Electric vehicles as a mean to reduce, energy, emissions and electricity costs

Electric vehicles (EVs) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), which obtain their fuel from the grid by charging a battery, are set to be introduced into the mass market and expected to contribute to oil consumption reduction. This research is concerned with studying the potential impacts on the electric utilities of large-scale adoption of plug-in electric vehicles from the perspective of electricity demand, fossil fuels use, CO2 emissions and energy costs. Simulations were applied to the Portuguese case study in order to analyze what would be the optimal recharge profile and EV penetration in an energy-oriented, an emissions-oriented and a cost-oriented objective. The objectives considered were: The leveling of load profiles, minimization of daily emissions and minimization of daily wholesale costs. Almost all solutions point to an off-peak recharge and a 50% reduction in daily wholesale costs can be verified from a peak recharge scenario to an off-peak recharge for a 2 million EVs in 2020. A 15% improvement in the daily total wholesale costs can be verified in the costs minimization objective when compared with the off-peak scenario result.

O impacto energético e as emissões de CO2 dos veículos eléctricos em Portugal

Para a diminuição da dependência energética de Portugal face às importações de energia, a Estratégia Nacional para a Energia 2020 (ENE 2020) define uma aposta na produção de energia a partir de fontes renováveis, na promoção da eficiência energética tanto nos edifícios como nos transportes com vista a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. No campo da eficiência energética, o ENE 2020 pretende obter uma poupança energética de 9,8% face a valores de 2008, traduzindo-se em perto de 1800 milhões de tep já em 2015. Uma das medidas passa pela aposta na mobilidade eléctrica, onde se prevê que os veículos eléctricos possam contribuir significativamente para a redução do consumo de combustível e por conseguinte, para a redução das emissões de CO2 para a atmosfera. No entanto, esta redução está condicionada pelas fontes de energia utilizadas para o abastecimento das baterias. Neste estudo foram determinados os consumos de combustível e as emissões de CO2 de um veículo de combustão interna adimensional representativo do parque automóvel. É também estimada a previsão de crescimento do parque automóvel num cenário "Business-as-Usual", através dos métodos de previsão tecnológica para o horizonte 2010-2030, bem como cenários de penetração de veículos eléctricos para o mesmo período com base no método de Fisher- Pry. É ainda analisado o impacto que a introdução dos veículos eléctricos tem ao nível dos consumos de combustível, das emissões de dióxido de carbono e qual o impacto que tal medida terá na rede eléctrica, nomeadamente no diagrama de carga e no nível de emissões de CO2 do Sistema Electroprodutor Nacional. Por fim, é avaliado o impacto dos veículos eléctricos no diagrama de carga diário português, com base em vários perfis de carga das baterias. A introdução de veículos eléctricos em Portugal terá pouca expressão dado que, no melhor dos cenários haverão somente cerca de 85 mil unidades em circulação, no ano de 2030. Ao nível do consumo de combustíveis rodoviários, os veículos eléctricos poderão vir a reduzir o consumo de gasolina até 0,52% e até 0,27% no consumo de diesel, entre 2010 e 2030, contribuindo ligeiramente uma menor dependência energética externa. Ao nível do consumo eléctrico, o abastecimento das baterias dos veículos eléctricos representará até 0,5% do consumo eléctrico total, sendo que parte desse abastecimento será garantido através de centrais de ciclo combinado a gás natural. Apesar da maior utilização deste tipo de centrais térmicas para produção de energia, tanto para abastecimento das viaturas eléctricas, como para o consumo em geral, verifica-se que em 2030, o nível de emissões do sistema electroprodutor será cerca de 46% inferior aos níveis registados em 2010, prevendo-se que atinja as 0,163gCO2/kWh produzido pelo Sistema Electroprodutor Nacional devido à maior quota de produção das fontes de energia renovável, como o vento, a hídrica ou a solar.

