Contextual and Environmental Awareness Laboratory for Energy Consumption Management

The recent changes on power systems paradigm requires the active participation of small and medium players in energy management. With an electricity price fluctuation these players must manage the consumption. Lowering costs and ensuring adequate user comfort levels. Demand response can improve the power system management and bring benefits for the small and medium players. The work presented in this paper, which is developed aiming the smart grid context, can also be used in the current power system paradigm. The proposed system is the combination of several fields of research, namely multi-agent systems and artificial neural networks. This system is physically implemented in our laboratories and it is used daily by researchers. The physical implementation gives the system an improvement in the proof of concept, distancing itself from the conventional systems. This paper presents a case study illustrating the simulation of real-time pricing in a laboratory.

Resource Scheduling in Residential Microgrids Considering Energy Selling to External Players

The operation of distribution networks has been facing changes with the implementation of smart grids and microgrids, and the increasing use of distributed generation. The specific case of distribution networks that accommodate residential buildings, small commerce, and distributed generation as the case of storage and PV generation lead to the concept of microgrids, in the cases that the network is able to operate in islanding mode. The microgrid operator in this context is able to manage the consumption and generation resources, also including demand response programs, obtaining profits from selling electricity to the main network. The present paper proposes a methodology for the energy resource scheduling considering power flow issues and the energy buying and selling from/to the main network in each bus of the microgrid. The case study uses a real distribution network with 25 bus, residential and commercial consumers, PV generation, and storage.

Dimensionamento do Sistema H��brido para Alimenta����o de Energia El��trica da Escola Rural de Nangade (Cabo Delgado)

Os combust��veis f��sseis, como o carv��o, o petr��leo e o g��s, constituem fontes de energia que em breve se esgotar��o e que s��o demasiado caras para serem desperdi��adas pelas centrais el��tricas na produ����o de electricidade. Para al��m desse facto, existem outros argumentos (sobretudo econ��micos) que inviabilizam a utiliza����o destas fontes de energia em algumas regi��es, abrindo caminho a fontes de energia alternativas (e.g. solar, e��lica, biomassa, mini-h��dricas, geot��rmicas, etc) e preferencialmente com contornos locais. No caso particular de Mo��ambique, tem-se verificado um interesse crescente por parte do governo e de v��rias ONGs na promo����o do uso de energias alternativas para as zonas onde a energia convencional n��o chega e n��o chegar��, devido aos custos muito elevados que esse processo acarretaria. Esta disserta����o apresenta um estudo aprofundado do dimensionamento dum sistema h��brido de gera����o de energia el��trica envolvendo gerador FV e grupo eletrog��neo de emerg��ncia para a Escola Rural da Nangade, situada no Distrito de Nangade, na Prov��ncia do Cabo Delgado. S��o tamb��m descritos os diversos componentes e as tecnologias associadas a um sistema deste g��nero, com a inclus��o de sistemas inteligentes de controlo de energia com a utiliza����o de inversores bidireccionais (inversores de bateria e carregadores) para sistemas isolados. Os resultados s��o apresentados de forma a facilitar a aplica����o e montagem deste tipo de sistemas in loco. Espera-se que esta disserta����o possa servir de base no futuro pr��ximo, para a implementa����o deste tipo de sistemas para permitir a melhoria da qualidade de ensino atrav��s de melhores infraestruturas, democratizando desta forma o acesso �� educa����o para as crian��as das zonas rurais das v��rias prov��ncias de Mo��ambique. Como as energias renov��veis s��o parte integrante do Sistema El��trico Nacional, apresenta-se resumidamente, no anexo 17, o ���Plano de Desenvolvimento na ��rea de Energia de Mo��ambique���.

Estudo comparativo da utiliza����o do biodiesel produzido a partir de ��leos alimentares usados e do gas��leo numa frota industrial

A defini����o de teores m��nimos de incorpora����o de biocombust��veis, constitui objeto de discuss��o entre grupos pro-desenvolvimento e ambientalistas. Esses ��ltimos argumentam que as consequ��ncias da utiliza����o desta fonte energ��tica ainda s��o desconhecidas. Al��m disso, alegam que a produ����o de biocombust��veis ��, em parte, respons��vel pelo aumento no pre��o dos alimentos, encoraja a convers��o de florestas em monoculturas e conduz �� explora����o de trabalhadores em pa��ses em desenvolvimento (PEDs). Para responder �� depend��ncia energ��tica dos combust��veis de origem f��ssil, e ajudar a reduzir as emiss��es de gases com efeito de estufa, sobretudo no sector dos transportes, o biodiesel produzido a partir de ��leos alimentares usados t��m sido apontado como uma ���solu����o verde��� capaz de minimizar o problema das altera����es clim��ticas e valorizar um res��duo, e simultaneamente conferir ao setor energ��tico um pouco mais de independ��ncia. De forma a desmistificar e clarificar um pouco estas premissas, a presente disserta����o pretende fazer um estudo de avalia����o do impacto da utiliza����o do biodiesel, nomeadamente no que diz respeito ��s emiss��es gasosas. Posteriormente realizou-se, tomando como refer��ncia uma pequena frota industrial existente, uma an��lise comparativa dos consumos e emiss��es dos principais poluentes decorrentes da utiliza����o do biodiesel em diferentes percentagens de incorpora����o no gas��leo, comparativamente ao gas��leo puro. O trabalho culmina com uma abordagem t��cnica sobre o comportamento de um ve��culo equipado com um motor de igni����o por compress��o, utilizando como biocombust��vel o biodiesel.

