Ash deposition during the co-firing of bituminous coal with pine sawdust and olive stones in a laboratory furnace

This article describes an experimental study on ash deposition during the co-firing of bituminous coal with pine sawdust and olive stones in a laboratory furnace. The main objective of this study was to relate the ash deposit rates with the type of biomass burned and its thermal percentage in the blend. The thermal percentage of biomass in the blend was varied between 10% and 50% for both sawdust and olive stones. For comparison purposes, tests have also been performed using only coal or only biomass. During the tests, deposits were collected with the aid of an air-cooled deposition probe placed far from the flame region, where the mean gas temperature was around 640 degrees C. A number of deposit samples were subsequently analyzed on a scanning electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray detector. Results indicate that blending sawdust with coal decreases the deposition rate as compared with the firing of unblended coal due to both the sawdust low ash content and its low alkalis content. The co-firing of coal and sawdust yields deposits with high levels of silicon and aluminium which indicates the presence of ashes with high fusion temperature and, thus, with less capacity to adhere to the surfaces. In contrast, in the co-firing of coal with olive stones the deposition rate increases as compared with the firing of unblended coal and the deposits produced present high levels of potassium, which tend to increase their stickiness.

Simulação interactiva do mercado de energia eléctrica

A área de comercialização de energia eléctrica conheceu uma profunda mudança após a liberalização do sector eléctrico, que levou à criação de algumas entidades, as quais gerem os mercados de electricidade europeus. Relativamente a Portugal e Espanha, durante esse processo de liberalização, deu-se também um acordo que os levou à criação de um mercado conjunto, um mercado Ibérico (MIBEL). Dentro deste mercado estão contemplados dois operadores, sendo que um deles representa o pólo Português (OMIP) e o outro representa o pólo Espanhol (OMEL). O OMIP contempla os mercados a prazo, ou futuros, normalmente apresenta contratos de energia comercializada com durabilidade de semanas, meses, trimestres, semestres ou mesmo anos. Diariamente estes contratos poderão vencer no OMEL, que engloba os mercados, diário e intradiário. Este, ao contrário do OMIP negoceia para o dia seguinte (mercado diário) ou para uma determinada altura do dia (mercado intra diário). O mercado diário será o exemplo usado para a criação do simulador interactivo do mercado de energia eléctrica. Este será composto por diversos utilizadores (jogadores), que através de uma plataforma HTML irão investir em centrais de energia eléctrica, negociar licitações e analisar o funcionamento e resultados deste mercado. Este jogo subdividir-se-á então em 3 fases: 1. Fase de investimento; 2. Fase de venda (licitações); 3. Fase de mercado. Na fase do investimento, o jogador terá a possibilidade de adquirir unidades de geração de energia eléctrica de seis tipos de tecnologia: 1. Central a Carvão; 2. Central de Ciclo Combinado; 3. Central Hídrica; 4. Central Eólica; 5. Central Solar; 6. Central Nuclear. Com o decorrer das jogadas o jogador poderá aumentar a sua capacidade de investimento, com a venda de energia, sendo o vencedor aquele que mais saldo tiver no fim do número de jogadas previamente definidos, ou aquele que mais depressa atingir o saldo definido como limite pelo administrador do jogo. A nível pedagógico este simulador é muito interessante pois para além de o utilizador ficar a conhecer as tecnologias em causa e as vantagens e desvantagens das centrais de energia renovável e das centrais a combustíveis fósseis, este ganha igualmente uma sensibilidade para questões de nível ambiental, tais como o aumento dos gases de estufa e o degelo resultante do aquecimento global provocado por esses gases. Para além do conhecimento adquirido na parte de energia eléctrica este jogo dará a conhecer ao utilizador o funcionamento do mercado da energia eléctrica, bem como as tácticas que este poderá usar a seu favor neste tipo de mercado.

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.

Estudo técnico/económico da instalação de uma central de cogeração numa serração de madeira