Central de produção de energia eléctrica a partir de energia solar térmica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Desempenho energético no âmbito do aquecimento solar térmico para as condições de utilização recomendadas pelo RSECE/RCCTE

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

The electric vehicles as a mean to reduce Co2 emissions and energy costs in isolated regions: the São Miguel (Azores) case study

Most of small islands around the world today, are dependent on imported fossil fuels for the majority of their energy needs especially for transport activities and electricity production. The use of locally renewable energy resources and the implementation of energy efficiency measures could make a significant contribution to their economic development by reducing fossil fuel imports. An electrification of vehicles has been suggested as a way to both reduce pollutant emissions and increase security of supply of the transportation sector by reducing the dependence on oil products imports and facilitate the accommodation of renewable electricity generation, such as wind and, in the case of volcanic islands like Sao Miguel (Azores) of the geothermal energy whose penetration has been limited by the valley electricity consumption level. In this research, three scenarios of EV penetration were studied and it was verified that, for a 15% LD fleet replacement by EVs with 90% of all energy needs occurring during the night, the accommodation of 10 MW of new geothermal capacity becomes viable. Under this scenario, reductions of 8% in electricity costs, 14% in energy, 23% in fossil fuels use and CO2 emissions for the transportation and electricity production sectors could be expected.

Energia solar térmica: uma contribuição para a melhoria do RCCTE

O presente estudo pretende avaliar o desempenho energético dos vários sistemas de preparação de águas quentes sanitárias (AQS) em edifícios de habitação. Segundo o RCCTE, decreto de lei nº 80/2006 de 4 de Abril, o recurso a sistemas de colectores solares térmicos é obrigatório sempre que haja uma exposição solar adequada. O RCCTE indica parâmetros de referência para o dimensionamento e cálculo do desempenho do sistema solar térmico. Indica nomeadamente um consumo de AQS a 60º C médio de referência de 40 l por pessoa e exige uma área mínima de captação na base de lm2 de colector padrão por ocupante convencional previsto. Existe no mercado a tendência para dimensionar o sistema para o mínimo exigido pela lei. Este relatório mostra que os parâmetros de referência do RCCTE estão desajustados à realidade portuguesa. Segundo este estudo, o consumo médio diário é o dobro do referido, resultando na redução muito significativa do desempenho energético do sistema solar, dado que existe um subdimensionamento da área de captação. Nestas condições, conclui-se que um sistema tradicional de esquentador a gás é mais eficiente que um sistema de colectores solares térmicos com apoio por efeito de Joule. Em Portugal, cerca de 35% dos sistemas solares em edifícios de habitação, utilizam esta energia de apoio. Este estudo apresenta fortes fundamentos para se rever os parâmetros de referência do RCCTE e permite concluir que o apoio por efeito de Joule, nas actuais condições, não deve ser permitido.

Acompanhamento e caracterização do desempenho de uma UTA baseada em tecnologia DEC assistida por energia solar

Neste trabalho referiremos em particular a tecnologia do arrefecimento evaporativo com desumidificação prévia por exsicantes e far-se-á a apresentação da Unidade de Demonstração instalada no INETI (Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inovação) que faz uso dessa tecnologia que recorre a um sistema de captação de energia solar do tipo CPC (Colectores Parabólicos Compostos). Em funcionamento desde 1999, este sistema já sofreu várias alterações que serão referidas, realçando-se as que tiveram lugar mais recentemente, e serão apresentados alguns resultados entretanto obtidos. O funcionamento de todo o sistema foi acompanhado de perto, possibilitando assim, uma melhor compreensão do funcionamento do mesmo e, no caso de surgirem anomalias, actuar de imediato na tentativa de resolução. Para além da descrição dos componentes principais, modos de operação e alterações introduzidas, neste trabalho são apresentados e analisados os resultados obtidos nesta nova fase de funcionamento da UTA, após introdução de um humidificador na conduta de insuflação. Concluí-se que para períodos que antecedem e procedem o pico do Verão, esta unidade executa a sua função na perfeição apresentando valores de eficiência energética bastante favoráveis. Ao longo da estação fria, a captação de energia por parte dos colectores solares, possibilita o aquecimento dos espaços a climatizar.

Supercritical CO2 extraction of secondary metabolites from Agaricus blazei: experiments and modelling

The mycelium and young fruiting bodies of Agaricus blazei were submitted to supercritical CO2 extraction, in a modified commercial flow apparatus, at temperatures from 40 to 80 ºC, pressures up to 600 bar and CO2 flow-rates from 2.0 to 9.0 g.min-1. The best extraction conditions of secondary metabolites, whereby the degree of solubilization (g extract/100 g of fungi) is the highest, was obtained with pure CO2 at 400 bar, 70 ºC and a CO2 flow rate of 5.7g.min-1. The extract in that conditions were analysed by GC-Ms. In order to increase the extraction yield of secondary metabolites, which are mostly present in glycolipid fractions, a polar compound (ethanol) was used as co-solvent in the proportions of 5 and 10 % (mol/mol). The presence of ethanol increased the yield when compared with the extraction with pure CO2. Moreover, a simple model was applied to the supercritical CO2 extraction of secondary metabolites from Agaricus blazei.