Modelo de controlo difuso de um sistema de produ����o de energia com base em recursos renov��veis

A satisfa����o das necessidades energ��ticas mundiais, cada vez mais exigentes, bem como a necessidade urgente de procurar caminhos que permitam usufruir de energia, da forma menos poluente poss��vel, levam �� necessidade de serem explorados caminhos que permitam cumprir estes pressupostos. A escolha da utiliza����o das energias renov��veis na produ����o de energia, torna-se cada vez mais interessante, quer do ponto de vista ambiental quer econ��mico. O fundamento da l��gica difusa est�� associado �� recolha de informa����es vagas, que s��o no fundo uma linguagem falada por seres humanos, possibilitando a passagem deste tipo de linguagem para formato num��rico, permitindo assim uma manipula����o computacional. Elementos clim��ticos como o sol e o vento, podem ser descritos em forma de vari��veis lingu��sticas, como �� o caso de vento forte, temperatura baixa, irradia����o fraca, etc. Isto faz com que a aplica����o de um controlo a partir destes fen��menos, justifique ser realizado com recurso a sistemas de infer��ncia difusa. Para a realiza����o do trabalho proposto, foram consumados estudos relativos ��s energias renov��veis, com particular enfoque na solar e na e��lica. Tamb��m foi realizado um estudo dos conceitos pertencentes �� l��gica difusa e a sistemas de infer��ncia difusa com o objetivo de perceber os diversos par��metros constituintes desta mat��ria. Foi realizado o estudo e desenvolvimento de um sistema de aquisi����o de dados, bem como do controlador difuso que �� o bus��lis do trabalho descrito neste relat��rio. Para tal, o trabalho foi efetuado com o recurso ao software MATLAB, a partir do qual foram desenvolvidas aplica����es que possibilitaram a obten����o de dados clim��ticos, com vista �� sua utiliza����o na toolbox Fuzzy Logic a qual foi utilizada para o desenvolvimento de todo o algoritmo de controlo. Com a possibilidade de aquisi����o de dados conclu��da e das vari��veis que iriam ser necess��rias definidas, foi implementado o controlador difuso que foi sendo sintonizado ao longo do trabalho por forma a garantir os melhores resultados poss��veis. Com o recurso �� ferramenta Guide, tamb��m do MATLAB, foi criada a interface do sistema com o utilizador, sendo poss��vel a averigua����o da energia a ser produzida, bem como das contribui����es de cada uma das fontes de energia renov��veis para a obten����o dessa mesma energia. Por ��ltimo, foi feita uma an��lise de resultados atrav��s da compara����o entre os valores reais esperados e os valores obtidos pelo controlador difuso, bem como assinaladas conclus��es e possibilidades de desenvolvimentos futuros deste trabalho.

Impacto das op����es de conce����o em edif��cios zero energy o caso dos grandes edif��cios de servi��os

Atualmente, o parque edificado �� respons��vel pelo consumo de 40% da energia total consumida em toda a Uni��o Europeia. As previs��es apontam para o crescimento do sector da constru����o civil, nomeadamente a constru����o de edif��cios, o que permite perspetivar um aumento do consumo de energia nesta ��rea. Medidas importantes, como o lan��amento da Diretiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Conselho de 19 de Maio de 2010 relativa ao desempenho energ��tico dos edif��cios, abrem caminho para a diminui����o das necessidades energ��ticas e emiss��es de gases de efeito de estufa. Nela s��o apontados objetivos para aumentar a efici��ncia energ��tica do parque edificado, tendo como objetivo que a partir de 2020 todos os novos edif��cios sejam energeticamente eficientes e de balan��o energ��tico quase zero, com principal destaque para a compensa����o usando produ����o energ��tica pr��pria proveniente de fontes renov��veis. Este novo requisito, denominado nearly zero energy building, apresenta-se como um novo incentivo no caminho para a sustentabilidade energ��tica. As t��cnicas e tecnologias usadas na conce����o dos edif��cios ter��o um impacto positivo na an��lise de ciclo de vida, nomeadamente na minimiza����o do impacto ambiental e na racionaliza����o do consumo energ��tico. Desta forma, pretendeu-se analisar a aplicabilidade do conceito nearly zero energy building a um grande edif��cio de servi��os e o seu impacto em termos de ciclo de vida a 50 anos. Partindo da an��lise de alguns estudos sobre o consumo energ��tico e sobre edif��cios de balan��o energ��tico quase nulo j�� constru��dos em Portugal, desenvolveu-se uma an��lise de ciclo de vida para o caso de um edif��cio de servi��os, da qual resultou um conjunto de propostas de otimiza����o da sua efici��ncia energ��tica e de capta����o de energias renov��veis. As medidas apresentadas foram avaliadas com o aux��lio de diferentes aplica����es como DIALux, IES VE e o PVsyst, com o objetivo de verificar o seu impacto atrav��s da compara����o com estado inicial de consumo energ��tico do edif��cio. Nas condi����es iniciais, o resultado da an��lise de ciclo de vida do edif��cio a 50 anos no que respeita ao consumo energ��tico e respetivas emiss��es de CO2 na fase de opera����o foi de 6 MWh/m2 e 1,62 t/m2, respetivamente. Com aplica����o de medidas propostas de otimiza����o, o consumo e as respetivas emiss��es de CO2 foram reduzidas para 5,2 MWh/m2 e 1,37 t/m2 respetivamente. Embora se tenha conseguido reduzir ao consumo com as medidas propostas de otimiza����o de energia, chegou-se �� conclus��o que o sistema fotovoltaico dimensionado para fornecer energia ao edif��cio n��o consegue satisfazer as necessidades energ��ticas do edif��cio no final dos 50 anos.