O pinheiro tem um papel importante na ecologia e economia nacional. O Pinheiro sofre de uma praga severa, denominada por doença da murchidão dos pinheiros, causada pelo nemátodo da madeira do pinheiro (NMP). Apresenta-se como um verme microscópico, invertebrado, medindo menos de 1,5 mm de comprimento. O contágio entre árvores deve-se a vectores biologicamente conhecidos por longicórneo e capricórnio do pinheiro. Os produtores de madeira de pinho são desta forma obrigados a efectuar tratamentos térmicos (HT), de eliminação do NMP e dos seus vectores para que a exportação da madeira serrada cumpra com a norma NP 4487. De modo a manter a competitividade internacional das empresas nacionais, o impacto dos custos do HT deve ser minimizado. O objectivo desta dissertação é efectuar o estudo técnico-económico da implementação de um sistema de cogeração capaz produzir calor para efectuar o tratamento ao NMP e simultaneamente energia eléctrica para vender à rede pública. As receitas da venda de energia eléctrica poderão contribuir para a minimização dos custos do HT. Tendo em conta que os resíduos das serrações de madeira podem ser usados como combustível consideraram-se para avaliação duas tecnologias de cogeração, um sistema de turbina a vapor clássico (ciclo Rankine) e um sistema Organic Rankine Cycle (ORC), permitindo ambas a queima dos resíduos das serrações de madeira. No que diz respeito à avaliação económica, foi desenvolvido um simulador de tecnologia/modalidade de remuneração que efectua cálculos consoante as necessidades térmicas de cada produtor, a potência eléctrica a instalar e indicadores económicos, VAL, TIR e PAYBACK da instalação do sistema de cogeração. O simulador desenvolvido aplica a nova legislação que enquadra o sistema jurídico e remuneratório da cogeração (DL 23/2010), na qual se consideram duas modalidades, geral e especial. A metodologia desenvolvida foi aplicada num caso real de uma serração de madeira e os principais resultados mostram que as soluções apresentadas, turbina a vapor e sistema ORC, não apresentam viabilidade económica. Através da análise de sensibilidade, conclui-se que um dos factores que mais influência a viabilidade económica do projecto é o tempo de funcionamento reduzido. Sendo uma das soluções apresentada a criação de uma central de cogeração para vários produtores de madeira. Uma possível solução para o problema do reduzido tempo de utilização seria o fornecimento do serviço de tratamentos térmicos a outros produtores de paletes de madeira que não possuem estufa própria.

New Steel Alloys for the Design of Heat Recovery Steam Generator Components of Combined Cycle Gas Plants

Demand for power is growing every day, mainly due to emerging economies in countries such as China, Russia, India, and Brazil. During the last 50 years steam pressure and temperature in power plants have been continuously raised to improve thermal efficiency. Recent efforts to improve efficiency leads to the development of a new generation of heat recovery steam generator, where the Benson once-through technology is applied to improve the thermal efficiency. The main purpose of this paper is to analyze the mechanical behavior of a high pressure superheater manifold by applying finite element modeling and a finite element analysis with the objective of analyzing stress propagation, leading to the study of damage mechanism, e.g., uniaxial fatigue, uniaxial creep for life prediction. The objective of this paper is also to analyze the mechanical properties of the new high temperature resistant materials in the market such as 2Cr Bainitic steels (T/P23 and T/P24) and also the 9-12Cr Martensitic steels (T/P91, T/P92, E911, and P/T122). For this study the design rules for construction of power boilers to define the geometry of the HPSH manifold were applied.

Avaliação da auto-suficiência energética na indústria nacional arrozeira

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

Characterization of airborne particles generated from metal active gas welding process

This study is focused on the characterization of particles emitted in the metal active gas welding of carbon steel using mixture of Ar + CO2, and intends to analyze which are the main process parameters that influence the emission itself. It was found that the amount of emitted particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent on the distance to the welding front and also on the main welding parameters, namely the current intensity and heat input in the welding process. The emission of airborne fine particles seems to increase with the current intensity as fume-formation rate does. When comparing the tested gas mixtures, higher emissions are observed for more oxidant mixtures, that is, mixtures with higher CO2 content, which result in higher arc stability. These mixtures originate higher concentrations of fine particles (as measured by number of particles by cm 3 of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more severe worker's exposure.

Impacto económico, energético e ambiental da produção renovável na Ilha Terceira

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

The effect of metal transfer modes and shielding gas composition on the emission of ultraafine particles in MAG steel welding

The present study aims to characterize ultrafine particles emitted during gas metal arc welding of mild steel and stainless steel, using different shielding gas mixtures, and to evaluate the effect of metal transfer modes, controlled by both processing parameters and shielding gas composition, on the quantity and morphology of the ultrafine particles. It was found that the amount of emitted ultrafine particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent from the main welding parameters, namely the current intensity and the heat input of the Welding process. The emission of airborne ultrafine particles increases with the current intensity as fume formation rate does. When comparing the shielding gas mixtures, higher emissions were observed for more oxidizing mixtures, that is, with higher CO2 content, which means that these mixtures originate higher concentrations of ultrafine particles (as measured by number of particles. by cubic centimeter of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more hazardous condition regarding welders exposure.

The impact of driving styles on fuel consumption: a data-warehouse-and-data-mining-based discovery process

This paper discusses the results of applied research on the eco-driving domain based on a huge data set produced from a fleet of Lisbon's public transportation buses for a three-year period. This data set is based on events automatically extracted from the control area network bus and enriched with GPS coordinates, weather conditions, and road information. We apply online analytical processing (OLAP) and knowledge discovery (KD) techniques to deal with the high volume of this data set and to determine the major factors that influence the average fuel consumption, and then classify the drivers involved according to their driving efficiency. Consequently, we identify the most appropriate driving practices and styles. Our findings show that introducing simple practices, such as optimal clutch, engine rotation, and engine running in idle, can reduce fuel consumption on average from 3 to 5l/100 km, meaning a saving of 30 l per bus on one day. These findings have been strongly considered in the drivers' training sessions.

