-se um estudo exploratório que visou conhecer as práticas de educação intercultural e de trabalho em parceria de professores a lecionar em escolas do 1.º CEB do concelho de Aveiro. O objetivo deste estudo era reunir sugestões de atividades e de instituições a contactar para a constituição de um grupo de parceiros com vista ao desenvolvimento posterior de um projeto sobre educação intercultural. Os dados recolhidos por meio da aplicação de um inquérito por questionário a 228 professores do 1º CEB do distrito de Aveiro (dos quais 114 foram respondidos) permitiram concluir que as práticas educativas a este nível, e no contexto em causa, são ainda escassas ou pouco divulgadas. Passou-se, então, à constituição de um grupo de parceiros educativos que contou com um total de 13 elementos: a investigadora, enquanto parceira representante da Universidade de Aveiro, seis professoras do 1.º CEB, duas professoras de Música das Atividades de Enriquecimento Curricular, um representante de uma associação de imigrantes, um representante de uma associação cultural, um representante de uma CERCI e um representante da Câmara e Biblioteca Municipal. Ao longo do ano escolar 2010/2011, o grupo de parceiros desenvolveu colaborativamente um projeto de intervenção sobre educação intercultural para alunos do 1.º CEB. Este projeto proporcionou-lhes momentos de formação sobre educação intercultural e jogos colaborativos e permitiu-lhes partilhar as suas dúvidas e experiências relativas à temática em causa, propor estratégias e metodologias e disponibilizar recursos para a conceção e implementação das atividades. Os dados foram recolhidos em diferentes momentos: antes de se dar início ao projeto de intervenção, efetuou-se uma entrevista inicial a cada um dos parceiros; durante o decorrer do projeto realizou-se um focus group e registaram-se em formato áudio todas as sessões de trabalho entre os parceiros; após a conclusão do projeto de intervenção, teve lugar uma nova entrevista individual a cada um deles. Estes dados foram transcritos e analisados de acordo com a técnica de análise de conteúdo. Para além disso, todos os documentos elaborados pela investigadora durante a gestão da parceria, os portfólios das professoras participantes e os registos fotográficos das atividades implementadas constituíram-se como dados secundários. Os resultados mostraram que a participação neste projeto: i) conduziu a que ocorresse uma alteração das representações dos parceiros sobre interculturalidade e educação intercultural; ii) permitiu a todos os participantes (parceiros, alunos e comunidade) desenvolverem a sua competência intercultural; iii) proporcionou situações de trabalho colaborativo que contribuíram para o desenvolvimento pessoal, profissional e institucional de todos os parceiros; iv) motivou os parceiros a darem continuidade ao trabalho aqui desenvolvido. Este estudo permitiu, ainda, refletir sobre a importância da formação de formadores em educação intercultural e da necessidade de sensibilização para o desenvolvimento de trabalho colaborativo entre escola, comunidade e investigadores académicos.