TEA: Timing and Energy Aware compression architecture for Efficient Configuration in CGRAs

Coarse Grained Reconfigurable Architectures (CGRAs) are emerging as enabling platforms to meet the high performance demanded by modern applications (e.g. 4G, CDMA, etc.). Recently proposed CGRAs offer time-multiplexing and dynamic applications parallelism to enhance device utilization and reduce energy consumption at the cost of additional memory (up to 50% area of the overall platform). To reduce the memory overheads, novel CGRAs employ either statistical compression, intermediate compact representation, or multicasting. Each compaction technique has different properties (i.e. compression ratio, decompression time and decompression energy) and is best suited for a particular class of applications. However, existing research only deals with these methods separately. Moreover, they only analyze the compaction ratio and do not evaluate the associated energy overheads. To tackle these issues, we propose a polymorphic compression architecture that interleaves these techniques in a unique platform. The proposed architecture allows each application to take advantage of a separate compression/decompression hierarchy (consisting of various types and implementations of hardware/software decoders) tailored to its needs. Simulation results, using different applications (FFT, Matrix multiplication, and WLAN), reveal that the choice of compression hierarchy has a significant impact on compression ratio (up to 52%), decompression energy (up to 4 orders of magnitude), and configuration time (from 33 n to 1.5 s) for the tested applications. Synthesis results reveal that introducing adaptivity incurs negligible additional overheads (1%) compared to the overall platform area.

Autonomous bathymetry for risk assessment with ROAZ robotic surface vehicle

The use of unmanned marine robotic vehicles in bathymetric surveys is discussed. This paper presents recent results in autonomous bathymetric missions with the ROAZ autonomous surface vehicle. In particular, robotic surface vehicles such as ROAZ provide an efficient tool in risk assessment for shallow water environments and water land interface zones as the near surf zone in marine coast. ROAZ is an ocean capable catamaran for distinct oceanographic missions, and with the goal to fill the gap were other hydrographic surveys vehicles/systems are not compiled to operate, like very shallow water rivers and marine coastline surf zones. Therefore, the use of robotic systems for risk assessment is validated through several missions performed either in river scenario (in a very shallow water conditions) and in marine coastlines.

ROAZ and ROAZ II Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

International Lifesaving Congress 2007, La Coruna, Spain, December, 2007

Forest fire detection with a small fixed wing autonomous aerial vehicle

In this work a forest fire detection solution using small autonomous aerial vehicles is proposed. The FALCOS unmanned aerial vehicle developed for remote-monitoring purposes is described. This is a small size UAV with onboard vision processing and autonomous flight capabilities. A set of custom developed navigation sensors was developed for the vehicle. Fire detection is performed through the use of low cost digital cameras and near-infrared sensors. Test results for navigation and ignition detection in real scenario are presented.

ROAZ Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

The design of an Autonomous Surface Vehicle for operation in river and estuarine scenarios is presented. Multiple operations with autonomous underwater vehicles and support to AUV missions are one of the main design goals in the ROAZ system. The mechanical design issues are discussed. Hardware, software and implementation status are described along with the control and navigation system architecture. Some preliminary test results concerning a custom developed thruster are presented along with hydrodynamic drag calculations by the use of computer fluid dynamic methods.

Swordfish: an Autonomous Surface Vehicle for Network Centric Operations

The design and development of the swordfish autonomous surface vehicle (ASV) system is discussed. Swordfish is an ocean capable 4.5 m long catamaran designed for network centric operations (with ocean and air going vehicles and human operators). In the basic configuration, Swordfish is both a survey vehicle and a communications node with gateways for broadband, Wi-Fi and GSM transports and underwater acoustic modems. In another configuration, Swordfish mounts a docking station for the autonomous underwater vehicle Isurus from Porto University. Swordfish has an advanced control architecture for multi-vehicle operations with mixed initiative interactions (human operators are allowed to interact with the control loops).

Marine Operations with the SWORDFISH Autonomous Surface Vehicle

IEEE Rob��tica 2007 - 7th Conference on Mobile Robots and Competitions, Paderne, Portugal 2007