Optimal brake specific fuel consumption trajectory for stand-alone variable speed Diesel Gen-Set

Energy efficiency plays an important role to the CO2 emissions reduction, combating climate change and improving the competitiveness of the economy. The problem presented here is related to the use of stand-alone diesel gen-sets and its high specific fuel consumptions when operates at low loads. The variable speed gen-set concept is explained as an energy-saving solution to improve this system efficiency. This paper details how an optimum fuel consumption trajectory based on experimentally Diesel engine power map is obtained.

Biomass production of four Cynara cardunculus clones and lignin composition analysis

Four Cynara cardunculus clones, two from Portugal and two from Spain were studied for biomass production and their lignin was characterized. The clones differed in biomass partitioning: Spanish clones produced more capitula (54.5% vs. 43.9%), and Portuguese clones more stalks (37.2% vs. 25.6%). The heating values (HHV0) of the stalks were similar, ranging from 17.1 to 18.4 MJ/kg. Lignin was studied by analytical pyrolysis (Py-GC/MS(FID)), separately in depithed stalks (stalksDP) and pith. StalksDP had in average higher relative proportions of lignin derived compounds than pith (23.9% vs. 21.8%) with slightly different lignin monomeric composition: pith samples were richer in syringyl units as compared to stalksDP (64% vs. 53%), with S/G ratios of 2.1 and 1.3, respectively. The H:G:S composition was 7:40:53 in stalksDP and 7:29:64 in pith. The lignin content ranged from 18.8% to 25.5%, enabling a differentiation between clones and provenances. © 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Preliminary study of synthesis gas production from water electrolysis, using the ELECTROFUEL (R) concept

This paper describes preliminary work on the generation of synthesis gas from water electrolysis using graphite electrodes without the separation of the generated gases. This is an innovative process, that has no similar work been done earlier. Preliminary tests allowed to establish correlations between the applied current to the electrolyser and flow rate and composition of the generated syngas, as well as a characterisation of generated carbon nanoparticles. The obtained syngas can further be used to produce synthetic liquid fuels, for example, methane, methanol or DME (dimethyl ether) in a catalytic reactor, in further stages of a present ongoing project, using the ELECTROFUEL® concept. The main competitive advantage of this project lies in the built-in of an innovative technology product, from RE (renewable energy) power in remote locations, for example, islands, villages in mountains as an alternative for energy storage for mobility constraints.

Supply chain optimization of residual forestry biomass for bioenergy production: the case study of Portugal

Within a large set of renewable energies being explored to tackle energy sourcing problems, bioenergy can represent an attractive solution if effectively managed. The supply chain design supported by mathematical programming can be used as a decision support tool to the successful bioenergy production systems establishment. This strategic decision problem is addressed in this paper where we intent to study the design of the residual forestry biomass to bioelectricity production in the Portuguese context. In order to contribute to attain better solutions a mixed integer linear programming (MILP) model is developed and applied in order to optimize the design and planning of the bioenergy supply chain. While minimizing the total supply chain cost the production energy facilities capacity and location are defined. The model also includes the optimal selection of biomass amounts and sources, the transportation modes selection, and links that must be established for biomass transportation and products delivers to markets. Results illustrate the positive contribution of the mathematical programming approach to achieve viable economic solutions. Sensitivity analysis on the most uncertain parameters was performed: biomass availability, transportation costs, fixed operating costs and investment costs. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Destruction of the tar present in syngas by combustion in porous media

The cleaning of syngas is one of the most important challenges in the development of technologies based on gasification of biomass. Tar is an undesired byproduct because, once condensed, it can cause fouling and plugging and damage the downstream equipment. Thermochemical methods for tar destruction, which include catalytic cracking and thermal cracking, are intrinsically attractive because they are energetically efficient and no movable parts are required nor byproducts are produced. The main difficulty with these methods is the tendency for tar to polymerize at high temperatures. An alternative to tar removal is the complete combustion of the syngas in a porous burner directly as it leaves the particle capture system. In this context, the main aim of this study is to evaluate the destruction of the tar present in the syngas from biomass gasification by combustion in porous media. A gas mixture was used to emulate the syngas, which included toluene as a tar surrogate. Initially, CHEMKIN was used to assess the potential of the proposed solution. The calculations revealed the complete destruction of the tar surrogate for a wide range of operating conditions and indicated that the most important reactions in the toluene conversion are C6H5CH3 + OH <-> C6H5CH2 + H2O, C6H5CH3 + OH <-> C6H4CH3 + H2O, and C6H5CH3 + O <-> OC6H4CH3 + H and that the formation of toluene can occur through C6H5CH2 + H <-> C6H5CH3. Subsequently, experimental tests were performed in a porous burner fired with pure methane and syngas for two equivalence ratios and three flow velocities. In these tests, the toluene concentration in the syngas varied from 50 to 200 g/Nm(3). In line with the CHEMKIN calculations, the results revealed that toluene was almost completely destroyed for all tested conditions and that the process did not affect the performance of the porous burner regarding the emissions of CO, hydrocarbons, and NOx.