Monitorização e caracterização de uma UTA com tecnologia exsicante-evaporativa assistida por energia solar de acordo com a metodologia definida no âmbito da AIE SHC task 38

A presente dissertação fundamenta-se na monitorização e análise de uma “Unidade de Tratamento de Ar” baseada em tecnologia exsicante evaporativa assistida por energia solar. Primeiramente é apresentado um conjunto de conceitos associados ao tema abordado, de modo a facilitar a compreensão dos fenómenos termodinâmicos envolvidos. Após a abordagem inicial que serve de consolidação, é feito o ponto da situação actual, quer em termos tecnológicos, quer em termos de instalações existentes. A etapa seguinte da dissertação descreve pormenorizadamente a instalação do LNEG e seus princípios de funcionamento, nesta fase também é contemplada a descrição sumária dos equipamentos, dos componentes e dos elementos de medição e controlo presentes no sistema. A metodologia seguida assenta fortemente em dois pontos; primeiro, a monitorização do sistema através do software “Agilent VEE Pro” e pela análise dos dados recolhidos com auxílio da folha de cálculo do LNEG, desenvolvida especialmente para este sistema. Em segundo lugar, a metodologia seguida será a imposta pela “Tarefa 38” de acordo com a Agência Internacional de Energia, no âmbito do programa de Aquecimento e Arrefecimento Solar o que permite a comparação de sistemas a nível internacional. Alias a “Tarefa 38” pretende desenvolver esta tecnologia, ao nível da concepção, estandardização, optimização das instalações, conceder o fácil acesso à informação e promover a comparabilidade de resultados. O desempenho global do sistema é bastante positivo, o bom comportamento do sistema é ilustrado na análise gráfica feita nos modos de aquecimento e arrefecimento. O grau de satisfação dos utilizadores é bom e o sistema demonstra capacidade para manter o conforto térmico dos espaços a climatizar de acordo com as normas e regulamentos em vigor. A utilização das energias renováveis nos dias de hoje, como por exemplo a energia solar é mais do que uma obrigação, é um dever.

Mathematical modelling of supercritical CO2 extraction of volatile oils from aromatic plants

The modelling of the experimental data of the extraction of the volatile oil from six aromatic plants (coriander, fennel, savoury, winter savoury, cotton lavender and thyme) was performed using five mathematical models, based on differential mass balances. In all cases the extraction was internal diffusion controlled and the internal mass transfer coefficienty (k(s)) have been found to change with pressure, temperature and particle size. For fennel, savoury and cotton lavender, the external mass transfer and the equilibrium phase also influenced the second extraction period, since k(s) changed with the tested flow rates. In general, the axial dispersion coefficient could be neglected for the conditions studied, since Peclet numbers were high. On the other hand, the solute-matrix interaction had to be considered in order to ensure a satisfactory description of the experimental data.

Projecto e simulação de uma instalação para estudo da absorção de CO2 com soluções de aminas

Este trabalho visa, como objectivo principal, contribuir para o estudo da absorção de CO2 em gases de combustão, utilizando MEA. Tem também, como objectivo secundário, o dimensionamento de uma unidade de absorção assim como uma avaliação económica do respectivo projecto. Assim, esta tese divide-se em duas partes: a primeira parte refere-se ao projecto da instalação piloto para captura de CO2 utilizando a tecnologia de absorção gasosa e de modo a ser possível a utilização de soluções de aminas. A segunda parte desta tese descreve a simulação da operação da instalação de absorção de CO2 em HYSYS, e a respectiva avaliação económica do projecto, na impossibilidade prática de realizar ensaios laboratoriais, considerando o espaço de tempo que medeia entre a especificação do equipamento a adquirir e a recepção desses mesmos equipamentos, incompatível com o tempo disponível para a realização desta tese de Mestrado. Na primeira parte do trabalho foi realizada a avaliação de uma unidade já existente no IST permitindo, dessa forma, verificar o estado da mesma assim como o material que é necessário adquirir de forma a conseguir a sua conversão numa unidade de absorção de CO2 em contínuo. Após a conclusão deste estudo, pode concluir-se que a instalação piloto terá um custo, com bases nos orçamentos, de 7.262€. Na segunda parte do projecto foi realizada uma simulação em HYSYS da operação de captura de CO2. Esta simulação tinha como principal objecto poder determinar as melhores condições operatórias a utilizar na unidade, para posterior comparação com os resultados que irão, posteriormente, ser obtidos em laboratório, ficando-se na captura de CO2 a partir dos efluentes gasosos da Central Termoeléctrica de Sines que é uma unidade do sistema gerador nacional candidata a fazer-se a captura de CO2 recorrendo a esta tecnologia. Desta forma, a simulação apresentou os seguintes resultados principais: uma percentagem de CO2 capturado de 90,61%. A unidade apresenta um custo de 82€/ton CO2 e um custo operacional de 28 M€/ano. Por fim, os resultados obtidos pelo simulador HYSYS foram comparados com outros resultados obtidos em ASPEN PLUS, tendo sido possível concluir que o HYSYS é o simulador mais fiável devido a fiabilidade do pacote de propriedades, e mais simples de trabalhar em comparação como o ASPEN PLUS, quando aplicado a esta situação. Este trabalho resultou na apresentação de uma comunicação em painel no 2º Encontro do IBB, em Braga em Outubro de 2010 e, ainda na elaboração de um artigo submetido a uma revista internacional.

