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.

Avaliação do ciclo de vida de um pavimento flutuante de cortiça

A consciencialização ambiental vem assumindo um papel preponderante na construção civil. Nesse sentido, o desenvolvimento de materiais sustentáveis e ecológicos é essencial para a satisfação de fabricantes e consumidores, respeitando diversos requisitos: níveis reduzidos de poluição e toxicidade, durabilidade dos materiais, possibilidade de reutilização e/ou reciclagem, a proveniência das matérias-primas e a possibilidade de contaminação do ar no interior dos edifícios. As declarações ambientais de produto (DAP) permitem informar o consumidor do desempenho ambiental dos materiais dos produtos. Assim, ao longo de todo o processo de fabrico são registados os consumos de recursos e emissões ambientais e, através da metodologia de avaliação de ciclo de vida, é quantificada a contribuição resultante para impactes ambientais. Esta dissertação visa analisar os possíveis impactes ambientais no decurso do processo de produção de um pavimento flutuante de cortiça, constituído por cortiça, High Density Fibreboard (HDF) e acabamento de superfície, denominado Artcomfort Floating NPC e elaborar de um relatório de suporte, que servirá de base para a DAP do pavimento Artcomfort Floating NPC do sistema do Institut Bauen und Umwelt (IBU). Esta dissertação inclui um relatório de fundo, para a avaliação do ciclo de vida do pavimento flutuante Artcomfort Floating NPC da empresa Amorim Revestimentos, que servirá de base para a elaboração da declaração ambiental de produto (DAP) do mesmo. Para tal, recorreu-se ao software SimaPro para análise dos impactes ambientais das várias fases do processo de fabrico do pavimento em estudo, sendo as fases consideradas, a produção da camada base de cortiça aglomerada, camada backing de cortiça aglomerada, montagem da sanduiche, placa pintada, placa acabada e corte e embalagem. A fase que tem maior contribuição para os impactes ambientais do processo de fabrico do produto, em todas as categorias de impacte analisadas, com exceção da depleção dos recursos abióticos sem combustíveis fósseis, foi a fase de montagem da sanduiche.

Auditoria e identificação de propostas de melhoria no SGA da Funfrap

O compromisso das organizações com as obrigações decretadas ao nível do ambiente, segurança e qualidade emancipa a implementação de Sistemas de Gestão e o processo de auditar. Neste trabalho, decorrente do estágio curricular no âmbito do Mestrado em Engenharia do Ambiente, está evidenciada a importância dos Sistemas de Gestão Ambiental e as razões preponderantes para que sejam auditados. O trabalho pretendeu auditar e avaliar a conformidade do sistema de gestão ambiental, de acordo com a NP EN ISO 14001:2004, de uma indústria de fundição de metais, Funfrap -. Fundição Portuguesa SA, a fim de identificar oportunidades de melhoria no desempenho ambiental da organização. No âmbito do estágio foram ainda realizadas outras atividades, incluindo campanhas de sensibilização, inventário de resíduos sólidos, ferramentas da metodologia World Class Manufacturing, formação sobre a separação de resíduos nos postos de trabalho, acompanhamento de um ensaio na estação de tratamento de águas residuais industriais e apoio para o desenvolvimento do relatório ambiental anual. Da auditoria interna identificaram-se e corrigiram-se nove não conformidades menores e cinco observações. Da auditoria externa foram identificadas apenas duas não conformidades, nenhuma delas relacionadas com as detetadas anteriormente. Além deste resultado foram sugeridas algumas medidas para alcançar um melhor desempenho ambiental da organização.

Gestão ambiental na indústria da cortiça

Nas últimas décadas tem-se verificado uma degradação contínua do meio ambiente, intensificada pela produção em massa das indústrias, aliado a um crescente consumismo da sociedade. Atualmente, as organizações e a sociedade civil demonstram uma crescente preocupação com os problemas ambientais, é neste contexto que surgem as questões associadas aos sistemas de gestão ambiental (SGA), como forma de integrar as preocupações das organizações com a proteção do ambiente. O presente projeto, realizado no âmbito do estágio curricular do Mestrado de Engenharia do Ambiente, pretende explorar e servir de apoio na implementação e desenvolvimento de um Sistema de Gestão Ambiental em duas Unidades Industriais da Amorim & Irmãos, S.A. Para o cumprimento dos objetivos do projeto foi realizada uma revisão bibliográfica da temática Sistemas de Gestão Ambiental, que possibilitou alargar o conhecimento sobre o tema do estágio. A segunda fase do trabalho consistiu na integração nos processos e infraestruturas da empresa. A terceira fase incluiu a realização dos trabalhos práticos necessários para a implementação e desenvolvimento dos Sistemas de Gestão Ambiental. Tendo em conta a metodologia seguida conclui-se que a realização este projeto foi muito vantajosa para todas as partes envolvidas, tendo contribuído: para um grande avanço na implementação e desenvolvimento dos Sistemas de Gestão Ambiental nas duas Unidades Industriais, permitindo assim melhorar os seus desempenhos ambientais; para a aquisição e consolidação de conhecimentos na área e proporcionou uma experiencia que será benéfica no envolvimento de um projeto desta natureza.

Desenvolvimento de um relatório de suporte à declaração ambiental de produto: perfis de alumínio

A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) considera todo o ciclo de vida do produto, desde a extração e obtenção da matérias-primas, passando pela produção e fabrico de materiais e energia, até ao tratamento de fim de vida e destino final do produto. As Declarações Ambientais de Produto (DAP) são declarações ambientais Tipo III que apresentam um conjunto de informação quantificada e fidedigna, que funciona como uma excelente ferramenta de comunicação relativa ao desempenho ambiental do produto ao longo do seu ciclo de vida. Este relatório de estágio visa, por um lado, analisar os impactes ambientais no decurso do processo de produção do perfil de alumínio sujeito ao tratamento acetinado 20 natural (AC20NA) e, por outro, elaborar um relatório de suporte, que servirá de base para o desenvolvimento da DAP do perfil de alumínio AC20NA a submeter ao sistema DAPHabitat. O relatório foi elaborado tendo por base a norma EN 15804 e inclui as fases obrigatórias (A1-A3). Desta forma, utilizou-se ao software SimaPro para a análise dos impactes ambientais das várias fases do processo de fabrico do perfil de alumínio em estudo. As fases consideradas foram a extrusão, a anodização (tratamento de superfície), a Estação de Tratamento de águas Residuais Industriais (ETARI) e a embalagem. A fase que mais contribui para as diferentes categorias de impacte é a extrusão, uma vez que é nesta fase que é utilizada a matéria-prima para a produção dos perfis de aluminío.