Redução das emissões de CO2 em redes ópticas

Num mundo em que as redes de telecomunicações estão em constante evolução e crescimento, o consumo energético destas também aumenta. Com a evolução tanto por parte das redes como dos seus equipamentos, o custo de implementação de uma rede tem-se reduzido até ao ponto em que o maior obstáculo para o crescimento das redes é já o seu custo de manutenção e funcionamento. Nas últimas décadas têm sido criados esforços para tornar as redes cada fez mais eficientes ao nível energético, reduzindo-se assim os seus custos operacionais, como também a redução dos problemas relacionados com as fontes de energia que alimentam estas redes. Neste sentido, este trabalho tem como objectivo principal o estudo do consumo energético de redes IP sobre WDM, designadamente o estudo de métodos de encaminhamento que sejam eficientes do ponto de vista energético. Neste trabalho formalizámos um modelo de optimização que foi avaliado usando diferentes topologias de rede. O resultado da análise mostrou que na maioria dos casos é possível obter uma redução do consumo na ordem dos 25%.

A simulation study on the abatement of CO2 emissions by de-absorption with monoethanolamine

Because of the adverse effect of CO2 from fossil fuel combustion on the earth's ecosystems, the most cost-effective method for CO2 capture is an important area of research. The predominant process for CO2 capture currently employed by industry is chemical absorption in amine solutions. A dynamic model for the de-absorption process was developed with monoethanolamine (MEA) solution. Henry's law was used for modelling the vapour phase equilibrium of the CO2, and fugacity ratios calculated by the Peng-Robinson equation of state (EOS) were used for H2O, MEA, N-2 and O-2. Chemical reactions between CO2 and MEA were included in the model along with the enhancement factor for chemical absorption. Liquid and vapour energy balances were developed to calculate the liquid and vapour temperature, respectively.

Assessment of the impact of the European CO2 emissions trading scheme on the Portuguese chemical industry

This paper describes an assessment of the impact of the enforcement of the European carbon dioxide (CO2) emissions trading scheme on the Portuguese chemical industry, based on cost structure, CO2 emissions, electricity consumption and allocated allowances data from a survey to four Portuguese representative units of the chemical industry sector, and considering scenarios that allow the estimation of increases on both direct and indirect production costs. These estimated cost increases were also compared with similar data from other European Industries, found in the references and with conclusions from simulation studies. Thus, it was possible to ascertain the impact of buying extra CO2 emission permits, which could be considered as limited. It was also found that this impact is somewhat lower than the impacts for other industrial sectors.

Nanocrystalline p-layer for a-Si:H p-i-n solar cells and photodiodes

We report on structural, electronic, and optical properties of boron-doped, hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) thin films deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) at a substrate temperature of 150 degrees C. Film properties were studied as a function of trimethylboron-to-silane ratio and film thickness. The absorption loss of 25% at a wavelength of 400 nm was measured for the 20 nm thick films on glass and glass/ZnO:Al substrates. By employing the p(+) nc-Si:H as a window layer, complete p-i-n structures were fabricated and characterized. Low leakage current and enhanced sensitivity in the UV/blue range were achieved by incorporating an a-SiC:H buffer between the p- and i-layers.